Моделювання вихрострумового перетворення електромагнітного сигналу для вирішення задачі визначення характеристик залізної руди
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-288-2-68-78Ключові слова:
електромагнітний перетворювач, фізичні параметри, моделювання, вихрові струмиАнотація
Запропоновано метод комбінованого електромагнітного перетворення для визначення характеристик феромагнітних матеріалів. Метод заснований на формуванні електромагнітним способом пружних ультразвукових хвиль у гірському масиві, визначенні параметрів імпульсного вихрострумового перетворення, а також амплітуди, фази і частоти сформованого супутнього акустичного сигналу, що пройшов певну відстань у досліджуваному середовищі. Доведено зв’язок певних характеристичних властивостей мінералого-технологічних властивостей гірських порід із параметрами електромагнітного акустичного перетворення зондуючих сигналів. Розглянуто основні елементи моделі процесу вихрострумового перетворення, як складової частини запропонованого методу.
У пристроях вихрострумового контролю котушка збудження, керована змінним струмом, індукує вихровий струм у зразку через електромагнітний зв’язок. У свою чергу, циркуляція вихрового струму індукує вторинне магнітне поле. Це поле змінюватиметься, якщо зміниться електропровідність та магнітна проникність зразка. Зміну в полі вловлює чутливий пристрій, яким є або котушка, або магнітний датчик.
Обчислення магнітного векторного потенціалу та щільності магнітного потоку виконано із застосуванням методу розподіленого джерела струму (DCS). DCS враховує вихрові струми та намагніченість за допомогою об’ємних і поверхневих джерел струму, що дає закриті рішення для вихрових струмів, щільності магнітного потоку та електрорушійної сили.
Імпеданс є важливим параметром, що характеризує частотну характеристику датчиків вихрострумного контролю. Досліджена технологія, що дозволяє методом оптимізаційної процедури щодо обмеженої кількості сегментів мережи Foster обчислити імпеданс котушки вихрострумового датчика, його резистивну та індуктивну складові та визначити частоту, відповідно до якої ці складові дорівнюють одна одній. Ці параметри є характеристичними ознаками властивостей феромагнітних корисних копалин, зокрема мінералого-технологічних різновидів залізної руди. Для практичної реалізації такого підходу запропоновано застосовувати метод інтелектуального розпізнавання із застосуванням адаптивної нейро-нечіткої системи.
Посилання
1. Li Y, Tian G Y, Simm A. Fast analytical modelling for pulsed eddy current evaluation. NDT E Int., 2008, 41(6): 477–483.
2. Desjardins D, Krause T W, Clapham L. Transient eddy current method for the characterization of magnetic permeability and conductivity. NDT E Int., 2016, 80: 65–70.
3. Ala Eddine Lakhdari, Ahmed Cheriet, Islam Nacereddine El-Ghoul. Skin effect based technique in eddy current non-destructive testing for thickness measurement of conductive material. IET Circuits, Devices & Systems. 2019, Volume13, Issue2, p. 255-259. https://doi.org/10.1049/iet-smt.2018.5322.
4. Bour, J.-C., Zubiri, E., Vasseur, P. et. al. Étude de la répartition des courants de Foucault pulsés dans une configuration de contrôle non destructive. J. Phys. III, 1996, 6, (1), pp. 7– 22.
5. Popovic, Z., Popovic, B.D. Introductory electromagnetics. (Prentice hall Upper Saddle River, NJ, USA, 2000).
6. Kharudin Bin Ali, Ahmed N. Abdalla, Damhuji Rifai, Moneer A. Faraj. Review on system development in eddy current testing and technique for defect classification and characterization. IET Circuits, Devices & Systems, Special Issue: Developments and Advancements on Electronics Education. 2017, Volume 11, Issue 4, P. 338-351. doi: 10.1049/iet-cds.2016.0327.
7. Betta G., Ferrigno L., Laracca M., et al: ‘Optimized complex signals for eddy current testing’. IEEE Instrumentation Measurement Technology Conf., 2014, pp. 1120–1125
8. Schroeder M.R.: ‘Synthesis of low-peak-factor signals and binary sequences with low autocorrelation’, IEEE Trans. Inf. Theory, 1970, 16, (1), pp. 85–89
9. Xuanbing Qiu, Peng Zhang, Jilin Wei, Xiaochao Cui, Chao Wei, Lulu Liu. Defect classification by pulsed eddy current technique in con-casting slabs based on spectrum analysis and wavelet decomposition. Sensors and Actuators A: Physical, Volume 203, 1 December 2013, Pages 272-281. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.09.004.
10. Xingle Chen, Yinzhao Lei. Electrical conductivity measurement of ferromagnetic metallic materials using pulsed eddy current method. - NDT & E International, Volume 75, October 2015, Pages 33-38. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2015.06.005.
11. Zhicheng Shan, Yi Yuan, Bin Cao, Shilong Miao, Guojian Li, Qiang Wang. The effect of interaction between particles on eddy current separation. - Separation and Purification Technology, Volume 346, 2024, 127382. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.127382.
12. Моркун В. С., Моркун Н. В., Грищенко С.М., Гапоненко А. А., Гапоненко І. А., Бобров Є. Ю. Моделювання електромагнітного акустичного перетворювача. Гірничий вісник, Кривий Ріг, 2023. Вип. 111. с. 88-95.
13. Sophian, A., Tian, G. & Fan, M. Pulsed Eddy Current Non-destructive Testing and Evaluation: A Review. Chin. J. Mech. Eng. 30, 500–514 (2017). https://doi.org/10.1007/s10033-017-0122-4.
14. S. Ramo, J. R. Whinnery, and T. Van Dum, Fields and Waves in Communication Electronics.
15. Forbes, L. K., Crozier, S., Doddrell, D. M. Rapid computation of static fields produced by thick circular solenoids. - IEEE Transactions on Magnetics, 1997, vol. 33, issue 5, pp. 4405-4410. DOI:10.1109/20.620453.
16. B. J. Hao, K. M. Lee, and K. Bai, "Distributed current source modeling method for 3D eddy current problem in magnetic conductor with discrete state-space J-φ formulation," Journal of Computational Physics, vol. 401, Jan. 2020. doi: 10.1016/j.jcp.2019.109027.
17. Distributed Current Source. https://github.com/wei-chen-li/Distributed-Current-Source.
18. Xia, Z.; Huang, R.; Chen, Z.;Yu, K.; Zhang, Z.; Salas-Avila, J.R.; Yin, W. Eddy Current Measurement for Planar Structures. Sensors 2022, 22,8695. https://doi.org/10.3390/s22228695.
19. Technologies Keysight. Impedance Measurement Handbook. Available online: www.keysight.com.
20. Vanderkooy, J., A Model of Loudspeaker Driver Impedance incorporating eddy currents in the pole structure,” J. Audio Eng. Soc., 37(37), pp. 119-128, 1989.
21. Thompson, S. C. and Warren, D. M., “Analog circuit model for loudspeakers including eddy current behavior and suitable for time domain simulation,” AES Convention Paper 9826, 143rd Convention, 2017.
22. Steve Thompson. MathWorks files for inductor with eddy currents in core. https://de.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/80218-mathworks-files-for-inductor-with-eddy-currents-in-core.
23. Thompson, Stephen Simscape model for Eddy Currents in a Cylindrical Core [Data set]. Scholarsphere. 2024. https://doi.org/10.26207/3h14-4190.
24. Thompson, S. C., Warren, D. M. and Gabrielson, T. B. Analog model for thermoviscous propagation in a cylindrical tube, J. Acoust. Soc. Am.135(2) pp. 585-590.
25. Bilbao, S. and Harrison, R., “Passive time-domain numerical models of viscothermal wave propagation in acoustic tubes of variable cross section,” J. Acoust. Soc. Am.140(1) 728 (2016). doi: 10.1121/1.4959025.
26. Thibault, A. and Chabassier, J., “Dissipative time-domain one-dimensional model for viscothermal acoustic propagation in wind instruments,” J. Acoust. Soc. Am.150(2) 1165 (2021). doi: 10.1121/10.0005537
27. Morkun, V., Morkun, N., Fischerauer, G., Tron, V., Haponenko, A., & Bobrov, Y. Identification of mineralogical ore varieties using ultrasonic measurement results. Mining of Mineral Deposits. 2024. 18(3), 1-8. https://doi.org/10.33271/mining18.03.001.
28. Morkun, N., Fischerauer, G., Tron, V., Gaponenko, A. Mineralogical Analysis of Iron Ore Using Ultrasonic Wave Propagation Parameters. - Acta Mechanica et Automatica, 2023, 17(3), p. 364-371.
29. Morkun V.S., Morkun N.V., Tron V.V., Serdiuk O.Y., Haponenko A. Use of backscattering ultrasound parameters for iron ore varieties recognition. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2023, No 6, pp. 19-24. https://doi.org/10.33271/nvngu/2023-6/019.
