漏磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法

本发明涉及涡流检测有限元仿真，特别是涉及一种漏磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法。

背景技术：

1、将漏磁传感器和涡流传感器集成在同一个探头壳体内，用漏磁传感器检测并量化缺陷，用涡流传感器判定缺陷所处位置(管壁内侧还是外侧)，所形成的漏磁—涡流复合探头，越来越广泛地应用在管道内检测器上。影响涡流传感器的信号的因素众多，所以用有限元方法对涡流线圈阻抗进行计算分析，对涡流技术电路设计和特征信号的提取具有重要的意义。

2、文献《涡流检测磁化管道时频率对线圈阻抗的影响》中所述仿真过程中扫描成参数的获取方法中并未对模型尺寸、缺陷规格的选取依据及计算方法进行详细论述，所以一种能够用有限元方法对涡流线圈阻抗进行计算分析的方法亟待出现。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种漏磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种漏磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，包括：

4、建立管道漏磁内检测的二维有限元模型，并确定所述二维有限元模型的边界条件；所述二维有限元模型包括扁平柱状空心放置式的检测线圈和设置在所述线圈下方的被检测钢板；

5、根据所述二维有限元模型确定所述钢板的厚度范围；

6、基于预设的检测规范，根据所述钢板的厚度范围和所述二维有限元模型确定缺陷的类型和深度；

7、确定所述检测线圈中每个测量位置和所述测量位置处钢板的相对导磁率；

8、根据所述测量位置处钢板的相对导磁率进行所述检测线圈扫描所述被检测钢板时经过内部或者外部缺陷时的仿真。

9、优选地，所述根据所述二维有限元模型确定所述钢板的厚度范围，包括：

10、根据所述被检测钢板的材料属性及所述检测线圈的激励频率初步范围确定涡流渗透深度；

11、根据所述涡流渗透深度确定所述钢板的厚度范围。

12、优选地，所述涡流渗透深度的计算公式为：

13、

14、其中，μr为所述钢板的相对磁导率；δ为所述涡流渗透深度；f为涡流线圈的激励源的频率，σ的数值为0.46x107s/m。

15、优选地，所述基于预设的检测规范，根据所述钢板的厚度范围和所述二维有限元模型确定缺陷的类型和深度，包括：

16、获取管道内检测漏磁检测器的检测精度指标；

17、根据所述检测精度指标确定缺陷的类型；

18、结合所述钢板的厚度范围和所述缺陷的类型确定所述缺陷的深度。

19、优选地，所述确定所述检测线圈中每个测量位置和所述测量位置处钢板的相对导磁率，包括：

20、根据所述二维有限元模型确定所述检测线圈每个测量位置和所述测量位置处钢板的相对导磁率；

21、所述测量位置处钢板的相对导磁率的获取方法包括：

22、将所述检测线圈扫描所述被检测钢板时经过的内部路径或者外部路径上通过仿真计算得到的相对磁导率以步长提取各点值，并存入第一数组中；

23、将所述检测线圈的内径长度沿内部路径或者外部路径方向按所述步长平分为多份，以将所述检测线圈的面积分割成多个子面积区；

24、利用每个所述子面积区的面积除以所述所述检测线圈的总面积，得到子面积的比例，并存入第二数组中；

25、根据所述第一数组和所述第二数组计算所述测量位置处钢板的相对导磁率。

26、优选地，所述测量位置处钢板的相对导磁率的计算公式为：

27、μri＝sp·m；

28、其中，μri为所述测量位置处钢板的相对导磁率，sp为所述第二数组，m为所述第一数组。

29、优选地，所述测量位置处钢板的相对导磁率进行所述检测线圈扫描所述被检测钢板时经过内部或者外部缺陷时的仿真，包括：

30、基于所述二维有限元模型，将所述钢板的相对磁导率和提离值分别做为扫描变量，并把各个所述测量位置处钢板的相对导磁率中的某一缺陷的区的对应的等效值分别赋值给所述钢板的相对磁导率和所述提离值，并进行仿真计算，得到提离值和磁导率同时变化时线圈的阻抗结果。

31、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

32、本发明提供了一种漏磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，包括：建立管道漏磁内检测的二维有限元模型，并确定所述二维有限元模型的边界条件；所述二维有限元模型包括扁平柱状空心放置式的检测线圈和设置在所述线圈下方的被检测钢板；根据所述二维有限元模型确定所述钢板的厚度范围；基于预设的检测规范，根据所述钢板的厚度范围和所述二维有限元模型确定缺陷的类型和深度；确定所述检测线圈中每个测量位置和所述测量位置处钢板的相对导磁率；根据所述测量位置处钢板的相对导磁率进行所述检测线圈扫描所述被检测钢板时经过内部或者外部缺陷时的仿真。本发明公开的仿真方法具有结构简单、计算量小特点，所述扫描参数获取方法具具有兼顾仿真效率和仿真精度的优势。

技术特征：

1.一种漏磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，其特征在于，所述根据所述二维有限元模型确定所述钢板的厚度范围，包括：

3.根据权利要求1所述的磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，其特征在于，所述涡流渗透深度的计算公式为：

4.根据权利要求1所述的磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，其特征在于，所述基于预设的检测规范，根据所述钢板的厚度范围和所述二维有限元模型确定缺陷的类型和深度，包括：

5.根据权利要求1所述的磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，其特征在于，所述确定所述检测线圈中每个测量位置和所述测量位置处钢板的相对导磁率，包括：

6.根据权利要求5所述的磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，其特征在于，所述测量位置处钢板的相对导磁率的计算公式为：

7.根据权利要求5所述的磁-涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，其特征在于，所述测量位置处钢板的相对导磁率进行所述检测线圈扫描所述被检测钢板时经过内部或者外部缺陷时的仿真，包括：

技术总结
本发明提供了一种漏磁‑涡流复合检测中缺陷对阻抗影响的有限元仿真方法，包括：建立管道漏磁内检测的二维有限元模型，并确定二维有限元模型的边界条件；二维有限元模型包括扁平柱状空心放置式的检测线圈和设置在线圈下方的被检测钢板；根据二维有限元模型确定钢板的厚度范围；基于预设的检测规范，根据钢板的厚度范围和二维有限元模型确定缺陷的类型和深度；确定检测线圈中每个测量位置和测量位置处钢板的相对导磁率；根据测量位置处钢板的相对导磁率进行检测线圈扫描被检测钢板时经过内部或者外部缺陷时的仿真。本发明公开的仿真方法具有结构简单、计算量小特点，扫描参数获取方法具具有兼顾仿真效率和仿真精度的优势。

技术研发人员：赵云利,臧延旭,田艳会
受保护的技术使用者：北华航天工业学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11