曲面体间隙电涡流检测的有限元分析.docVIP

曲面体间隙电涡流检测的有限元分析 第18卷第2期 2005年6月 传感技术 CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS v01.18No.2 Jun.2005 FiniteElementAnalysisofEddy—CurrentTestingofGapBetweenCurvedPlates JlAYong-ping,DINGTian-huai,WANGPeng (Dept.ofPrecisioninstrumentsamp;Mechanology,TsinghuaUniversity,Betng100084,China) Abstract:Toresearchtheplatecurvatureeffectoneddy-currenttestingofgapbetweencurvedplates,the finiteelementmethodforelectromagneticfieldisusedtocomputetheplanarcoilimpedancewithdifferent platecurvatur~Thenormalizedimpedanceplaneisattained.Thentheerrorprocessingmethodtothe platecurvatureeffectispresentedfortheaccuratemeasurementofgapbetweencurvedplates,Theanalyti- ca1resultsshowthattheplatecurvatureapproximatelyinducesvariationsoftheplanarcoi1normalizedim- pedanceaccordingtostraight1ineswhentheaveragegapbetweencurvedplatesisunchanged.Further- more,thecoi1normalizedimpedanceisawayfromthepointofzerocurvaturewiththecurvatureaugmen- tingandtheimpedanceseparatelyvariesinoppositedirectionsforconcaveandconvexcurvaturecases. Keywords:gapmeasurement;eddy-currenttesting;finiteelementmethod;normalizedimpedance EEACC:0290T;5140;7230 曲面体间隙电涡流检测的有限元分析 贾永平,丁天怀,王鹏 (清华大学精密仪器与机械学系,北京100084) 摘要:为研究曲面体间隙电涡流检测受目标导体曲率的影响,基于电磁场有限元分析方法对平面线圈用于不同曲率目标 导体间隙测量时的交流阻抗进行了数值计算,得到了线圈的归一化阻抗平面图,并讨论了由于曲率不同引起的数据误差处理 方法,为曲面体间隙的准确测量提供了理论依据.计算结果表明:保持线圈位置曲面体间的平均间隙不变,当目标导体曲率 不同时,平面线圈的归一化阻抗变化近似为一条直线,随曲率增大,线圈的归一化阻抗将沿着远离零曲率点的方向变化,且凹 面和凸面时远离的方向相反. 关键词:间隙测量;涡流检测;有限元法;归一化阻抗 中图分类号:卟3O;TP212文献标识码:A文章编号:1005-949O(2OO5)O2-o221-o4 电涡流检测技术作为一种无损和非接触的测量 方法应用很广[1].特别对于某些大型设备的关键零 部件,由于表面形状越来越复杂,加工和装配的定位 精度要求也越来越高,需要测量的目标包括曲面体 的位移,厚度和振动状态等,而且测量空间往往受到 严格的尺寸限制.因此,敏感线圈作为电涡流检测 装置的核心构件,可设计成平面线圈结构以减小传 感器尺寸,并使线圈具有优良的柔性特征[2],可以弯 曲贴附于任意曲面体表面,以适应目标导体的形状 特点. 电涡流检测的实质就是测量通电线圈在导电材 料上因涡流场引起的线圈阻抗变化[3].在实际应 用中,线圈的阻抗变化与目标导体的许多参数有关, 如导体的厚度,导体与线圈之间的距离以及导体材 料的磁导率等.当线圈用于曲面体间隙测量时,对 于不同曲率的目标导体,由于导体形状发生了变化, 收稿日期:2004—11—01 作者简介:贾永平(1979一),男,河北石家庄^,硕士研究生,从事新型传感器与测量技术的研究工作,gypO2@mail~,t如edLtCII; 丁天怀,男,教授,博士生导师,主要从事新型传感器与智能仪器的研究工作. 222传感技术2005年 将引起线圈阻抗的变化[s].因此,将平面线圈紧 密贴附于一非金属曲面体