基于多重空氣層模型的缺陷漏磁場(chǎng)分布模式

基于多重空氣層模型的缺陷漏磁場(chǎng)分布模式

漏磁檢測(cè)基于鐵磁性組件中的內(nèi)磁感應(yīng)量在缺陷中以磁波的形式隱藏而泄漏。它依靠磁敏元件來(lái)記錄缺陷的存在，形成缺陷檢測(cè)信號(hào)，并將信號(hào)的一些特征作為測(cè)量和評(píng)估的基礎(chǔ)。現(xiàn)在，它通常用于觀察缺陷的單峰和雙峰。大多數(shù)缺陷信號(hào)的主要特征是峰值、峰寬或陡峭率。在許多缺陷信號(hào)特征分析中，主要集中在不同的缺陷和不同大小的變量上，以導(dǎo)致磁體信號(hào)的峰值和峰寬值的形式為重點(diǎn)。然而，對(duì)于具有不同性能的丟失探測(cè)信號(hào)的研究，它只限于對(duì)提取效應(yīng)的影響。由于缺陷探測(cè)信號(hào)的一些特征被忽略，傳統(tǒng)的缺陷探測(cè)模型的構(gòu)建和分析相對(duì)較短，因此缺陷探測(cè)信號(hào)的特征無(wú)法與自己的物理局對(duì)應(yīng)[7、8、9、10、11、12和13]。也就是說(shuō)，由于缺陷磁源泄漏的正確構(gòu)建和相應(yīng)的缺陷探測(cè)信號(hào)特征的挖掘分析，或進(jìn)行互補(bǔ)性和相互學(xué)調(diào)查，造成缺陷磁源泄漏物理場(chǎng)的模糊性和信號(hào)特征的未知識(shí)別，最終導(dǎo)致缺陷磁源檢測(cè)信號(hào)所包含的錯(cuò)誤信息的數(shù)量減少。在對(duì)現(xiàn)有缺陷信號(hào)特征的矛盾的基礎(chǔ)上，本文對(duì)缺陷磁源探測(cè)物理場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的構(gòu)建，在分析磁源探測(cè)物理場(chǎng)和信號(hào)特征的基礎(chǔ)上，解釋了缺陷磁源探測(cè)的信號(hào)特征及其物理形成機(jī)制。1損失截面量的確定當(dāng)獲取缺陷泄漏場(chǎng)時(shí),通常將與磁場(chǎng)平行的磁感應(yīng)分量稱(chēng)為切向分量,而與構(gòu)件輪廓面垂直的則稱(chēng)為法向分量,如圖1(a)及1(b)所示(橫坐標(biāo)采樣點(diǎn)數(shù)N隱含其相對(duì)距離;S表示信號(hào)強(qiáng)度)的單峰和雙峰信號(hào).缺陷信號(hào)波形的描述參數(shù)主要有峰-峰值SPP及峰寬值SW,其中:SPP主要由缺陷漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度所決定,反應(yīng)的是缺陷的損失截面量(深度)等尺寸;SW則主要反應(yīng)的是缺陷的開(kāi)口大小.仔細(xì)觀察圖1(a)所示的單峰信號(hào),會(huì)發(fā)現(xiàn)單峰信號(hào)波形的兩側(cè)出現(xiàn)了負(fù)值,稱(chēng)之為負(fù)旁瓣.因此,通常所描述的單峰信號(hào),實(shí)際上為三峰波形,只不過(guò)負(fù)峰值較小而已.依據(jù)如圖1(b)所示的傳統(tǒng)的缺陷漏磁場(chǎng)的磁力線觀察模式,無(wú)論如何調(diào)節(jié)磁力線的密集度,所顯示的泄漏場(chǎng)的切向分量始終為單向.為此,當(dāng)切向分量探測(cè)磁敏元件掃描缺陷時(shí),得到的檢測(cè)信號(hào)波形也應(yīng)該始終為單向,也即不會(huì)在以正單峰為主體的信號(hào)的兩側(cè)出現(xiàn)負(fù)旁瓣.所以,為什么在單峰信號(hào)中出現(xiàn)負(fù)旁瓣,是漏磁檢測(cè)信號(hào)特征的疑點(diǎn)之一.另外,從圖1(b)中可以看出,相比單峰信號(hào),雙峰信號(hào)中不存在“負(fù)值旁瓣”,同時(shí),正峰值到負(fù)峰值是一個(gè)迅速的跳變.也即在泄漏磁通大小改變最大的同時(shí),磁通量方向也正在發(fā)生改變.而依據(jù)圖2中的磁力線的“陡峭率”來(lái)推斷,“陡峭率”為“最大正值”到“最小負(fù)值”的時(shí)間跨度相比整個(gè)泄漏場(chǎng)的穿越掃描過(guò)程來(lái)說(shuō)還比較緩慢,可得出正負(fù)峰值之間為一個(gè)非迅速跳變過(guò)程的結(jié)論.2“泄漏磁泡”的形成機(jī)理分析為了能夠?qū)ι鲜鲆牲c(diǎn)做出合理的詮釋,探索出檢出信號(hào)特征的物理形成機(jī)制,設(shè)置一待檢測(cè)鋼管(Φ60mm壁厚5mm長(zhǎng)2m;45號(hào)鋼,中間管壁有Φ3.2mm通孔)及磁化線圈(內(nèi)腔Φ120mm外腔200mm寬100mm;匝數(shù)650,電流5A),構(gòu)建更加細(xì)致的磁泄漏有限元模型,以獲得更加精確的分布.缺陷磁泄漏的主要研究對(duì)象為泄漏場(chǎng),其范圍為缺陷附近的空氣區(qū)域,特別地,構(gòu)建多個(gè)空氣層,包圍缺陷的底層為網(wǎng)格細(xì)化區(qū),最外層為粗略區(qū),中間層是為了避免由于網(wǎng)格精度的差異過(guò)大易產(chǎn)生奇異而導(dǎo)致計(jì)算失敗的而設(shè)置,為網(wǎng)格過(guò)渡區(qū).在觀察方法上,由于傳統(tǒng)的磁力線只是磁矢量方向一種粗略描述方式,難以觀察到磁現(xiàn)象的某些細(xì)微之處,因此采用磁感應(yīng)云圖顯示,并進(jìn)行磁感應(yīng)云圖的細(xì)化,獲得了缺陷漏磁場(chǎng)分布.磁泄漏場(chǎng)并非為簡(jiǎn)單的單向泄漏,而是存在著一種氣泡邊界狀分布擴(kuò)散,可稱(chēng)之為“泄漏磁泡”,它是由于磁場(chǎng)中感應(yīng)線的不交叉、排斥和封閉性的固有物理特性綜合所導(dǎo)致.很明顯,“泄漏磁泡”的特有形狀直接影響著缺陷漏磁檢測(cè)信號(hào).當(dāng)然,此時(shí)的“泄漏磁泡”是建立在背景磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上凸顯出來(lái)的.所以,為了方便漏磁檢測(cè)信號(hào)的缺陷的“泄漏磁泡”形成機(jī)理分析,采用背景場(chǎng)的色澤過(guò)濾處理,剔除背景磁場(chǎng),將缺陷的“泄漏磁泡”以直觀的形式顯示出來(lái),如圖3所示.進(jìn)一步地,將磁感應(yīng)線進(jìn)行層疊標(biāo)示,建立x-y直角坐標(biāo)系.如圖3所示,依據(jù)層疊感應(yīng)線在x軸方向上的投影,對(duì)“泄漏磁泡”進(jìn)行磁區(qū)域劃分,分別為A區(qū),B區(qū)及A′區(qū),C區(qū)和C′區(qū).由磁區(qū)與磁感應(yīng)線在x軸方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系,可知A區(qū)為負(fù)磁區(qū),B為正磁區(qū),A′為負(fù)磁區(qū).磁感應(yīng)線的密集度反應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,可知A區(qū)、A′區(qū)及B區(qū)的上半部分區(qū)域的磁場(chǎng)較強(qiáng),而B(niǎo)區(qū)的下半部分區(qū)域磁場(chǎng)要弱.進(jìn)一步地,假設(shè)磁敏元件的掃描方向平行于x軸,設(shè)定不同提離值所對(duì)應(yīng)的掃描路徑,分別為①~⑥.觀察圖3,當(dāng)探測(cè)x方向漏磁分量(切向分量)的磁敏元件的掃描路徑為①~④時(shí),要依次通過(guò)缺陷“泄漏磁泡”的負(fù)磁區(qū)A、正磁區(qū)B及負(fù)磁區(qū)A′,所以,磁敏元件所產(chǎn)生的檢出信號(hào)順次為負(fù)-正-負(fù),形成三峰波形;但由于正磁區(qū)B的下部區(qū)域強(qiáng)度要比負(fù)磁區(qū)A及A′大,因此出現(xiàn)以正值為主體,兩邊產(chǎn)生負(fù)旁瓣的信號(hào).因?yàn)槁窂浇?jīng)過(guò)正磁區(qū)B的的下部區(qū)域強(qiáng)磁區(qū),此時(shí)信幅值SPP較大,而通過(guò)的所有磁區(qū)域跨度較小,所以檢出信號(hào)的SW較小.當(dāng)掃描路徑為⑤~⑥時(shí),只通過(guò)“泄漏磁泡”的正磁區(qū)B的上部區(qū)域的正單向區(qū),檢出信號(hào)只為正值,負(fù)旁瓣不存在;另外,由于通過(guò)正磁區(qū)B的上方區(qū)域的磁場(chǎng)較弱,因此SPP變小,但其跨度區(qū)域較大導(dǎo)致SW變大.①~⑥的不同掃描路徑上絕對(duì)泄漏磁感應(yīng)強(qiáng)度B的切向分量值曲線如圖4所示,從中可以看出,隨著磁敏元件探測(cè)提離的增大,單峰信號(hào)波形的負(fù)旁瓣從有到消失;另外,SPP逐漸減小,但SW卻不斷增大.采用上述相同的方式,建立x-y直角坐標(biāo)系,磁感應(yīng)線表示及磁敏元件掃描路徑設(shè)定,依據(jù)層疊磁感應(yīng)線在y軸上的投影分量,對(duì)“泄漏磁泡”進(jìn)行區(qū)域劃分:C磁區(qū)和C′區(qū),如圖3所示.可知C區(qū)和C′區(qū)分別為正負(fù)磁區(qū).當(dāng)測(cè)量y方向的法向磁分量的磁敏元件沿著路徑①掃描時(shí),分別通過(guò)正矢區(qū)和負(fù)矢區(qū),獲得先正后負(fù)的雙峰檢出信號(hào),并且,由于C正磁區(qū)和C′負(fù)磁區(qū)的磁感應(yīng)線正反的快速切換,使得正峰值迅速跳變到負(fù)峰值,形成窄的雙峰信號(hào).從圖3中可以看出,由于存在著正磁區(qū)C及負(fù)磁區(qū)C′,因此也就只形成相應(yīng)的正負(fù)雙峰檢出信號(hào).①~⑥的不同掃描路徑上絕對(duì)泄漏磁感應(yīng)強(qiáng)度的切向和法向分量值曲線如圖4和圖5所示.泄漏磁區(qū)跨度與磁區(qū)內(nèi)磁感應(yīng)線的密集度也同樣影響著SW及SPP,提離加大,磁跨區(qū)增大,SW增大;而SPP減小,最終使得信號(hào)越來(lái)越平緩.3法向分量檢出信號(hào)的物理場(chǎng)分析組建試驗(yàn)臺(tái),采用具有靜態(tài)測(cè)磁功能的霍爾元件進(jìn)行缺陷泄漏場(chǎng)的拾取.通過(guò)調(diào)節(jié)不同的提離高度,獲得切向及法向測(cè)量分量檢出波形圖.為了細(xì)致地觀察波形圖的特點(diǎn),將信號(hào)進(jìn)行了放大調(diào)整,如圖6所示.很明顯,實(shí)際檢測(cè)中,隨著霍爾元件與被檢測(cè)缺陷的提離距離Δh的增大,即掃描路徑的不同,缺陷漏磁檢出單峰信號(hào)的負(fù)旁瓣隨著距離逐漸減小并消失,而信號(hào)跨度卻相反逐漸增大,當(dāng)然正峰-峰值是逐漸減小的.法向分量檢出信號(hào)隨著Δh的加大幅值減小,但正負(fù)峰值跳變跨度增大,也即變得緩慢起來(lái).兩者的信號(hào)幅值都隨Δh增大而減小.通過(guò)缺陷漏磁檢出信號(hào)的物理場(chǎng)分析,得出如下結(jié)論:a.缺陷“泄漏磁泡”中存在正負(fù)磁區(qū),2個(gè)負(fù)磁區(qū)的存在直接導(dǎo)致掃描路徑通過(guò)該磁區(qū)的磁敏元件形成帶有負(fù)旁瓣的單峰信號(hào),實(shí)則為3峰信號(hào);b.磁敏元件的Δh逐漸增大時(shí),掃描路徑依次為