钻杆内壁腐蚀的交直流复合磁化漏磁检测方法

钻杆长期服役后内壁出现的腐蚀是造成钻杆断裂的主要原因,针对钻杆内壁腐蚀的检测,提出了一种基于复合磁化的漏磁检测方法。该方法通过阵列感应线圈拾取钻杆外壁交流磁场的变化,进而评价内壁腐蚀产生的壁厚减薄状态,规避了强背景磁场下用霍尔元件测量磁场时量程范围不足、灵敏度不够等问题。利用有限元仿真软件分析壁厚减薄上方的相对磁导率分布,对比了有、无壁厚减薄的磁感应强度变化率,仿真与实验结果表明该方法可以实现钻杆内壁壁厚减薄的检测。     

基于力磁耦合型的管道电磁应力检测解析模型研究

针对管道应力检测和定量化研究,提出一种基于电磁检测原理的管道应力检测方法。本文以J-A模型为基础,采用分子电流理论建立了管道力磁耦合模型,结合非磁滞条件下铁磁材料磁化曲线,利用管道力磁耦合模型解析计算了磁化方向上外磁场和应力对管壁表面磁场的影响规律,并进行了系统性实验研究。研究结果表明,随应力强度的增加,磁化方向上管道电磁应力检测信号呈现先增大后减小的变化趋势(变化方向翻转),翻转点前后均呈线性关系,但磁场信号变化速率改变,磁力学敏感度发生变化;随着外磁场的增加,在磁化曲线处于磁饱和(磁场强度大于20 KA/m)时,应力对铁磁材料磁化强度影响较小,磁场强度约为5 000 A/m时,应力对磁化强度影响较为显著。     

旁路励磁的钢缆索索力传感器参数设计与实验

建立钢缆索索力传感理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系;提出一种改进的旁路励磁索力传感器,用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力;在缓变力情况下,传感器灵敏度与感应线圈的匝数、外激励磁化场及该磁化场下的材料磁导率有关.重点从激励磁化方式、参考工作点的选取、传感器的尺寸设计等三方面做了讨论,确定了传感器的参数.最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做丫拉力模拟实验,传感器最大重复性误差为0.27%,实验结果与理论基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行,对传感器的磁路计算、参数设计合理,可用于钢缆索的索力测量.     

润滑油中磨粒分析磁滤谱仪滤端结构设计

为解决磁滤谱仪的磁铁安装和滤膜放置等问题,对磁滤谱仪进行磁场分析。首先采用ANSYS workbench模块,通过变换2个磁铁块的相对位置和磁极方向,分析沉积面磁感应强度的大小。结果表明:在沉积面上磁铁相互吸引的状态比磁铁相互排斥的状态的磁感应强度要大,2个平行磁铁块距离越近,则在沉积面形成的磁场越强,并且磁场方向与沉积面是平行的。然后采用ANSYS(APDL)模块,在workbench分析的基础上,通过对2个磁铁块的磁感应强度和磁场强度模拟发现,在两者中心位置有磁感应盲区;通过映射路径的方法发现,在磁铁块上方2 mm的平面处出现了磁感应强度最大值,滤膜放置在此位置效果最佳。     

激励磁场对力磁耦合作用的强化机制研究

力磁耦合作用是金属磁记忆检测等电磁无损检测技术的基础。为了探明外加激励磁场在不同应力水平下对力磁耦合作用的影响机制,从磁导率与应力及环境磁场变化关系的角度,在理论上计算了外加激励磁场下力磁耦合作用下与力和磁单独作用下的表面磁场强度之差ΔH,并推导出该差值随着拉应力的增大而增大的结论。用预制缺陷的45钢试样进行对照试验,发现激励磁场对力磁耦合作用的影响ΔH是随着应力的增大而呈类似指数形式递增的。经设计的正交试验验证,激励磁场与应力对磁信号的交互耦合作用显著,且在受力过程中激励磁场对信号的作用水平最大,这与理论分析结果吻合。说明外加激励磁场对力磁耦合作用起到了一定的强化作用。     

钢缆索索力磁性传感理论模型与实验研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索的索力传感理论模型,深入讨论了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的相互耦合关系.通过对缆索材料磁导率进行泰勒级数展开,得到磁感应强度,加载外力与激励磁场之间的关系.在此基础上,分析了当分别采取稳恒磁场激励和交流磁场激励下,磁感应强度随加载外力的变化情况,并做了仿真.结果表明:不论是稳恒磁场激励,还是交流磁场激励,磁感应强度都随加载外力的增大而变大.针对所设计的环式索力传感器,完成了索力测量原理推导,通过输出感应积分电压可求得索力,并且在只考虑一阶泰勒展开系数时,输出积分电压与索力成线性关系.最后搭建实验系统,通过万能拉力机完成了传感器的外力加载实验.结果表明:传感器灵敏度能达到1.69 mV/kN,最大重复性误差为0.286%,也表明所建立的理论模型是合理的.     

磁化状态对力磁耦合关系的影响分析

从宏观和微观两方面分析了磁化状态对力磁耦合关系的影响。从微观角度,在不同的磁化状态下,分析了铁磁构件磁畴结构在外加应力作用下的变化规律;从宏观角度,基于接近原理解释了外加应力是使初始磁化状态不断向无滞后磁化状态靠近的过程,而靠近的方向由无滞后磁化强度与初始磁化强度的差值决定,如果差值大于零,则磁化强度随应力的增大而增大,如果差值小于零,则反之,但无滞后磁化强度又随应力的变化时刻发生变化。为了验证理论分析结果,对三种不同初始磁化状态下的Q235钢进行静载拉伸试验,试验结果与理论分析具有一致性。     

基于迭代补偿的纳米粒子磁化信号检测方法研究

磁粒子成像是一种无创成像技术,通过检测磁粒子示踪剂磁化信号,表征其浓度分布图像。在实际检测中,检测线圈的感应信号包含激励磁场信号与磁性纳米粒子磁化信号。将激励信号从感应电压中去除,获取粒子信号是磁性粒子成像信号检测需要解决的关键问题。针对磁性纳米粒子成像信号检测中激励磁场耦合消除方法进行研究,设计平面梯度检测线圈,并提出迭代补偿控制方法,消除激励磁场耦合,实现磁性纳米粒子磁化信号检测。仿真计算与实验测量的结果表明,对于不同检测模型,所提出的检测方法均可以完成粒子信号检测。该方法获得的粒子信号的信噪比是原有信号消去检测方法的2.2倍,与滤波方法相比信噪比提高到1.3倍,激励磁场耦合衰减可达到34 dB。     

压力对管道缺陷磁记忆信号的影响分析

为了分析利用磁记忆检测技术进行管道在线内检测的可行性,需要分析压力对管道缺陷磁记忆信号的影响。在J-A力磁耦合模型基础上得出相对磁导率与应力的数值关系,在Ansys软件中导入相对磁导率与应力的关系进行力学与静磁学联合仿真。研究结果表明:缺陷磁记忆信号有两个特点——径向磁场产生最小值到最大值的突变,轴向磁场出现最大值。在压力作用下管道内部背景磁场减小,缺陷磁记忆信号随着压力增大先减小后保持不变,可以利用磁记忆检测技术进行管道在线内检测。     

磁弹索力传感器设计方法研究

针对目前缆索的磁弹索力传感器的设计尚无比较完善的方法的现状,在讨论磁弹索力传感器基本原理的基础上,分析了磁弹索力传感器的结构及内部各磁场分布特点;从缆索、线圈、磁场、信号几方面出发,对缆索的磁弹索力传感器的设计方法进行了研究,提出了保证传感器的感应线圈内部缆索磁化均匀性、线圈安全励磁、提高灵敏度和信噪比等参数设计的具体方法与准则;根据钢缆索材料磁弹效应的材料特性优化传感器的工作点;最后针对某实际工程上应用的缆索,完成了磁弹索力传感器设计的仿真计算与实验验证,结果表明:传感器达到了预期的设计效果,且灵敏度为-0.3535mV/MPa,此设计方法用于磁弹索力传感器的设计可行。     

On controlling stresses in a complexly loaded steel construction by magnetoelastic demagnetization

Dependences of magnetic leakage field strength during magnetoelastic demagnetization of local magnetization in a steel disk (St3 steel) on the value of its biaxial deformation in the elastic domain have been studied. Deformation-induced mechanical stresses that act in radial and tangential directions have been calculated. Dependences of changes in the normal component of the magnetic leakage field of steel on the effective stress value are given. It is shown that mechanical stresses in a complexly loaded construction can be tested by the value of its magnetoelastic demagnetization.     

分子材料的磁有序研究

综合应用直流磁化率和交流磁化率等各种磁性测量技术和方法,可以对材料的磁相态进行研究和表征。本文报道了我们在分子磁体方面的一些研究结果。     

钢管纵向伤高速高精漏磁探伤磁化方法

在钢管螺旋推进漏磁检测扫描中,检测速度越快,要求的检测探靴轴向长度越长,使得扫描覆盖范围超出了均匀磁化区,出现信号不一致的问题。针对钢管纵向伤检测中检测精度与速度相互制约的问题,以保证钢管纵向伤高速检测的信号一致性为目标,采用有限元仿真与实验验证相结合的方法,分析了周向磁化中磁极靴的结构对钢管表面磁场均匀性的影响。在此基础上提出了一种纵向伤漏磁检测磁化方法,扩大了钢管表面的均匀磁场区域,在同样的检测区域内提高了检测信号的一致性。     

Effect of Deviation from Coaxiality between the Directions of Magnetization and Mechanical Strain on the Results of Magnetic Testing of Elastic Strain in Steels

The magnetoelastic effect in steels that are in the states of coercive force and residual magnetization in the saturation hysteresis loop is studied. The regularities of changes in the residual magnetization and coercive force under uniaxial tensioning and compression of specimens of 30KhGSA steel magnetized along the direction of strain application are established. It is shown that a variation in the direction of magnetization and complication of the strain pattern result in considerable deviations in the character of changes in the magnetic forces determined by a ferroprobe-type coercive force meter for elastically strained plates from St3 and R6M5 steels and for an St3 beam.     

一种新型的磁弹性静力测量系统

Ｔｄ－Ｄｙ－Ｆｅ单晶材料是一种在室温下超磁弹性能的新型稀土智能合金,具有能量密度大,换效率高等特点。这种材料的应用研究正受到了越来越多的重视,其已有的应用方式主要是采用电磁能转换为弹必民动态弹性能转换为动态电磁能这两类。     

Simultaneous measurement of magnetization and magnetostriction in 50 T pulsed high magnetic fields

To simultaneously perform magnetization and magnetostriction measurements in high magnetic fields, a miniaturized device was developed that combines an inductive magnetometer with a capacitive dilatometer and, therefore, it is called "dilamagmeter." This combination of magnetic and magnetoelastic investigations is a new step to a complex understanding of solid state properties. The whole system can be mounted in a 12 mm clear bore of any cryostat usually used in nondestructive pulsed high field magnets. The sensitivity of both methods is about 10(-5) A m(2) for magnetization and 10(-5) relative changes in length for striction measurements. Measurements on a GdSi single crystal, which are corrected by the background signal of the experimental setup, agree well with the results of steady field experiments. All test measurements, which are up until now performed in the temperature range of 4-100 K, confirm the perfect usability and high stability in pulsed fields up to 50 T with a pulse duration of 10 ms.     

胶囊机器人磁驱动力建模与测量

可吞式无线磁驱胶囊机器人在胃肠道内的诊疗效果与机器人受到的外部磁驱动力密切相关。本文建立了外部磁驱动力的理论模型,基于等效磁荷模型推导了两径向充磁环形永磁体相互作用的数学表达式,采用自适应递归式计算方法开展了数值计算。此外,发展了环形永磁体间磁力实时测量方法,并开发了磁力-间距同步测量仪器开展实验研究,且建立了3D环形永磁体有限元仿真模型。实验测量磁力-间距关系曲线与理论计算和有限元仿真结果吻合较好,误差小于4%,验证了理论模型和有限元仿真模型的准确性和可靠性。通过参数分析,揭示了胶囊机器人内置永磁体长度、厚度和体积对磁力的影响规律。研究结果为精准驱动胶囊机器人在胃肠道内运动奠定了理论基础。     

Magnetoelastic Memory of High-Chromium Steel

This paper continues the series of previous publications [1–7] dedicated to the search for materials for magnetoelastic crashers. A magnetoelastic crasher is a piece of a ferromagnetic material in the residually magnetized state. When this piece is compressed or stretched, its magnetization changes irreversibly with a definite increment, which enables one to estimate the load applied to the crasher. This process is termed the effect of magnetoelastic memory. The crasher's materials should satisfy certain conditions. In particular, the residual magnetization and the character of its change under applied load should depend as weakly as possible on the applied magnetic field, time, and variations in thermal conditions in the zone of measurements. Moreover, the material should be strong enough, resistant to corrosion, and inexpensive. Among the materials that satisfy the latter three conditions are high-chromium steels. Experiments conducted with the 30Kh13 steel [7] detected the effect of magnetoelastic memory in this material, but its magnetoelastic susceptibility is relatively low. In steels with different chromium contents, the magnetostriction, alongside its magnetoelastic susceptibility, can be higher. For our studies of this problem, we selected a steel containing 14.37% of chromium.     

磁致伸缩与磁弹一体化传感器的研制

为开发具有缺陷检测与应力测量双功能的单体传感器,设计出一种包括静态偏置磁路和内、外层感应线圈的一体化传感器结构,可工作于磁致伸缩与磁弹传感器两种模式。结合磁致伸缩与磁弹基本理论,以能量转换效率和应力测量灵敏度为指标,采用有限元仿真法对一体化传感器的偏置磁场进行优化选取。一体化传感器的试验测试结果表明,传感器工作于磁致伸缩传感器模式时,可在直径6.3 mm钢杆中激励产生L(0,1)模态超声导波并有效检测出宽度和深度均为1 mm的槽型缺陷,增加外层感应线圈的驱动直流可对静态偏置磁场强度进行补偿以使接收的缺陷回波信号幅值增加,提高传感器的缺陷检测能力;工作于磁弹传感器模式时,随激励信号幅值增大,传感器的应力测量灵敏度和测量结果线性度均有提高,其中测量结果线性拟合确定系数最高达0.992 4,表明一体化传感器可用于高精度应力测量。