一種電磁磁電效應式傳感器的製作方法

2023-05-27 02:39:16 1

專利名稱：：一種電磁磁電效應式傳感器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及鐵磁性構件電磁無損檢測裝置，特別涉及一種電磁磁電效應式傳感器。
背景技術：
：目前，磁測量
技術領域：
的磁現象，大體分為弱磁場、強磁場和甚強磁場，而作為當今高新技術的一個熱點，弱磁場檢測技術應用廣泛，發展前景十分廣闊。隨著磁性材料、磁效應理論、磁敏元件、數據建模與分析、以及計算機網絡技術的大規模應用，弱磁檢測技術不斷發展，針對不同應用領域的各種弱磁檢測方法應運而生。目前依據測量原理已有"磁-力法"、"電磁感應法"、"磁飽和法"、"磁電效應法"、"磁共振法"、"超導效應法"、"磁光效應法"等方法門類。其中，磁飽和法是利用被測磁場中的磁芯在交變磁場的飽和激勵下磁感應強度與磁場強度的非線性關係來測量磁場的方法，也被稱為"磁通門"技術，這種方法又可分為頻率選擇和時間編碼兩種應用形式，應用的領域十分廣泛。例如在宇航工程、軍事偵察、地質探測等方面均有採用。鐵磁性材料檢測，是通過測量特徵磁場對鐵磁性構件的空間位置、結構狀態、物理性能、化學成分等進行測定，具有能夠非接觸式檢測和在線實時檢測的特點。綜合來看，目前的磁性材料檢測主要採用"感應線圈+勵磁裝置"、"霍爾元件+勵磁裝置"、或者"感應線圈+霍爾元件+勵磁裝置"等技術形式。這些方法均存在以下幾大缺點①過度依賴於強磁激勵，弱磁狀態下的檢測性能明顯變差，甚至根本不能檢測；②磁路設計複雜，對構件存在缺陷的定量分辨力十分有限；③趨膚效應顯著，難以檢測構件內部的缺陷；④受提離效應影響，很難在不影響構件自由運行的條件下完成檢測。弱磁場檢測當中"磁飽和法"原理的磁通門傳感器具有高靈敏、高穩定和高響應特性，近年來在材料檢測領域得到一定的應用。如加拿大Rotesco公司採用了"磁通門+感應線圈"的技術形式，我國上海海運學院採用了"多路磁通門+磁化裝置"的技術形式。但此類產品還是存在以下問題一是高靈敏度同時導致了結構性漏磁幹擾增大；二是在信號處理過程還是增加了時域一空域轉換電路，對信號還原構成影響；三是探頭以及電路裝置仍舊碩大笨重，不便於在工業現場實際應用和操作。
發明內容本發明為解決現有技術的上述缺陷，提供了一種電磁磁電效應式傳感器，本發明所述電磁磁電效應式傳感器的技術方案是由電磁釋能線圈L,和磁能衡線圈L2構成電磁磁電效應式傳感器；從技術原理上具有"電磁效應"與"磁電效應"聯動，輸入輸出電量雙向互控的技術特徵，即通過電磁迴路設計形成勵磁電流i,與磁能勢差的關聯響應環節，通過磁電迴路設計形成釋能電磁場(B。或B》與磁能衡線圈L2輸出電量(U。或i)的等價感應環節；所^述傳感器的電磁釋能線圈L,、、磁能衡線圈L2相鄰平行放置，均釆用高導磁磁芯；對電磁釋能線圈L提供由嵌入式程序調製給定的穩恆直流勵磁電流i,，磁能衡線圈L2—端(調製端)輸入調頻振蕩fi，另一端(輸出端)輸出電量(u。或i。)。④鐵磁性構件被置於鄰近磁能衡線圈L2的一側；被測鐵磁性構件的磁場B。方向與電磁釋能線圈L,、磁能衡線圈L2的方向平行。本發明所述電磁磁電效應式傳感器的原理框架是①電磁釋能線圈L,的磁芯提供的非飽和特性而等效於一個線性環節，其輸入為恆直電流L產生B,。②鐵磁性構件的穩定弱磁場B。在與Bi空間交互時產生關聯磁場B，磁能衡線圈L處於關聯磁感應場B中。③磁能衡線圈L2，由於其磁芯提供的飽和變幅特性，而等效於一個雙增益非線性環節，其輸入為關聯感應磁通①B二恆流磁通OB,+響應磁通①B。，輸出為電量(u。或i。)。④由①②③各環節所組成的系統，實現了輸入變量與輸出變量之間的自控式轉換，電磁磁電效應式傳感器的輸出電平u。將能反映鐵磁性構件上空間對應體積元的穩態弱磁勻強磁場B。。⑤弱磁傳感器的輸出電量(u。或i。)所包含的探測信息包括選頻幅值和諧振頻譜兩種形式，可被獨立採用，也可綜合運用。本發明的有益效果是本發明與自動化控制信號具有高度的相容性，能夠根據對象特性實施信號調製，以滿足檢測的需要；且適合於lmT以下的弱磁場檢測，受提離效應的影響很小，測量時距離磁性構件表面的距離能夠達到5cm量級；本發明不受自身時域動態因素的影響，對空間對應體積元的穩態弱磁勻強磁場B。具有0.1Gs(lGs=10—'mT=l(T4T)的高分辨力，實施檢測時能夠不受構件系統小幅振動和相對運動速度變化的影響；本發明採用低壓(5V)弱電(0.2腦銅絲線圈，4)2mm(截面直徑)X30iran(長)坡莫合金磁芯，電磁釋能線圈L,、磁能衡線圈L2由鋼性骨架固定平行放置，中心距6.30士0.04mm。採用低壓(5V)弱電(<0.5A)恆流電磁場，不對磁性構件構成任何剩磁汙染；傳感器可根據檢測對象特性由自動化控制信號實施信號調製，以滿足檢測的需要。對lmT以下'的弱磁場檢測的0.1Gs(lGs=10—'mT=l(TT)的較高分辨力，受提離效應的影響很小，測量時距離磁性構件表面的距離上限能夠達到5cm，實施檢測時能夠不受構件系統小幅振動和相對運動速度變化的影響；具有可靠、簡易、經濟、耐用的特點，不僅能夠廣泛使用，而且製造成本低廉。實例中接受弱磁檢測的試件為一組均鋼絲，組內鋼絲數量100根，單根鋼絲直徑d)1.2mm，完好處體積元大小為S。-113.1mm2，材質均為材料供應狀態45鋼，齊頭長度〉8m。經過弱磁規劃後，實施檢測時該試件中間有效段完好部位具有的勻強弱磁場^^8.4Gs。組內鋼絲存在兩處集中斷點，第一處表層斷絲4根，其餘鋼絲完好，第二處中心層斷絲10根，其餘鋼絲完好。'為減小系統性誤差，實際採用6隻傳感器同時工作。如圖3、4所示，根據沿外徑》46mm的塑料骨架共面環形均勻排布，電磁釋能線圈L,對向骨架外側，磁能衡線圈L2對向骨架內側。所述的傳感器接入由TCK-MZ型工業微機板(各含16位80C196單片機，12位高速AD/DA轉換器，16M的FLASH存儲器，RS232外部數據通訊接口)和TCK-PZ型振蕩調製板(各含7路160MHz晶體振蕩器)構成的外圍電路，並採用專用定製軟體控制輸入信號的調製、輸出信號的解調和採樣輸入輸出開關量，對各電磁釋能線圈L,輸入由嵌入式程序調製的穩恆直流電流i,，各磁能衡線圈L2調製端輸入高頻振蕩f屍160MHz。磁能衡線圈L2輸出端採樣電平u。輸入微機後按照選頻幅值方式解調，可以導出Un的一個有效分量UB。，Ua。又稱為解調輸出電壓，在技術架構上u,!,屍/(i,，fi，k，n，H。)是一個關於i,、fi、k、n和B。的解調函數。其中k為外圍電路增益量，n為外圍電路的頻率選擇參量，其它變量與本發明所述相應參量的含義相同。UB。能夠映射給定電磁場與被測物弱磁場的關聯磁場，因此當給定i,、fi、k、n時，UB。就能夠直接映射被測構件的內部磁場B。。又因為B。的變化量直接映射被測構件體積元(金屬正橫截面)的變化量，所以由UB。的變化量，也就直接映射了被測構件體積元的變化量在各傳感器對位於試件上完好體積元時，調製i,-25mA，由同一調製參量對試件三處典型部位實施檢測，系統的解調輸出電平UB。實測記錄如下tableseeoriginaldocumentpage7理論評估經處於弱磁狀態的鐵磁性試件主磁通基本保持恆定(漏磁通很小)，其磁場B與體積元大小呈反比例相關，應分別為有效段完好處萬^8.4Gs;4根表面斷絲處B^8.75Gs;10根內部斷絲處Bcp9.33Gs。顯然。=~^~+^，其中UB。單位"mV"，B。單位"Gs"，《為包含外轉電路系統萬o誤差因素在內的總誤差，且SE[-1，l]mV,可驗證傳感器實現了輸入變量與輸出變量之間的自控式轉換，弱磁傳感器的輸出電平u。將能反映鐵磁性構件上空間對應體積元的穩態弱磁勻強磁場B。。如欲通過UB。的變化量直接映射試件體積元的變化當量，可驗得)(5~=-=--h=-其中各項的單位均為"％"，^=^°-—為W,變化當量，為檢測系統由體積元對WSoWSo應的磁場B。及其變化量a^-5。-5。測量換算的映射值，一=^^為試件體積元變化當量，一為檢測系統映射試件體積元的變化當量時的系統誤差，且=~e(-0.5，0.5)%。"50^召0權利要求1、一種電磁磁電效應式傳感器，是由電磁釋能線圈L1和磁能衡線圈L2構成；其特徵在於「電磁效應」與「磁電效應」聯動，輸入輸出電量雙向互控的技術特徵，即通過電磁迴路設計形成勵磁電流i1與磁能勢差的關聯響應環節，通過磁電迴路設計形成釋能電磁場B0或B1與磁能衡線圈L2輸出電量u0或i0的等價感應環節。2、根據權利要求1所述的一種電磁磁電效應式傳感器，其特徵在於電磁釋能線圈L,和磁能衡線圈L"均釆用高導磁磁芯，相鄰平行放置。3、根據權利要求1所述的一種電磁磁電效應式傳感器，其特徵在於對電磁釋能線圈"提供調製給定的穩恆直流勵磁電流乙磁能衡線圈L2—端調製端輸入調頻振蕩fi，另一端輸出端輸出電量u。或i。。4、根據權利要求1所述的一種電磁磁電效應式傳感器，其特徵在於電磁釋能線圈L的磁芯提供的非飽和特性而等效於一個線性環節，其輸入為恆直電流i,產生B,;鐵磁性構件的穩定弱磁場B。在與H,空間交互時產生關聯磁場B，磁能衡線圈"處於關聯磁感應場B中；磁能衡線圈L2，由於其磁芯提供的飽和變幅特性，而等效於一個雙增益非線性環節，其輸入為關聯感應磁通①B二恆流磁通①m+響應磁通OB。，輸出為電量U。或i。；由上述各環節所組成的系統，實現了輸入變量與輸出變量之間的互控式轉換，弱磁傳感器的輸出電量u。或i。'將能反映鐵磁性構件上空間對應體積元的穩態弱磁勻強磁場或等效勻強磁場B。。5、根據權利要求2或3所述的一種電磁磁電效應式傳感器，其特徵在於被測鐵磁性構件磁場B。方向與電磁釋能線圈L,和磁能衡線圈"的方向平行。6、根據權利要求2或3所述的一種電磁磁電效應式傳感器，其特徵在於傳感器的輸出電量u。或i。所包含的探測信息包括選頻幅值和諧振頻譜兩種形式，可被獨立採用，也可綜合運用。全文摘要一種電磁磁電效應式傳感器，包括電磁釋能線圈和磁能衡線圈，電磁釋能線圈的磁芯輸入恆直電流i1產生B1，鐵磁性構件的穩定弱磁場B0產生關聯磁場B，磁能衡線圈處於關聯磁感應場中；弱磁傳感器的輸出電量所包含的探測信息包括選頻幅值和諧振頻譜兩種形式，可被獨立採用，也可綜合運用；本發明可靠、簡易、經濟、耐用，不僅能夠廣泛使用，而且具有很高的性能價格優勢。文檔編號G01R33/12GK101520494SQ200910064519公開日2009年9月2日申請日期2009年3月31日優先權日2009年3月31日發明者旭楊,竇伯英,竇柏林,竇毓棠申請人:洛陽逖悉開鋼絲繩檢測技術有限公司