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    188宝金博页面版: 多层导电结构电涡流检测探头阻抗解析模型及数值计算

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    内容提示： 第 45卷第 6期 2009年 6月 机 械 工 程 学 报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING VO1．45 N O．6 Jun． 2009 DoI： lO．3901／JM E．2009．06．050 多层导电结构电涡流检测探头阻抗解析模型 及数值计算水 范孟豹 黄平捷 叶 波 侯迪波 张光新 周泽魁 f浙江大学工业控制技术国家重点实验室 杭州 3 10027) 摘要：基于准静磁场条件下的 Maxwell方程组，建立半无限大任意多层导电结构上方圆柱形线圈模型，推导线圈阻抗变化 量的解析表达式。该表达式是含有 Bessel函数积分的积分区域从零到无穷大的非常复杂的二重广义积分，并且被积函数在零 点处有奇点。为选择合适的数值计算方法，...

    文档格式：PDF | 页数：5 | 浏览次数：22 | 上传日期：2020-09-09 22:41:04 | 文档星级：
    第 45卷第 6期 2009年 6月 机 械 工 程 学 报 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING VO1．45 N O．6 Jun． 2009 DoI： lO．3901／JM E．2009．06．050 多层导电结构电涡流检测探头阻抗解析模型 及数值计算水 范孟豹 黄平捷 叶 波 侯迪波 张光新 周泽魁 f浙江大学工业控制技术国家重点实验室 杭州 3 10027) 摘要：基于准静磁场条件下的 Maxwell方程组，建立半无限大任意多层导电结构上方圆柱形线圈模型，推导线圈阻抗变化 量的解析表达式。该表达式是含有 Bessel函数积分的积分区域从零到无穷大的非常复杂的二重广义积分，并且被积函数在零 点处有奇点。为选择合适的数值计算方法，证明线圈阻抗增量解析表达式的被积函数在零点处极限的存在性和极限值以及被 积函数从零到无穷积分区域上的收敛性。在线圈阻抗增量的数值计算中分块化计算被积函数以提高计算效率，并采用自适应 辛普森算法计算 Bessel函数积分以提高计算精度。针对厚度检测问题进行仿真与试验验证。计算结果与试验结果吻合良好， 表明研究结果是有效的，不仅有助于电涡流检测探头阻抗仿真器的建立，也可用于试验系统的参数优化 。 关键词：电涡流检测 多层导电结构 解析模型 阻抗计算 中图分类号：TG115． 28 TM154．1 Analytical M odel and Num erical Calculation of Probe Impedance Due to M ultilayered Conductive Structures in Eddy Current Testing FAN Mengbao HUANG Pingjie YE Bo HOU Dibo ZHANG Guangxin ZHOU Zekui (State Key Laboratory ofIndustr ial Control Technology,Zhejiang University,Hangzhou 310027) Abstract： The cylindrical coil above arbitrary number of conductive plates is modeled and analytical closed-form soluti0n to the impedance change of the coil is presented based on the Maxwell’S equations under the qua si—stat ic．T h e presented e~pression is a very complicated double generalized integral，because it has a singularity at zero and a n integ r al of Bessel function．To choose a n appropriate numer ical method，the limit for t he integ rand in the impedance change expression at zero is examined a n d t he convergence over the interval from zero to plus inf inity is also investigated．Then partition—based integ ra n d precomputation method is used to calculate the integrand for higher e f iciency a n d adaptive Simpson algor ithm is employed to calculate the integ ral of Bessel function for better accuracy．Simulations and experiments are carried out f or thickness measu r ement．Good ag reement between the results demonstrates that the developed model and numerical calculation met hod are verif ied，which not only contribute S to t he development of an analy tical solver for probe impedance，but also can be used to optimize t he pa rameters of experimental setup in eddy current testing． Key words：Eddy current testing Multi-layered conductive structures Analy tical model Impedance computation 0 前言 多层导电结构在很多产品和部件如输油管道、 飞机等中经常遇到，如何快速准确地检测与评估多 层 导电结构的完整性和结构状态是急需解决 的课 题。在众多的无损检测方法中，电涡流检测技术因 国家 自然科学 基金 资助项 目(50505045)。20080611收到初 稿 20081219收到修改稿 成本低、速度快和不须接触等优点，在多层导电结 构的完整性和状态的检测与评估领域得到了广泛应 用[J-2l。 电涡流无损检测中经常需要计算探头线圈的阻 抗 ，因此建立探头线圈的阻抗解析模型，并快速、 准确地计算探头阻抗对正 向仿真和反演 问题至关重 要【2】。CHENG等01建立 了半无限大任意多层导电结 构电涡流探头阻抗解析解模型。因任意层探头的阻 抗表达式是含有 Bessel函数的外积分区域从零到无

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