[发明专利]一种基于环电流的漏磁仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于环电流的漏磁仿真方法，通过立体角的方法，推导出单个环电流的磁场分布，再分析磁介质磁化状态下环电流的排列，得出用半无限长螺线管模型描述漏磁场的结论，并给出公式；为得到准静态漏磁场的磁场强度分布，引入JA磁滞模型，分析缺陷面处的环电流的分布与激励磁场值的关系，结合上述的螺线管模型，推导出准静态漏磁场的磁场强度分布。本发明通过引入磁滞模型和缺陷面法向量克服了磁偶极子模型的上述不足，得到的模型公式简单有效，相对于有限元法效率更高，且漏磁信号和缺陷形状的函数关系可由公式直接推导。

技术领域

本发明属于缺陷检测中的漏磁仿真技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于环电流的漏磁仿真方法。

背景技术

目前，缺陷检测中的漏磁仿真方法主要分为基于磁偶极子模型的解析法和求解麦克斯韦方程的有限元数值计算法，但两种方法均存在一定的局限性。基于磁偶极子模型的解析方法忽略了磁荷分布、缺陷形状参数和铁磁性材料的非线性磁化，不适用于时变磁场和复杂缺陷。而求解麦克斯韦方程的有限元数值计算法，不能得到漏磁信号和缺陷形状的函数关系，计算过程需要耗费相当大的计算资源和时间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于环电流的漏磁仿真方法，以适用于时变磁场和复杂缺陷，并得到漏磁信号和缺陷形状的函数关系。

为实现上述发明目的，本发明基于环电流的漏磁仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、平板状铁磁性试件简称试件的均匀磁化状态确定

试件置于方向为x轴正方向的激励磁场中，激励磁场为均匀磁场，其磁场强度值为H_ex；对于试件，若认为达到均匀磁场状态，则饱和区域的磁化强度饱和值为M_{s_sp}，且试件中饱和区域占总区域的比例为k_s；

首先，在试件端面处应用螺线管模型，求出试件端面与激励磁场的作用下，在根据比例k_s确定的饱和区域与非饱和区域交界处，空气域中的磁场强度：

其中，为端面微元ds到空气中场点的矢量；

由于磁场在边界面上切向分量连续，且磁场基本沿x轴正方向，因此磁场强度的x向分量值便与试件中磁场强度的x向分量值相等，将试件中磁场强度的x向分量值代入JA磁滞模型，得到试件中的磁化强度若M_{x_sp}＞k_M*M_{s_sp}，则可认为试件已达到饱和状态，试件均匀磁化状态，其中，k_M为一个小于1的比例常数；比例k_s、k_M根据漏磁场要求求解精度确定，值越大，求解越精确；

(2)、忽略螺线管间作用时基于环电流的漏磁场仿真

试件置于方向为x轴正方向的均匀磁场中，试件被磁化至均匀状态时，根据分子电流的磁化理论，试件中环电流呈均匀分布；

2.1)、计算半无限长螺线管的磁场分布

场点P处于环电流磁矩所指方向的半空间内，环电流在场点P处产生的磁感应强度值为：

其中，Ω＝(S cosγ)/r_c²为环电流对场点P所张立体角，S为环电流所围面积，r_c为场点P到环电流中心的距离，γ为场点P与环电流中心的连线与环电流的轴线的夹角，I为环电流的电流大小，μ₀与π分别为真空磁导率和圆周率；

被磁化的试件中，环电流沿磁化强度方向致密排列组成螺线管，在试件中螺线管致密排列；当试件无缺陷时，螺线管不漏磁；当试件存在缺陷时，设缺陷面上的环电流和与环电流对应的螺线管中所通过的电流大小相等，螺线管尺寸设为半无限长；