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1、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CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSv01.18No.2Jun.2005FiniteElementAnalysisofEddy—CurrentTestingofGapBetweenCurvedPlatesJlAYong-ping,DINGTian-huai,WANGPeng(Dept.ofPrecisioninstruments&Mechanology,TsinghuaUniversity,Betng100084,China)Abstract:Toresearchtheplatecu
2、rvatureeffectoneddy-currenttestingofgapbetweencurvedplates,thefiniteelementmethodforelectromagneticfieldisusedtocomputetheplanarcoilimpedancewithdifferentplatecurvatur~Thenormalizedimpedanceplaneisattained.Thentheerrorprocessingmethodtotheplatecurvatureeffectispresentedfortheaccuratemeasurementofga
3、pbetweencurvedplates,Theanalyti-ca1resultsshowthattheplatecurvatureapproximatelyinducesvariationsoftheplanarcoi1normalizedim-pedanceaccordingtostraight1ineswhentheaveragegapbetweencurvedplatesisunchanged.Further-more,thecoi1normalizedimpedanceisawayfromthepointofzerocurvaturewiththecurvatureaugmen-
4、tingandtheimpedanceseparatelyvariesinoppositedirectionsforconcaveandconvexcurvaturecases.Keywords:gapmeasurement;eddy-currenttesting;finiteelementmethod;normalizedimpedanceEEACC: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
5、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
6、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—1
7、1—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edLtCI'I;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表面,保持线圈位置非金属曲面体与目标导体之间的平均间隙不变(即:保持提离效应一致),则目标导体的曲
