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2 腐蚀监测传感器的设计
互感或耦合系数，反映线圈之间通过磁场变化相互耦合的程度，它们取决于线圈的匝数、几何尺寸、磁介质和线圈之间的相对位置，同时耦合系数k直接影响传感器性能参数△f和Dip的大小。我们期望在保证两线圈之间较远的距离的前提下，能够有较大的耦合系数。另外，考虑到为了不影响混凝土结构的性能，腐蚀监测传感器尺寸不能太大。
ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的分析，有着广泛的应用领域。本文采用ANSYS10．0版本进行仿真。
2．1 仿真步骤
为了保证在较高的频率范围内进行腐蚀监测，同时提高耦合系数，采用磁导率为2800软磁铁氧体磁棒为磁芯。通过ANSYS仿真，希望能够得出磁棒的尺寸、线圈的匝数、线圈之间的相对位置等参数。
ANSYS磁场分析分为5个步骤：创建物理环境、建立模型、加边界条件和载荷、求解、后处理查看计算结果。本文采用plane53单元建立1／2轴对称实体模型；为了更加真实的模拟线圈周围的真实磁场，在模型的周围建立20 cm的空气模型；另外为了提高计算的精度和兼顾计算机处理时间，设置自动网格划分精度Smart Size为3；在空气四周添加平行边界条件；利用二维静态磁场分析，为耦合线圈添加名义电流，采用Lmatrix宏来计算电感和互感的大小。采用ANSYS建立的耦合线圈的模型如图3所示。

2．2 磁棒尺寸的仿真设计
假设磁棒1、2的半径和高度分别为r1、r2、h1、h2，匝数分别为N1、N2，两线圈之间的距离为s。令h1=h2=20 mm，N1=12，N2=26，s=20 mm。取r1=r2=5、10、15、20、25 mm，仿真线圈半径对k的影响，结果如图4所示。

在图4中，k随r1、r2的增大而增大。但由于线圈2需埋入钢筋混凝土中，为不影响其性能，尺寸不能太大，所以取r2=25 mm。改变r1的值，观察k的变化，结果如图5所示。

在图5中，k先随r1的增大而增大，当r1=35 mm时，达到最大值，随后随之减小，所以取r1=35 mm。
磁棒高度与线圈匝数密切相关，当改变线圈匝数时要兼顾磁棒高度。取r1=35 mm，r2=25 mm，h1、h2随线圈匝数而改变。图6为N1=N2时，k受匝数的影响。为了不影响混凝土结构的性能，h2最大值为20 mm，此时N2=30匝，图7为N2=30，k随N1变化的结果。
在图6中，随着N1、N2的增大，K随之增大；在图7中，当N2=30匝时，随着N1的增加，k随之增大，当N1>30后，k略有上升。综上，取N1=N2=30匝，h1=h2=20 mm。

根据以上的分析，取r1=35 mm、r2=25 mm、N1=N2=30匝、h1=h2=20 mm。进行耦合电感的绕制，此时电感的大小为L1=200 μH、L2=140 μH。
改变两线圈之间的距离s，得到不同的k值，为下面进行其他参数仿真设计提供依据，其结果如图8所示。从图8可以看出，随着线圈之间距离的增加，逐渐减小。所以在实际工程使用时，为了保证线圈之间的较高的耦合效率，的大小要适度。

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关键词： 混凝土 钢筋腐蚀 监测传感器