Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

Київський політехнічний інститут

Спеціальність 05.11.13 - Прилади і методи контролю

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Метод розрахунку та оптимізації параметрів вихрострумових перетворювачів

Онгірська Наталія Генріхівна

Київ - 1999



Дисертація є рукописом

Робота виконана в Національному технічному університеті України

“Київський політехнічний інститут” (НТУУ “КПІ”) Міністерства освіти України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Маєвський Станіслав Михайлович, НТУУ “КПІ”, завідувач кафедрою приладів та систем неруйнівного контролю.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Скрипник Юрій Олексійович, Державна академія легкої промисловості України, завідувач кафедрою автоматизації і комп'ютерних систем

кандидат технічних наук, доцент Демидко Валерій Григорович, Київський міжнародний університет цивільної авіації, доцент кафедри вищої математики

Провідна установа:

Харківський державний політехнічний університет, кафедра приладів і методів неруйнівного контролю, Міністерство освіти України, м. Харків.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці НТУУ “КПІ”, м.Київ 252056, пр. Перемоги 37.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради д.т.н., проф. Гельман Л.М.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

Актуальність досліджень. Метод вихрострумового контролю є одним із найбільш вживаних методів неруйнівного контролю виробів і конструкцій. Внаслідок того, що точність та вірогідність контролю та вимірювань при реалізації такого методу в основному залежіть від типу та характеристик обраного вихрострумового перетворювача (ВСП), головною проблемою створення засобів вихрострумового контролю є оптимізація параметрів котушки ВСП з точки зору досягнення високої роздільної здатності.

Теорія проектування ВСП вимагає виконання розрахунків внесених опорів (або напруг), що характеризують вплив об'єкта контролю (ОК) на параметри котушки ВСП. Визначення цих параметрів пов'язано з розв'язанням громіздких задач взаємодії електромагнітного поля котушки ВСП з полем вихрових струмів об'єкта контролю. У довідкових виданнях приводяться розраховані класичним методом годографи зміни комплексного опору в залежності від так званого узагальненого параметру, що враховує одночасно вплив геометричних розмірів котушки ВСП, електропровідності і магнітної проникливості матеріалу ОК, та частоти струму збудження. Використання цих ідеалізованих годографів не забезпечує визначення параметрів ВСП з достатньою точністю, особливо для підвищених частот струму збудження. Все це призводить до того, що в більшості випадків проектування ВСП забезпечується лише на основі експериментальних даних.

Сказане вище дає підставу констатувати, що дане дисертаційне дослідження, спрямоване на розробку аналітичного методу розрахунку і оптимізації параметрів ВСП, є актуальним.

Метою дисертаційної роботи є розробка аналітичного методу розрахунку внесених параметрів котушки накладного і зовнішнього прохідного вихрострумових перетворювачів в залежності від параметрів котушки ВСП та об'єкту контролю: типу застосованої котушки, її геометрії, кількості звоїв, діаметру проводу, електропровідності матеріалу ОК, зазору між котушкою перетворювача та поверхнею зразка , наявності в об'єкті контролю тріщини певної довжини і глибини.

Для досягнення поставленої мети вирішено наступні задачі:

1. Згідно з теорією електромагнітного поля обґрунтовано вибір моделі взаємодії котушки ВСП з полем вихрового струму, що виникає в об'єкті контролю, та проведені розрахунки параметрів обраної моделі

2. Побудовано алгоритм розрахунку внесених параметрів при контролі накладними ВСП (одношаровими і багатошаровими котушками) провідних неферомагнітних пластин, багатошарових конструкцій, виробів з покриттям.

3. Побудовано алгоритм розрахунку внесених параметрів при контролі зовнішнім прохідним ВСП провідних неферомагнітних прутків, труб, багатошарових виробів та виробів з покриттям.

4. На основі вищезгаданих алгоритмів згідно з теорією розповсюдження вихрового струму при наявності в об'єкті контролю дефекту було побудовано алгоритми розрахунку параметрів, внесених в котушку накладного та зовнішнього прохідного ВСП, об'єктом, що містить в собі тріщину.

5. Запропонована методика розрахунку внесених параметрів перетворювачів з феритовим осердям будь-якого типу.

Методи досліджень. Дисертаційна робота ґрунтується на використанні досягнень теорії електромагнітного поля у його взаємодії з об'єктами, що проводять електричний струм, на засадах теоретичної електротехніки, вищої математики та інформаційно-вимірювальної техніки.

Наукова новизна роботи полягає в наступному:

1. Розроблена модель взаємодії котушки накладного та зовнішнього прохідного перетворювача з полем вихрового стуму, що виникає у провідному неферомагнітному об'єкті контролю.

Розроблений і доведений до алгоритму аналітичний метод визначення активного і реактивного опорів котушки накладного і зовнішнього прохідного ВСП з урахуванням їх електромагнітної взаємодії з полем вихрових струмів в об'єкті контролю.

Розроблений алгоритм визначення так званого “вектору дефекту”, що враховує зміну складових комплексного опору ВСП під впливом геометричних параметрів дефектів внутрішньої структури матеріалу об'єкту контролю

Розроблена методика визначення комплексного опору ВСП з магнітним осердям.

Практична цінність полягає в наступному:

1. Розроблений метод забезпечує розрахунок параметрів, внесених об'єктом контролю з дефектом визначеної довжини і глибини.

2. Використовуючи набуті дані стає можливим проведення оптимізації параметрів ВСП з метою проектування дефектоскопів з перетворювачами високої роздільної здатності та максимальної чутливості до зміни параметрів ОК.

На захист виносяться:

1. Метод розрахунку внесених параметрів ВСП.

2. Алгоритми визначення опорів котушок накладного і зовнішнього прохідного перетворювачів, внесених у результаті їх електромагнітної взаємодії з неферомагнітною пластиною, багатошаровою конструкцією та виробом з покриттям.

3. Алгоритми визначення опорів, внесених в котушки вищезазначених типів об'єктом, що містить в собі тріщину визначеної довжини і глибини.

4. Метод розрахунку внесених опорів накладного вихрострумового перетворювача з феритовим осердям будь-якого типу.

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на науково-технічних конференціях:

1) Друга науково-технічна конференція “Неруйнівний контроль та технічна діагностика”, м. Дніпропетровськ, 1997р.;

2) Міжнародна науково-технічна конференція “Современные приборы, материалы и технологии для технической диагностики и неразрушающего контроля промышленного оборудования. Элементная база и комплектующие для приборов НК. Подготовка специалистов в сфере неразрушающего контроля и технической диагностики”, м. Харків, 1998 р.;

3) Третя Українська конференція-виставка “Неразрушающий контроль 98”, м. Київ, 1998р. та на наукових семінарах кафедри приладів та систем неруйнівного контролю, НТУУ “КПІ”

Публікації. Матеріали дисертації опубліковано у трьох друкованих статтях.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

Структура й об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і списку використаних джерел. Дисертація викладена на 144 сторінках основного тексту і містить 10 таблиць, 48 малюнків і 56 бібліографічних посилань.

В роботі здійснено аналіз існуючих методів розрахунку внесених параметрів котушки вихрострумового перетворювача з точки зору можливості їх застосування для розрахунків різноманітних задач вихрострумового контролю і оптимізації параметрів котушки ВСП при конструюванні нової апаратури.

Розрахунок класичним методом ґрунтується на розв'язанні задачі про поле витка змінного струму за допомогою рівнянь Максвелла і Гельмгольца, що передбачає використання громіздкого математичного апарата і засобів програмування для кінцевих рівнянь. Розрахунки за іншими існуючими методами пов'язані з певними обмеженнями щодо параметрів об'єкту, перетворювача або зазору між ними. Показано, що вирішення найбільш важливої проблеми визначення опорів (напруг), внесених об'єктом з тріщиною певних розмірів, і оптимізації параметрів вихрострумового перетворювача дефектоскопа за допомогою відомих методів розрахунку є досить складною задачею, що обумовило неможливість їх використання в інженерних розрахунках.

Далі розкриваються суть і можливості використання розробленого і доведеного до алгоритму аналітичного метода розрахунку внесених параметрів накладного вихрострумового перетворювача.

Як основу запропонованого методу було розроблено модель електромагнітної взаємодії котушки вихрострумового перетворювача з полем вихрових струмів, що наводиться у провідному ОК. Область вихрових струмів моделюється набором короткозамкнутих витків, поєднаних у котушку індуктивності. Витки змодельованої котушки повторюють орієнтацію вихрових струмів відносно поверхні ОК та геометрію їх ліній, тому котушка має складну конфігурацію. Таким чином, електромагнітна взаємодія котушки вихрострумового перетворювача з полем вихрових струмів стає еквівалентною до взаємодії котушки ВСП із змодельованою котушкою (рис. 1).

Активний і реактивний внесені опори розраховуються по наступним формулам:

, (1)

де - колова частота струму збудження котушки ВСП,

M - взаємна індуктивність котушки датчика і змодельованої котушки,

R - активний опір змодельованої котушки, що визначається сумою опорів замкнутих витків з матеріалу об'єкта контролю,

Критерієм визначення межі області, заповненої змодельованою котушкою, є густина вихрового струму. Густина вихрових струмів є функцією від координат z и : відстані від поверхні провідного ОК та відстані від центра котушки перетворювача. Розрахунок функції густини вихрових струмів проведено за формулою:



, (2)

де W - кількість звоїв котушки датчика,

I - максимальне значення струму збудження,

z - вертикальна координата (вісь симетрії датчика) циліндричної системи координат з початком відліку в точці перетинання вісі з поверхнею металічного півпростору, усередині якого ,

- радіальна координата, що збігається з радіусом котушки перетворювача,

- зазор між поверхнею ОК і ОК,

- радіус котушки ВСП,

- параметр, де R більше із значень і ,

, .

Виходячи з того, що довжина змодельованої котушки має дорівнювати значенню глибини проникнення вихрових струмів , логічне буде припущення, що по координаті область обмежується точками, де густина вихрових струмів дорівнює густині на глибині при , тобто тобто . Тоді, значенням внутрішніх радіусів змодельованої котушки відповідають координати на інтервалі , при якій , а значенням зовнішніх радіусів - координати на інтервалі теж при

Застосовуючи інтерполяційну формулу Лагранжа до даних, набутих за розрахунками відносної щільності вихрових струмів в матеріалі ОК, були визначені рівняння для функції для обох інтервалів зміни координати :

(4)

, (5)

де - функція визначення внутрішнього радіусу звоїв змодельованої котушки

- функція визначення зовнішнього радіусу звоїв змодельованої котушки,

- визначені постійні коефіцієнти.

Таким чином, використовуючи залежності (4), (5) можна визначити конфігурацію змодельованою котушки в залежності від радіусу котушки ВСП, частоти струму збудження, електропровідності матеріалу об'єкту.

Для розрахунку реактивного й активного опорів змодельованої котушки, а також для визначення взаємної індуктивності з котушкою перетворювача необхідно знати значення діаметру проводу звоїв змодельованої котушки. Зрозуміло, що чим меншим прийняти діаметр проводу, тим точніше буде моделювання. Значення діаметру (тобто представлення змодельованої котушки набором плоских звоїв) зробило б розрахунок громіздким і незручним для використання. Тому для скорочення алгоритму і прискорення самого розрахунку діаметр проводу змодельованої котушки прийнято рівним діаметру проводу котушки ВСП.

При наявності в об'єкті контролю дефекту типа тріщини алгоритм розрахунку внесених параметрів суттєво не змінюється. Спираючись на висновки робіт у цей галузі про значне зменшення вихрового струму, що перетинається тріщиною, в наведеному нижче алгоритмі витки, які перетинаються тріщиною виключаються із розрахунку. Таким чином, для розрахунку внесених активного і реактивного опорів, потрібно визначити кількість витків, що перетинаються тріщиною по координатах і z.

по координаті z тріщина глибиною перетинає певну кількість змодельованих плоских котушок t , що дорівнює:

(6)

де d - діаметр проводу намотування змодельованих плоских котушок, що дорівнює діаметру проводу котушки ВСП;

2) по координаті тріщина довжиною перетинає витків в кожній з t плоских змодельованих котушках.

, (7)

де i - номер плоскої котушки від поверхні ОК, - внутрішній радіус i-тої плоскої котушки, розташованій на глибині .

Зрозуміло, що для бездефектного зразка усі .

При визначенні кількості перерваних витків мають місце наступні граничні умови:

а) якщо дійсна довжина тріщини більше або дорівнює зовнішньому радіусу першої змодельованої котушки - , а глибина більше або дорівнює глибині проникнення вихрових струмів в матеріал зразку () то при розрахунку вважається, що вихровий струм відсутній і всі ;

б) дефект, довжина котрого менше вгутрішнього радіуса першої змодельованої котушки - , не впливає на комплексний опір, що вноситься вихровими струмами в котушку перетворювача.

З погляду теоріїї взаємодії вихрового перетворювача із об'єктом контролю такі припущення можливі, тому що в основному перетворювач реагує на зміни в суцільності матеріалу в межах зони вихрових струмів із густиною, рівною густині вихрових струмів на глибині їх проникнення. При появі в інших зонах зразка параметри котушки перетворювача майже не змінюють своїх значень.

Далі розрахунок внесених параметрів виконується за наступним алгоритмом. В загальному випадку спочатку виконується розподілення області розповсюдження вихрових струмів на n плоских котушок (), значення внутрішнього і зовнішнього радіусів котрих дорівнюють відповідним значенням функцій і . Кількість звоїв у кожній із змодельованих плоских котушок визначається в такий спосіб:

(8)

де i - номер плоскої котушки,

- відстань від поверхні зразка, на якому розташована плоска котушка.

2. Активний опір дискратних шарів ОК визначається як сума опорів витків з електропровідністю рівній електропровідності матеріалу :

(9)

де k - порядковий номер витка змодельованої плоскої котушки,

- внутрішній радіус i-тої змодельованої плоскої котушки (4).

3. Формули для розрахунку індуктивностей і взаємної індуктивності отримані згідно з теорією електромагнітного поля. Індуктивність котушки ВСП :

, (10)

де - внутрішній радіус котушки ВСП,

h - крок намотування витків котушки.

4. Індуктивність плоскої котушки дорівнює: , де - власна індуктивність змодельованої плоскої котушки

(11)

де k, m - порядкові номери витків змодельованої плоскої котушки;

- взаємна індуктивність i-тої плоскої котушки з усіма іншими котушками крім при i=j,

5.Взаємна індуктивність ВСП з кожною із змодельованих плоских котушок :

(13)

де m- порядкові номери витків плоских котушок,

k - порядкові номери витків котушки ВСП,

- зазор між поверхнею ОК і ближчим до неї витка котушки ВСП.

Тепер, підставляючи у вирази (1) занчення взаємної індуктивності плоскої змодельованої котушки і котушки вихрострумового перетворювача - , активного і рективного опорів, розраховується активной і реактивной опори, внесені у котушку ВСП кожною змодельованою плоскою котушкою. Далі, знаходимо сумарні значення і :

, (14), (15)

де n - кількість плоских змодельованих котушок.

На рис. 2 (а, б) зображені годографи зміни відносного комплексного внесеного опору котушки ВСП (розрахованих для конкретних прикладів) в залежності від параметрів ОК, вихрострумового перетворювача та їх розташування. електромагнітний вихрострумовий струмопровідний котушка

При аналізі впливу дефекту на параметри котушки ВСП інформативним є, так званий, “вектор дефекту”, складові якого визначаються зміною активного та реактивного внесеного опору котушки ВСП за рахунок впливу дефекту. Відносні значення та знаходяться як:

, (16), (17)

де , - відносні внесені активний і реактивний опори при відсутності дефекту, , - відносні активний і реактивний опори, внесені зразком з дефектом.

На основі вищенаведених моделі і алгоритму автором розроблено алгоритми розрахунку внесених параметрів при контролі багатошарових конструкцій, кожний шар котрих виготовлено із матеріалів різних за електропровідністю, та розрахунок параметрів накладного ВСП у вигляді багатошарової котушки індуктивності. На прикладі розглянуто розрахунок внесених опорів при контролі виробу, що містить дефект певної глибини і довжини.

Також у другому розділі запропоновано підхід до розрахунку внесених опорів при використанні вихрострумових перетворювачів з феритовим осердям будь-якого типу. Підхід оснований на визначенні індуктивності котушки на осерді і на її еквівалентній заміні котушкою без осердя, що збуджує поле такої ж самої конфігурації. Далі розрахунки ведуться за розглянутим алгоритмом.

Показано, що використовуючи дані, набуті за розробленим алгоритмом розрахунку, можливо визначення оптимальних параметрів котушки ВСП з метою досягнення високої чутливості дефектоскопічної апаратури.

Також в роботі запропоновано метод розрахунку внесених параметрів для зовнішнього прохідного ВСП. В цьому випадку область вихрових струмів моделюється циліндричними одношаровими котушками індуктивності, розташованими співвісно. Розрахунок області розповсюдження вихрових струмів, що охоплює звої змодельованих котушок, було проведено на підставі виведеного рівняння, що визначає густину вихрового струму в будь-якій точці провідного об'єкту, розташованого усередині котушки збудження :

, (18)

де - горизонтальна вісь, спрямована в глибину ОК,

z - вертикальна вісь, співпадає з віссю котушки ВСП,

I - максимальне значення струму збудження ВСП,

- довжина , c - висота обмотки котушки перетворювача,

b - координата розташування першого звою котушки ВСП на осі z,

- параметри інтегрування.

Спираючись на те, що кількість змодельованих котушок N дорівнюватиме , по координаті z область обмежується точками, де густина вихрового струму дорівнює значенню густині на глибині при . Тобто область змодельованих котушок визначається точками, де . Функція, що визначає границю області, охопленої змодельованими котушками, при зазорі між котушкою ВСП і поверхнею ОК записана в такий спосіб:

, (19)

де - половина довжини котушки ВСП,

- визначені постійні коефіцієнти.

При використанні прохідних ВCП не завжди можливо провести контроль при . Тому виникає питання моделювання і проведення розрахунків внесених параметрів при наявності певного зазору . В ході обчислення відносної напруженості магнітного поля в зазорі (де ) для прохідних ВСП різних радіусів і довжини автором було знайдено, що ступінь зміни напруженості магнітного поля залежить від відношення довжини котушки перетворювача до її радіуса: при значення напруженості можна враховувати постійним на всьому повітряному просторі котушки збудження, при напруженість магнітного поля в центрі котушки дорівнює нулю.

Автором було знайдено вираз функції , що визначає максимальне послаблення поля для котушок різних розмірів. Спираючись на це, відносна напруженість магнітного поля в повітряному зазорі котушки збудження в залежності від зазору між поверхнею циліндричного ОК і котушкою перетворювача визначається згідно з рівнянням:

, (20)

де

Тоді, в загальному випадку границя області, охопленої змодельованими котушками, визначається як

(21)

Параметри змодельованих котушок наступні:

внутрішні радіуси змодельованих котушок

,

де - радіус ОК,

i - порядковий номер змодельованої котушки, починаючи з поверхні ОК,

кількість витків кожної з змодельованих котушок :

,

де - значення функції в точці .

Далі алгоритм розрахунку виконується за схемою для перетворювача накладного типу. Визначення індуктивності змодельованих котушок і їх взаємної індуктивності з котушкою ВСП розраховуються за певними формулами, а внесені опори - за формулами (1).

На рис.3а,б приведені годографи зміни відносного комплексного опору (розрахованого для конкретного прикладу) в залежності від параметрів ВСП і ОК.

На основі подібного алгоритму вирішені задачі визначення параметрів, внесених трубою, прутом, багатошаровим циліндричним об'єктом і об'єктом з тріщиною певних розмірів.

Як висновок про можливість застосування на практиці розробленого методу розрахунку в роботі приведені результати експериментального підтвердження результатів розрахунків, отриманих за розробленим методом. Порівняння результатів аналітичного розрахунку параметрів ВСП з виконаними експериментальними дослідженнями показало, що розроблений метод і алгоритми параметрів ВСП забезпечують точність в межах 10-15%.



ВИСНОВКИ

На підставі проведеного в дисертаційній роботі аналізу методів розрахунку електромагнітної взаємодії вихрострумового перетворювача з струмопровідним зразком визначено, що існуючі в цей галузі теоретичні розробки не охоплюють такі необхідні для оптимального проектування ВСП питання як визначення впливу на внесені параметри розмірів дефектів, параметрів котушки вихрострумового перетворювача і магнітопроводу. Використання відомих методів визначення внесених опорів (напруг) для інженерного розрахунку дуже скрутно внаслідок громіздкості розрахунків і існуючих обмежень по параметрам ВСП і об'єкту контролю.

2. Автором дисертації розроблено модель електромагнітної взаємодії котушки накладного і зовнішнього прохідного вихрострумових перетворювачів з полем вихрових струмів провідного об'єкту контролю, що ґрунтується на моделюванні області розповсюдження вихрових струмів набором короткозамкнених витків, з'єднаних у котушку індуктивності складної конфігурації.

3. Розроблено алгоритм розрахунку опорів накладного параметричного вихрострумового перетворювача у вигляді одношарової або багатошарової котушки індуктивності, внесених провідною неферомагнітною пластиною, багатошаровою конструкцією і виробом з покриттям в залежності від значення зазору між котушкою датчика і поверхнею ОК.

Побудовано модель і розроблено алгоритм розрахунку внесених параметрів при використанні накладного ВСП з магнітопроводом будь-якої конфігурації.

Розроблено алгоритм розрахунку комплексного опору котушки зовнішнього прохідного датчика, внесеного неферомагнітним струмопровідним циліндричним об'єктом у вигляді труби або прутка, багатошаровою конструкцією і виробом з покриттям в залежності від значення зазору між котушкою датчика і поверхнею ОК.

Розроблено алгоритм розрахунку внесених опорів котушок накладного і зовнішнього прохідного ВСП при наявності в об'єкті контролю тріщини (поверхневої або підповерхневої) певної довжини і глибини.

Запропоновано спосіб оптимізації параметрів котушки при конструюванні нової дефектоскопічної апаратури, що ґрунтується на використанні даних, набутих за допомогою розробленого метода розрахунку.

Проведене експериментальне дослідження, в результаті котрого було зроблено висновок про можливість застосування розробленого методу розрахунку в практиці конструювання вихрострумових перетворювачів накладного і зовнішнього прохідного типів.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Маевский С.М., Онгирская Н.Г. Метод расчета вносимых параметров накладных вихретоковых преобразователей на основе определения коэффициента электромагнитной связи // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1997. - №4. - С.3-7.

Маєвський С.М., Онгірська Н.Г. Методика розрахунку вихрострумових перетворювачів // Методи та прилади контролю якості. - 1999. - №3. - С.3-7.

Онгірська Н.Г. Розрахунок параметрів накладних вихрострумових перетворювачів в залежності від геометричних розмірів тріщини // Методи та прилади контролю якості. - 1999. - №3. - C.8-11.



АНОТАЦІЇ

Онгірська Наталія Генріхівна. Метод розрахунку та оптимізації параметрів вихрострумових перетворювачів - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.11.13 - Прилади і методи контролю - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 1999.

Дисертація присвячена питанню розробки методу розрахунку та оптимізації внесених параметрів накладного і зовнішнього прохідного перетворювачів. Розроблено модель електромагнітної взаємодії поля котушки вихрострумового перетворювача з полем вихрових струмів, наведеним в струмопровідному об'єкті контролю. Розроблені алгоритми розрахунку внесених параметрів для струмопровідних пластин, труб, прутків, багатошарових конструкцій, виробів з покриттям в залежності від типу котушки перетворювача та її параметрів, зазору між поверхнею об'єкта контролю і котушкою датчика і від наявності в об'єкті контролю тріщини певних розмірів. Набуті в ході розрахунку дані дозволяють провести оптимізацію параметрів котушки вихрострумового перетворювача при конструюванні нової апаратури.

Ключові слова: вихрострумовий перетворювач, розрахунок внесених параметрів, моделювання поля вихрових струмів, оптимізація.

Онгирская Наталия Генриховна. Метод расчета и оптимизации параметров вихретоковых преобразователей - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 1999.

Диссертация посвящена вопросу разработки метода расчета и оптимизации вносимых параметров накладного и наружного проходного датчиков. В основу метода положена разработанная модель электромагнитного взаимодействия поля катушки вихретокового преобразователя с полем вихревых токов, наведенным в проводящем объекте контроля. Предлагается смоделировать область распространения вихревых токов в материале контролируемого объекта в виде набора короткозамкнутых витков, объединенных в катушку индуктивности. Витки смоделированной катушки повторяют как ориентацию вихревых токов относительно поверхности объекта, так и геометрию их линий, - поэтому катушка имеет сложную конфигурацию. Далее электромагнитное взаимодействие катушки вихретокового преобразователя с полем вихревых токов рассматривается как взаимодействие катушки ВТП и смоделированной катушки. Таким образом, в работе разработаны модели и определены их параметры для накладного и наружного проходного вихретоковых датчиков.

На основе разработанной модели составлены алгоритмы расчета вносимых параметров для проводящих пластин, труб, прутков, многослойных конструкций, изделий с покрытием в зависимости от типа катушки преобразователя и ее параметров, зазора между поверхностью контролируемого объекта и катушкой датчика. Предложен подход к расчету вносимых параметров при использовании датчиков с магнитопроводом какой-либо конфигурации.

Основным преимуществом представленного метода расчет по сравнению с разработанными ранее является возможность его использования при расчете сопротивлений, вносимых объектом с трещиной определенной длины и глубины. Причем трещина может быть как поверхностной, так и подповерхностной.

Также показано, что используя полученные в ходе расчетов данные, возможно провести оптимизацию параметров катушки вихретокового преобразователя при конструировании новой аппаратуры.

Ключевые слова: вихретоковый преобразователь, расчет вносимых параметров, моделирование поля вихревых токов, оптимизация.

Ongirskaya Nataliya G. The method for calculation and optimization of eddy current transducer's parameters - Manuscript

The thesis is intended for obtaining a degree of candidate of technical sciences in the field of testing methods and devices, speciality 05.11.13 - Ukrainian National Technical University “Kiev Polytechnical Institute”, Kiev, 1999.

The paper is devoted to question of developing the method for calculation and optimization of coupled impedance parameters of externally mouned and external through-type sensors. The model of electromagnetic interaction of the transducer coil field with eddy current field, inducted in conductive tested object, has been developed. The algorithms for calculation of coupled parameters for conductive plates, pipes, rods, multilayer constructions, coated articles depending on the type of transducer coil and on the parameters, the clearans between tested object surface and transducer's coil, and on the cracks of definite size available in the test object. The use of data obtained from these calculations makes it possible to optimize transducer coil parameters in the process of new equipment design.

Key words: eddy current transducer, calculation of coupled impedance, eddy current field modeling, optimization.

Размещено на Allbest.ru

...