第1章 绪论 1
1.1 电涡流无损检测技术概述 1
1.1.1 集肤效应与渗透深度 2
1.1.2 电涡流检测技术的应用及特点 2
1.2 电涡流检测技术的发展简史 3
1.3 电涡流检测新技术 4
1.3.1 脉冲涡流检测技术 4
1.3.2 远场涡流检测技术 5
1.3.3 电涡流阵列检测技术 5
1.4 电涡流检测建模理论的研究进展与现状 6
1.4.1 常规涡流检测技术的建模理论 6
1.4.2 脉冲涡流检测技术的建模理论 9
第2章 多层导电结构常规涡流场的积分解析模型 11
2.1 引言 11
2.2 空气中线圈磁场的积分解析模型 13
2.2.1 空气中单匝线圈磁场的积分解析模型 13
2.2.2 空气中多匝线圈磁场的积分解析模型 15
2.3 单层导电结构常规涡流场的积分解析模型 17
2.3.1 单匝线圈激励下单层导电结构常规涡流场的积分解析模型 17
2.3.2 多匝线圈激励下单层导电结构常规涡流场的积分解析模型 18
2.4 多层导电结构常规涡流场的积分解析模型 19
2.5 电涡流检测探头响应的积分解析模型 22
2.5.1 磁场传感器输出响应的积分解析模型 22
2.5.2 线圈阻抗的积分解析模型 23
2.6 线圈阻抗变化量积分解析模型的函数特性 23
2.6.1 被积函数在零点处的极限 24
2.6.2 被积函数的收敛性 25
2.7 线圈阻抗变化量积分解析模型的数值计算 25
2.7.1 自适应辛普森算法 25
2.7.2 高斯－勒让德积分算法 26
2.7.3 数值计算注意事项 27
2.8 数值计算及实验验证 27
2.9 本章小结 29
第3章 多层导电结构常规涡流场的级数解析模型 30
3.1 引言 30
3.2 导电结构常规涡流场的空间分布特性 31
3.3 空气中线圈磁场的级数解析模型 32
3.3.1 空气中单匝线圈磁场的级数解析模型 32
3.3.2 空气中多匝线圈磁场的级数解析模型 36
3.4 单层导电结构常规涡流场的级数解析模型 36
3.5 多层导电结构常规涡流场的级数解析模型 37
3.6 电涡流检测探头响应的级数解析模型 38
3.7 应用实例 39
3.7.1 研究对象 39
3.7.2 线圈阻抗变化量的级数解析模型精度的影响因素分析 40
3.7.3 线圈阻抗变化量的积分解析模型与级数解析模型的比较 42
3.8 本章小结 43
第4章 基于反射－透射理论的多层导电结构常规涡流场解析模型 45
4.1 引言 45
4.2 电磁波在多层介质中的反射与透射 46
4.2.1 半空间的反射与透射 46
4.2.2 三层介质中电磁波的反射与透射 47
4.2.3 任意层介质中电磁波的反射与透射 49
4.3 应用基于反射－透射理论的新方法求解导电结构涡流场的解析模型 51
4.3.1 单层导电结构常规涡流场的级数解析模型 51
4.3.2 两层导电结构常规涡流场的级数解析模型 53
4.3.3 多层导电结构常规涡流场的级数解析模型 54
4.4 基于Cheng矩阵法的模型和基于反射－透射理论模型的对比 55
4.5 模型应用 58
4.6 Luquire建立的多层导电结构线圈阻抗变化量积分解析模型的数学证明 60
4.7 本章小结 61
第5章 多层导电结构脉冲涡流场的时域解析模型 62
5.1 引言 62
5.2 基于傅里叶反变换的脉冲涡流场时域解析模型 63
5.2.1 激励脉冲的傅里叶级数展开式及吉布斯现象 63
5.2.2 线性叠加傅里叶谐波响应求解脉冲涡流场 65
5.2.3 基于傅里叶反变换法脉冲涡流场时域解析模型的应用与实验验证 66
5.3 基于拉普拉斯反变换的脉冲涡流场时域解析模型 68
5.3.1 解析求解脉冲涡流场的拉普拉斯反变换 68
5.3.2 数值求解脉冲涡流场的拉普拉斯反变换 74
5.3.3 脉冲涡流场时域解析模型的比较与应用 75
5.4 任意线圈激励下多层导电结构瞬态涡流场的时域解析模型 77
5.5 本章小结 78
第6章 金属管件涡流响应的解析模型 79
6.1 引言 79
6.2 线圈阻抗的积分解析模型 80
6.3 内穿式线圈阻抗的级数解析模型 85
6.3.1 单层管材试件 85
6.3.2 多层管材试件 86
6.4 外穿式线圈阻抗的级数解析模型 87
6.5 模型的数值计算 88
6.6 仿真验证 89
6.7 本章小结 90
第7章 偏心状态下探头响应的解析模型 91
7.1 引言 91
7.2 偏心状态下探头的阻抗解析模型 92
7.3 线圈阻抗模型的数值计算 94
7.4 探头偏心影响的仿真与分析 95
7.4.1 仿真参数 95
7.4.2 偏心状态下的探头阻抗轨迹 95
7.4.3 探头偏心引入的信号误差 96
7.5 本章小结 98
第8章 电涡流检测探头响应的有限元模型 99
8.1 涡流场有限元理论基础 99
8.1.1 Maxwell方程组 99
8.1.2 边界条件 100
8.1.3 涡流场有限元算法 101
8.1.4 涡流场有限元求解后处理 104
8.2 ANSYS Maxwell软件及应用 106
8.3 仿真实例 108
8.4 本章小结 124
第9章 实验系统的设计与开发 125
9.1 引言 125
9.2 系统总体设计 126
9.3 实验系统电源研制 126
9.4 基于DDS技术的信号发生电路 127
9.5 锁相放大技术 128
9.5.1 模拟式锁相放大技术 128
9.5.2 数字式锁相放大技术 131
9.6 探头设计与研制 132
9.6.1 探头的机械结构 132
9.6.2 探头的电路连接与激励电流的采样 132
9.7 XY运动控制系统的设计与开发 133
9.7.1 运动控制系统的硬件设计 133
9.7.2 运动控制系统的软件开发 134
9.8 实验系统的软件设计与开发 135
9.9 本章小结 136
参考文献 137
附录 144
A.1 电磁场中的三种对称场 144
A.2 梯度、散度、旋度在三种坐标系下的展开式 146