上海海事大学 上海 201306
摘要：针对港机金属结构中经常出现的裂纹，基于一种八线圈阵列的传感系统结构，提出了裂纹定位的构想和定位原则，分析了裂纹相对于传感结构的不同位置时的检测数据，得出了裂纹定位的一般规律。
关键词：金属结构；定位原则；裂纹定位；规律
1.引言
随着现代港口机械的的发展，由于过载、超年限加速老化，或者因承受应力过于集中使设备内部的微小缺陷被拉伸扩展或者产生疲劳裂纹，这些都可能造成港口事故和故障[1]。本文采用一种八线圈的传感阵列，对港机的定位问题进行分析，为其找到一个可行的方法来及时有效的预测出裂纹的位置，避免事故的发生，同时对延长港机设备使用寿命和大型机械构件的维护具有重要意义。
2.八线圈传感阵列结构
本文仿真基于如下模型：传感结构包括8线圈环绕式排列，传感器阵列外半径为65mm，设置激励信号源为电压激励源，频率为10KHz，周期为100us，最大电压值为10V，激励模式为相对激励（线圈1和5为激励线圈，其余线圈为检测线圈），测量信号为各个检测线圈的感应电压幅值。
3 裂纹相对于传感阵列处于不同位置时的仿真分析
为了更好地对裂纹的定位进行分析研究，本文选取了几个典型的裂纹位置（以两个相邻线圈—线圈2和线圈3为例）进行了仿真。结果发现，有裂纹时，各个检测线圈的感应电压幅值都或大或小的偏离无裂纹时的感应电压幅值，由此，我们可以判断传感器的周围是否存在裂纹，这也为下面的裂纹检测提供了依据。
3.1 中心位置裂纹的确定
经研究，裂纹处在传感阵列中心位置时的各个检测线圈的感应电压幅值之差总是最小的。
裂纹处于不同位置时，定义检测信号变化的相对变化（百分比）Value，即Value=（CA-NCB）/NCB×100%，其中，CA表示有裂纹信号，NCB无裂纹信号。
因此，将裂纹在线圈阵列中心区域时的Value作为参考值，当传感器中某些线圈检测到的感应电压信号变化的相对变化（百分比）Value小于或者接近这个参考值时，此时裂纹很可能处于传感线圈阵列的中心区域。
经过仿真，对线圈阵列中心区域时的数值取绝对值处理，这些数据中的最小值为0.08%、次小值为0.22%，而且0.22%这个数值比其他值要小得多，将它记为参考阈值。
3.2 裂纹其他位置的判定
3）从所有检测线圈内的感应电压信号差、所有相邻的两个检测线圈内的感应电压信号差以及它们之差的绝对值、与某个线圈相关的感应电压信号差之差的差值变化规律和大小可以得出裂纹位于哪个线圈的附近（里侧、外侧、左侧、右侧）。
5 结束语
本文用一种平面型的八线圈传感器，对裂纹相对于传感阵列的不同位置进行了仿真分析，得到一组检测信号。通过提出定位的基本思路和对实验所得的检测信号进行深入分析，得到了在15相对激励模式下的裂纹定位的一般规律。在此基础上通过分析多组数据，得出了定位的基本思想，并且也提出了可行的方法去进行定位。
参考文献
[1]汪滨波，廖昌荣，韩亮，谢云山，石祥聪.铁磁构件局部缺陷漏磁模型与实验验证[J].传感技术学报，2011（02）：238-242.
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[3]王岩.基于光纤声发射的起重机械监测系统应用研究[D].中北大学2013
[4]张振先.基于有限元分析的门座起重机金属结构检测及修复[D].秦皇岛：燕山大学，2006.1-58.
作者简介：童山（1993-），男，江苏省南京市人。硕士学位。研究方向为电磁层析和机器视觉。
王波（1992-），男，河南省信阳市人。硕士学位。研究方向为电磁层析和机器视觉。
论文作者:童山,王波
论文发表刊物:《探索科学》2016年7期
论文发表时间:2016/10/26
标签：裂纹论文; 线圈论文; 阵列论文; 电压论文; 信号论文; 感应论文; 位置论文; 《探索科学》2016年7期论文;