基于截断区域特征函数展开的T-II复合芯ECT探头的分析阻抗模型

《Sensors》：Analytical Impedance Model of T-II Composite-Core ECT Probe Using Truncated Region Eigenfunction Expansion

　　

摘要

为了解决传统分析模型在描述多芯耦合效应方面的局限性以及有限元仿真过高的计算成本问题，本文提出了一种基于截断区域特征函数展开（TREE）方法的高精度分析模型，用于新型T-II复合芯涡流检测（ECT）探头。通过将求解域划分为十个子域，并在轴对称圆柱坐标系下进行划分，得出了线圈阻抗的解析表达式，同时严格满足了所有材料界面处的电磁连续性要求。在100 Hz到10 kHz的频率范围内，通过与二维（2D）和三维（3D）有限元方法（FEM）仿真的数值交叉验证表明，所提出的TREE模型在 coil 电阻和电抗方面的相对误差均低于2%。值得注意的是，所提出的方法所需计算时间要比2D和3D FEM显著减少。进一步的参数分析证实，与传统的单芯探头相比，这种T-II复合芯探头具有更优越的电磁性能，包括更高的地下涡流密度和更好的磁场重新分布。本文克服了单芯ECT分析模型的固有局限性，建立了一个稳健的理论框架，以解释复合芯探头的独特电磁场优势，并为多芯ECT传感器的结构优化提供了有力支持。