矩形缺陷的交变漏磁检测信号分析方法

　　对无损检测技术的研究,一般都是从其理论基础开始,然后根据相应的检测信号特点设计相应的硬件系统予以实现,为了验证理论的结果,一般都会设计结构较为简单的矩形缺陷或者V形缺陷的试件,通过实际检测信号与仿真结果或者理论计算结果进行比较以得到相应的结论。

　　下面对交变漏磁无损检测的理论研究是建立在对V形缺陷研究的基础上^[1],通过对矩形缺陷的实际检测,验证了上述理论的正确性^[2]。但是,在工程实践中,缺陷尺寸规格不一,形状也是多种多样,这都将对检测信号造成一定的影响,笔者利用AN2SYS仿真软件,对这些影响因素进行了仿真研究,建模方法及计算过程不做介绍,在此只将结果阐述一下。另外,由文献[3]对斜率比值识别模型的分析可以知道,只要缺陷检测信号形成缺陷环,就可用该模型进行缺陷的检出,因此只介绍利用仿真软件计算得到的工件外围空间磁场,以及形成的矢量图。由于矩形缺陷的检测信号是基础,因此首先对影响矩形缺陷检测信号的各因素进行仿真研究,从而得出不同形状缺陷的检测信号特点。

　　1　裂纹深度对检测信号的影响

　　在交变漏磁无损检测中,缺陷的深度对信号影响较大。对长×宽为8 mm×0.5 mm,而深度分别为0.5,1和1.5 mm的三条裂纹进行了研究,仿真结果如图1所示。

　　图1a和b描述的是在对文献[1]的传感器建模的基础上,对C45钢板的缺陷进行仿真分析,得到的Bx和Bz的测量结果。激励线圈采用恒压源,激励电压为20 V,激励频率为1.8 kHz,传感器的提离为0.1 mm,提取的数据为以缺陷中心左右1.5 mm的检测路径的节点值,检测路径垂直于裂纹的长度方向。

　　由图1a和b可以看出,缺陷深度影响了检测信号的幅值,但不会影响缺陷信号的形状以及极值点的位置。图1c是由Bx和Bz形成的矢量图,在有缺陷的情况下形成了完整的环状,也就是前面所称的缺陷环。当没有缺陷时,检测信号不变,测量值在一个点附近摆动,不会形成如图所示的环状结构。由图1c还可以知道,深度的改变不会影响缺陷环的形状,只会影响其大小。因此不会影响在文献[2,3]中应用的缺陷识别模型。

　　2　宽度以及检测路径对检测信号的影响

　　因采用交变漏磁无损检测技术,使传感器可以做得很小,缺陷的长度相对于传感器磁力线的分布而言,可以视之为无穷大(两倍以上),因此在该方法中,缺陷的宽度和深度成为检测信号的两个主要因素,上面讨论了深度的影响,此处讨论宽度的影响。不改变上述模型的硬件环境、激励条件和检测路径,对长×深为8 mm×1 mm,而宽分别为0.5,1和2 mm的裂纹,其仿真分析结果如图2所示。图2a和b描述的是钢板外围空间(检测路径同上一节)Bx和Bz的分布,可以看出,除了宽度影响了测量信号的幅值外,两信号的形状也随着宽度的不同发生了很明显的变化,Bx由单峰值变为双峰值,并且随着宽度的增大,两个峰值之间的距离也在增大;而Bz两个极值点的位置随着宽度增加而增加,并且两个极值之间的变化变得缓慢。