Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

Накладные вихретоковые преобразователи: системы возбуждения оптимального электромагнитного поля (обзор)

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-2-91-104

Полный текст:

Аннотация

Актуальной задачей вихретокового контроля является разработка технических средств с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками. Уверенное обнаружение дефектов и определение их геометрических параметров средствами вихретокового контроля осуществляется при обеспечении оптимального распределения электромагнитного поля возбуждения в зоне контроля. Цель работы заключалась в проведении анализа научно-технической информации в области вихретокового контроля для изучения сведений об использовании электромагнитных полей возбуждения с априори заданными свойствами, а также обобщения, систематизации накопленного опыта и подходов к проведению теоретических исследований в данном направлении.

Проведён обзор публикаций в области неразрушающего электромагнитного контроля, посвящённых совершенствованию систем возбуждения преобразователей вихретоковых дефектоскопов. Рассмотрены подходы, в которых однородное распределение электромагнитного поля на поверхности объекта контроля достигается линейным и нелинейным оптимальным синтезом систем возбуждения при условии неподвижности преобразователя относительно объекта контроля. Проведён анализ конструкций вихретоковых преобразователей с однородным полем возбуждения, созданным круговыми, прямоугольными тангенциальными и нормальными катушками, а также за счёт создания вращательного поля возбуждения. Изучались конструкции катушек возбуждения преобразователей с полями сложной конфигурации, характеризующиеся оригинальной фрактальной геометрией, которые позволяют увеличить вероятность выявления дефектов, не поддающихся обнаружению классическими преобразователями.

Также проанализированы исследования, в которых предлагается формирование полей оптимальной конфигурации в заданной зоне с применением магнитопроводов, концентраторов поля из проводящих материалов и экранов специальной формы. Изучались подходы к реализации оптимального синтеза систем возбуждения преобразователей с равномерной чувствительностью в зоне контроля с использованием суррогатной оптимизации для случаев движущихся объектов контроля с учётом эффекта скорости. Обобщён и систематизирован опыт, а также результаты теоретических исследований, посвящён-

ных проблеме проектирования вихретоковых преобразователей с равномерной чувствительностью в зоне контроля, обусловленной однородным распределением плотности индуцированных токов, протекающих в объекте. Предложена классификация преобразователей по ряду признаков, характеризующих их системы возбуждения.

Об авторах

В. Я. Гальченко
Черкасский государственный технологический университет
Украина
б-р Шевченко, 460, г. Черкассы 18006


Р. В. Трембовецкая
Черкасский государственный технологический университет
Украина
б-р Шевченко, 460, г. Черкассы 18006


В. В. Тычков
Черкасский государственный технологический университет
Украина

Адрес для переписки: В.В. Тычков – Черкасский государственный технологический университет, б-р Шевченко, 460, г. Черкассы 18006, Украина

e-mail: v.tychkov@chdtu.edu.ua



Список литературы

1. Ida N., Meyendorf N. Handbook of advanced non-Фdestructive evaluation. Springer, 2019, 1626 p.

2. Steblev Yu. [Synthesis of exciting fields of eddy current transducers for monitoring locally heterogeneous products and media]. Defektoskopija [Defectoscopy], 1988, no. 5, pp. 47–56 (in Russian).

3. Steblev Yu. [Synthesis of specified characteristics of eddy current probes]. Defektoskopija [Defectoscopy], 1984, no. 11, pp. 12–20 (in Russian).

4. Steblev Yu. [Synthesis of eddy-current transducers with specified structure of the exciting field in the zone of inspection]. Defektoskopija [Defectoscopy], 1986, no. 4, pp. 58–64 (in Russian).

5. Galchenko V.Ya., Vorobyov M.A. [Structural synthesis of surface eddy current probes with a given distribution of the probe field in the testing zone]. Defektoskopija [Defectoscopy], 2005, no. 1, pp. 40–46 (in Russian).

6. Halchenko V.Ya., Pavlov O.K., Vorobyov M.O. [Nonlinear synthesis of magnetic fields of excitation of eddy-current converters of flaw detectors]. Metody i prylady kontrolju jakosti [Methods and instruments of control quality], 2002, no. 8, pp. 3–5 (in Ukrainian).

7. Rosado L.S., Gonzalez J.C., Santos T.G., Ramos P.M., Piedade M. Geometric optimization of a differential planar eddy currents probe for non-destructive testing. Sensors and Actuators A: Physical, 2013, vol. 197, pp. 96–105. DOI: 10.1016/j.sna.2013.04.010

8. Su Z., Efremov A., Safdarnejad M., Tamburrino A., Udpa L., Udpa S. Optimization of coil design for near uniform interrogating field generation. AIP Conference Proceedings, 2015, vol. 1650, pp. 405–413. DOI: 10.1063/1.4914636

9. Su Z., Ye C., Tamburrino A., Udpa L., Udpa S. Optimization of coil design for eddy current testing of multilayer structures. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2016, vol. 52, no. 1–2, pp. 315–322. DOI: 10.3233/JAE-162030

10. Repelianto A.S., Kasai N., Sekino K., Matsunaga M. A uniform eddy current probe with a doubleexcitation coil for flaw detection on aluminium plates. Metals, 2019, no. 9, article № 1116. DOI: 10.3390/met9101116

11. Liu Z., Yao J., He C., Li Z., Liu X., Wu B. Development of a bidirectional-excitation eddy-current sensor with magnetic shielding: Detection of subsurface defects in stainless steel. IEEE Sensors J., 2018, vol. 18, no. 15, pp. 6203–6216. DOI: 10.1109/JSEN.2018.2844957

12. Ye C., Udpa L., Udpa S. Optimization and Validation of Rotating Current Excitation with GMR Array Sensors for Riveted Structures Inspection. Sensors, 2016, vol. 16, no. 9, article № 1512. DOI: 10.3390/s16091512

13. Rekanos I.T., Antonopoulos C.S., Tsiboukis T.D. Shape design of cylindrical probe coils for the induction of specified eddy current distributions. IEEE Trans. Magnetics, 1999, vol. 35, no. 3, pp. 1797–1800. DOI: 10.1109/20.767380

14. Repelianto A.S., Kasai N. The improvement of flaw detection by the configuration of uniform eddy current probes. Sensors, 2019, vol. 19, no. 2, article № 397. DOI: 10.3390/s19020397

15. Ribeiro A.L., Ramos H.G., Postolache O. A simple forward direct problem solver for eddy current nondestructive inspection of aluminum plates using uniform field probes. Measurement, 2012, vol. 45, no. 2, pp. 213– 217. DOI: 10.1016/j.measurement.2011.03.029

16. Ribeiro A.L., Pasadas D., Ramos H.G., Rocha T. Using excitation invariance in the characterization of defects by eddy current image constructions. Procedia Engineering, 2014, vol. 86, pp. 440–451. DOI: 10.1016/j.proeng.2014.11.057

17. Postolache O., Ribeiro A.L., Ramos H. Induction defectoscope based on uniform eddy current probe with GMR. Proc. IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conf., 2010, vol. 1, pp. 1278–1283. DOI: 10.1109/IMTC.2010.5488189

18. Postolache O., Ribeiro A.L., Ramos H.G. Uniform eddy current probe based on GMR sensor array and image processing for NDT. Instrumentation and Measurement Technology Conference (12MTC). IEEE International, 2012, pp. 458–463. DOI: 10.1109/I2MTC.2012.6229366

19. Postolache O., Ribeiro A.L., Ramos H. A novel uniform eddy current probe with GMR for non destructive testing applications. Proc Conf. on Telecommunications ConfTele, 2011, vol. 1, pp. 5–9. DOI: 10.1109/EUROCON.2011.5929410

20. Postolache O., Lopes A., Ramos H.G. GMR array uniform eddy current probe for defect detection in conductive specimens. Measurement, 2013, vol. 46, pp. 4369–4378. DOI: 10.1016/j.measurement.2013.06.050

21. Hoshikawa H., Koyama K. Uniform eddy current probe with little disrupting noise. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Testing, 1998, vol. 17, pp. 1059–1066. DOI: 10.1007/978-1-4615-5339-7_137

22. Hoshikawa H., Koyama K., Mitsuhashi S. Eddy current and magnetic testing of magnetic material by uniform eddy current probe. Review of Quantitative Nondestructive Evaluation, 2005, vol. 24, pp. 494–501. DOI: 10.1063/1.1916716

23. Li Y., Ren S., Yan B., Zainal Abidin I.M., Wang Y. Imaging of subsurface corrosion using gradientfield pulsed eddy current probes with uniform field excitation. Sensors, 2017, vol. 17, article № 1747. DOI: 10.3390/s17081747

24. Su Z., Rosell A., Udpa L. Model-based study for evaluating the sensitivity of eddy current GMR probe inspection of multilayer structures. AIP Conf. Proc., 2017, vol. 1806, no. 1, article № 110016-1-8. DOI: 10.1063/1.4974694

25. Hashimoto M., Kosaka D., Ooshima K., Nagata Y. Numerical analysis of eddy current testing for tubes using uniform eddy current distribution. Int. J. Appl. Electromagn. Mech., 2001/2002, vol. 14, pp. 95–99. DOI: 10.3233/JAE-2002-511

26. Janousek J. Effect of exciting system configuration on eddy currents distribution in non-destructive evaluation of materials. Przeglad Elektrotechniczny, 2013, vol. 89 (3A), pp. 256–258.

27. Janousek L., Chen Z., Yusa N., Miya K. Excitation with phase shifted fieldsenhancing evaluation of deep cracks in eddy-current testing. NDT & E Int., 2005, vol. 38, pp. 508–515. DOI: 10.1016/j.ndteint.2005.01.012

28. Ramos H.G., Rocha T., Pasadas D., Ribeiro A.L. Determination of linear defect depths from eddy currents disturbances. Proc. 40th Annu. Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval. AIP Conf., 2014, pp. 1448–1455. DOI: 10.1063/1.4864992

29. Chen G., Zhang W., Pang W. Koch curve fractal geometry excitation probe for eddy current non-destructive testing. Measurement, 2018, vol. 124, pp. 470–478. DOI: 10.1016/j.measurement.2018.04.031

30. Koyama K., Hoshikawa H., Mito Y. Surface flaw testing of weld zone by uniform eddy current probe. J. Jpn. Soc. Non-Destruct. Insp., 2006, vol. 60, pp. 275–282. DOI: 10.1063/1.2184550

31. Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V., Storchak A.V. Nonlinear surrogate synthesis of the surface circular eddy current probes. Przegląd elektrotechniczny, 2019, no. 9, pp. 76–82. DOI: 10.15199/48.2019.09.15

32. Trembovetska R.V., Halchenko V.Ya., Tychkov V.V. Studying the computational resource demands of mathematical models for moving surface eddy current probes for synthesis problems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2018, vol. 95, no. 5/5, pp. 39– 46. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.143309

33. Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V. The neurocomputing using of the development meta-models stage in the optimal surrogate antennas synthesis process. Visnyk NTUU KPI. Seriia Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, 2018, vol. 74, pp. 60–72. DOI: 10.20535/RADAP.2018.74.60-72

34. Halchenko V.Ya., Trembovetska R.V., Tychkov V.V. Development of excitation structure RBFmetamodels of moving concentric eddy current probe. Electrical Engineering & Electromechanics, 2019, no. 1, pp. 28–38. DOI: 10.20998/2074-272X.2019.2.05

35. Gal’chenko V.Y., Yakimov A.N., Ostapushchenko D.L. Pareto-optimal parametric synthesis of axisymmetric magnetic systems with allowance for nonlinear properties of the ferromagnet. Technical Physics, 2012, vol. 57, no. 7, pp. 893–899. DOI: 10.1134/s1063784212070110

36. Kuznetsov B.I., Nikitina T.B., Voloshko A.V., Bovdyj I.V., Vinichenko E.V., Kobilyanskiy B.B. Synthesis of an active shielding system of the magnetic field of power lines based on multiobjective optimization. Electrical engineering & electromechanics, 2016, no. 6, pp. 26–30. DOI: 10.20998/2074-272X.2016.6.05

37. Koshevoy N.D., Beliaieva A.A. Application particle swarm algorithm to minimize the cost of conducting multivariate experiment. Radio Electronics, Computer Science, Control, 2018, no. 1, pp. 41–49. DOI: 10.15588/1607-3274-2018-1-5


Для цитирования:


Гальченко В.Я., Трембовецкая Р.В., Тычков В.В. Накладные вихретоковые преобразователи: системы возбуждения оптимального электромагнитного поля (обзор). Приборы и методы измерений. 2020;11(2):91-104. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-2-91-104

For citation:


Halchenko V.Y., Trembovetskaya R.V., Tychkov V.V. Surface Eddy Current Probes: Excitation Systems of the Optimal Electromagnetic Field (Review). Devices and Methods of Measurements. 2020;11(2):91-104. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2020-11-2-91-104

Просмотров: 142


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)