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近年來，特殊環(huán)境下鋼板或鋼管厚度、缺陷、腐蝕的檢測與識別引起了科技工作者的高度重視，如地下輸油管道、天然氣管道等管壁幾何特征的檢測就是一例。因此研究和開發(fā)適應(yīng)于特殊環(huán)境下的測量傳感器也逐漸提到了日程上來，而漏磁通測量法的原理較為簡單、結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)、傳感器適應(yīng)性強、可實現(xiàn)非接觸式測量等特點而被關(guān)注，雖然這種方法有許多的優(yōu)點，但由于實際磁路計算繁雜、影響磁路參數(shù)的非確定因素較多，設(shè)計時計算量大、準確度受限制，因此，漏磁傳感器及其磁場的設(shè)計計算是確定傳感器磁極間漏磁大小與被測鋼板厚度間關(guān)系的關(guān)鍵。
目前，磁路計算的方法可分為等效磁路法和有限元分析法。前者是將磁路等效為電路，利用磁路基本定律列方程求解；后者是基于磁場的概念建立有限元模型進行計算。由于電子計算機的發(fā)展使得磁路的有限元分析得到廣泛應(yīng)用，其中ANSYS軟件的推廣就是一例。本研究正是通過有限元法來模擬試驗并進行理論分析，從而為漏磁通法測量鋼板厚度的傳感器設(shè)計提供理論依據(jù)和參考。
漏磁法測量鋼板厚度是基于永磁回路原理進行的。如圖所示為漏磁法測量鋼板厚度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它由2個強磁性稀土永久磁鐵、2個極靴、1個由軟磁材料組成的襯鐵、2個聚磁件及1個集成霍爾器件等組成，磁回路路徑如圖虛線所示。
永久磁鐵用以提供磁動勢，2個極靴的作用是調(diào)整氣隙內(nèi)的磁通使其均勻分布，襯鐵則是構(gòu)成磁回路所必須的單元，本設(shè)計采用高磁導(dǎo)率，低矯頑力的工業(yè)純鐵加工而成，聚磁件的作用是將漏磁場中部分空間內(nèi)的漏磁通聚合并均勻化，從而增加霍爾器件的靈敏度，集成霍爾器件用來完成穿過該器件表面磁通大小的測量、放大和電壓輸出等功能。
被測鋼板是導(dǎo)磁性能好的鐵磁材料，當測量不同厚度的鋼板時，首先保證極靴與鋼板之間的氣隙恒定，這樣，由傳感器和鋼板的被測局部就可構(gòu)成一個磁回路。當鋼板的厚度發(fā)生變化時，整個磁回路的磁通也發(fā)生變化，從而導(dǎo)致磁極間漏磁通發(fā)生變化，因此通過測量整個磁回路的磁通變化或磁極間一點的漏磁大小都可以確定被測鋼板的厚度。但由于霍爾器件的測量范圍較小，如果直接測量穿過被測鋼板的磁通量，霍爾器件的電壓輸出極易飽和，因此本方案采用測量磁極間的漏磁通法進行。
ANSYS有限元分析軟件是集結(jié)構(gòu)、熱學(xué)、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛應(yīng)用于一般工業(yè)及科學(xué)研究。本研究主要應(yīng)用該軟件的三維靜磁場分析，其分析過程分三個步驟：
(1)模型的建立，包括：①創(chuàng)建或讀入有限元模型；②定義材料屬性；③劃分網(wǎng)格；
(2)定義邊界條件、施加載荷及載荷選項、設(shè)定約束條件，然后求解；
(3)結(jié)果后處理，查看和分析結(jié)果，然后檢驗結(jié)果是否正確。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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