專利名稱：：一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鐵磁性構(gòu)件電磁無損檢測裝置，特別涉及一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器。
背景技術(shù)：
：目前，磁測量
技術(shù)領(lǐng)域：
的磁現(xiàn)象，大體分為弱磁場、強磁場和甚強磁場，而作為當(dāng)今高新技術(shù)的一個熱點，弱磁場檢測技術(shù)應(yīng)用廣泛，發(fā)展前景十分廣闊。隨著磁性材料、磁效應(yīng)理論、磁敏元件、數(shù)據(jù)建模與分析、以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，弱磁檢測技術(shù)不斷發(fā)展，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的各種弱磁檢測方法應(yīng)運而生。目前依據(jù)測量原理已有"磁-力法"、"電磁感應(yīng)法"、"磁飽和法"、"磁電效應(yīng)法"、"磁共振法"、"超導(dǎo)效應(yīng)法"、"磁光效應(yīng)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(yīng)強度與磁場強度的非線性關(guān)系來測量磁場的方法，也被稱為"磁通門"技術(shù)，這種方法又可分為頻率選擇和時間編碼兩種應(yīng)用形式，應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛。例如在宇航工程、軍事偵察、地質(zhì)探測等方面均有采用。鐵磁性材料檢測，是通過測量特征磁場對鐵磁性構(gòu)件的空間位置、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、物理性能、化學(xué)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采用"感應(yīng)線圈+勵磁裝置"、"霍爾元件+勵磁裝置"、或者"感應(yīng)線圈+霍爾元件+勵磁裝置"等技術(shù)形式。這些方法均存在以下幾大缺點①過度依賴于強磁激勵，弱磁狀態(tài)下的檢測性能明顯變差，甚至根本不能檢測；②磁路設(shè)計復(fù)雜，對構(gòu)件存在缺陷的定量分辨力十分有限；③趨膚效應(yīng)顯著，難以檢測構(gòu)件內(nèi)部的缺陷；④受提離效應(yīng)影響，很難在不影響構(gòu)件自由運行的條件下完成檢測。弱磁場檢測當(dāng)中"磁飽和法"原理的磁通門傳感器具有高靈敏、高穩(wěn)定和高響應(yīng)特性，近年來在材料檢測領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。如加拿大Rotesco公司采用了"磁通門+感應(yīng)線圈"的技術(shù)形式，我國上海海運學(xué)院采用了"多路磁通門+磁化裝置"的技術(shù)形式。但此類產(chǎn)品還是存在以下問題一是高靈敏度同時導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)性漏磁干擾增大；二是在信號處理過程還是增加了時域一空域轉(zhuǎn)換電路，對信號還原構(gòu)成影響；三是探頭以及電路裝置仍舊碩大笨重，不便于在工業(yè)現(xiàn)場實際應(yīng)用和操作。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供了一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，本發(fā)明所述電磁磁電效應(yīng)式傳感器的技術(shù)方案是由電磁釋能線圈L,和磁能衡線圈L2構(gòu)成電磁磁電效應(yīng)式傳感器；從技術(shù)原理上具有"電磁效應(yīng)"與"磁電效應(yīng)"聯(lián)動，輸入輸出電量雙向互控的技術(shù)特征，即通過電磁回路設(shè)計形成勵磁電流i,與磁能勢差的關(guān)聯(lián)響應(yīng)環(huán)節(jié)，通過磁電回路設(shè)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(yīng)環(huán)節(jié)；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(dǎo)磁磁芯；對電磁釋能線圈L提供由嵌入式程序調(diào)制給定的穩(wěn)恒直流勵磁電流i,，磁能衡線圈L2—端(調(diào)制端)輸入調(diào)頻振蕩fi，另一端(輸出端)輸出電量(u?；騣。)。④鐵磁性構(gòu)件被置于鄰近磁能衡線圈L2的一側(cè)；被測鐵磁性構(gòu)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(fā)明所述電磁磁電效應(yīng)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于一個線性環(huán)節(jié)，其輸入為恒直電流L產(chǎn)生B,。②鐵磁性構(gòu)件的穩(wěn)定弱磁場B。在與Bi空間交互時產(chǎn)生關(guān)聯(lián)磁場B，磁能衡線圈L處于關(guān)聯(lián)磁感應(yīng)場B中。③磁能衡線圈L2，由于其磁芯提供的飽和變幅特性，而等效于一個雙增益非線性環(huán)節(jié)，其輸入為關(guān)聯(lián)感應(yīng)磁通①B二恒流磁通OB,+響應(yīng)磁通①B。，輸出為電量(u?；騣。)。④由①②③各環(huán)節(jié)所組成的系統(tǒng)，實現(xiàn)了輸入變量與輸出變量之間的自控式轉(zhuǎn)換，電磁磁電效應(yīng)式傳感器的輸出電平u。將能反映鐵磁性構(gòu)件上空間對應(yīng)體積元的穩(wěn)態(tài)弱磁勻強磁場B。。⑤弱磁傳感器的輸出電量(u?；騣。)所包含的探測信息包括選頻幅值和諧振頻譜兩種形式，可被獨立采用，也可綜合運用。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明與自動化控制信號具有高度的相容性，能夠根據(jù)對象特性實施信號調(diào)制，以滿足檢測的需要；且適合于lmT以下的弱磁場檢測，受提離效應(yīng)的影響很小，測量時距離磁性構(gòu)件表面的距離能夠達到5cm量級；本發(fā)明不受自身時域動態(tài)因素的影響，對空間對應(yīng)體積元的穩(wěn)態(tài)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(gòu)件系統(tǒng)小幅振動和相對運動速度變化的影響；本發(fā)明采用低壓(5V)弱電(<0.5A)恒流電磁場，不對磁性構(gòu)件構(gòu)成任何剩磁污染；本發(fā)明可靠、簡易、經(jīng)濟、耐用，不僅能夠廣泛使用，而且具有很高的性能價格優(yōu)勢。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明圖1是本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的傳感器技術(shù)原理框圖。圖3是本發(fā)明的一種傳感器應(yīng)用結(jié)構(gòu)型式(檢測裝置)示意圖。圖4是本發(fā)明的一種傳感器應(yīng)用結(jié)構(gòu)型式(檢測裝置)的軸向視圖。圖1中，電磁釋能線圈L1、磁能衡線圈L2。圖2中，釋能元件環(huán)節(jié)l、磁衡元件環(huán)節(jié)2。圖3中，被測細長鐵磁性構(gòu)件l、傳感器2、塑料骨架3、開合軸銷4。實施例l-如圖1中所示，本發(fā)明所述的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，采用由電磁釋能線圈L,和磁能衡線圈L2所組成的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器；其特征在于①所述傳感器從技術(shù)原理上具有"雙電雙磁"回路分布特征，即電磁電路設(shè)計上具有勵磁電流與磁能勢壓差輸出雙回路，磁電電路設(shè)計上具有釋能電磁場與磁能衡線圈L2外部空間磁場關(guān)聯(lián)感應(yīng)嵌套的雙回路，通過嵌套磁路而關(guān)聯(lián)響應(yīng)。②所述傳感器的電磁釋能線圈L,、磁能衡線圈L2，均采用高導(dǎo)磁磁芯，相鄰平行放置。③對電磁釋能線圈L提供由嵌入式程序調(diào)制給定的穩(wěn)恒直流電流it，磁能衡線圈U—端(調(diào)制端)輸入調(diào)頻振蕩fi，另一端(輸出端)輸出電量(u?；騣j。④磁性構(gòu)件被置于鄰近線圈L2的一側(cè)。⑤被測鐵磁性構(gòu)件磁場方向與電磁釋能線圈L,、磁能衡線圈L2的方向平行。實施例2:如圖2中所示，本發(fā)明所述的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器①電磁釋能線圈L,的磁芯提供的非飽和特性而等效于一個線性環(huán)節(jié)，其輸入為恒直電流i,產(chǎn)生B,。②鐵磁性構(gòu)件的穩(wěn)定弱磁場B。在與B,空間交互時產(chǎn)生關(guān)聯(lián)磁場B，磁能衡線圈L2處于關(guān)聯(lián)磁感應(yīng)場B中。③磁能衡線圈L2,由于其磁芯提供的飽和變幅特性，而等效于一個雙增益非線性環(huán)節(jié)，其輸入為關(guān)聯(lián)感應(yīng)磁通OB-恒流磁通Cv+響應(yīng)磁通OB。，輸出為電平u。。④由①②③各環(huán)節(jié)所組成的系統(tǒng)，實現(xiàn)了輸入變量與輸出變量之間的自控式轉(zhuǎn)換，弱磁傳感器的輸出電平u。將能反映鐵磁性構(gòu)件上空間對應(yīng)體積元的穩(wěn)態(tài)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，可被獨立采用，也可綜合運用。實施例3:5如圖1中所示，所述傳感器采用的電磁釋能線圈L,為674匝巾0.05咖銅絲線圈，小2.5mm(截面直徑)X40mm(長)微晶磁芯；磁能衡線圈L2為796匝4>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。采用低壓(5V)弱電(<0.5A)恒流電磁場，不對磁性構(gòu)件構(gòu)成任何剩磁污染；傳感器可根據(jù)檢測對象特性由自動化控制信號實施信號調(diào)制，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(yīng)的影響很小，測量時距離磁性構(gòu)件表面的距離上限能夠達到5cm，實施檢測時能夠不受構(gòu)件系統(tǒng)小幅振動和相對運動速度變化的影響；具有可靠、簡易、經(jīng)濟、耐用的特點，不僅能夠廣泛使用，而且制造成本低廉。實例中接受弱磁檢測的試件為一組均鋼絲，組內(nèi)鋼絲數(shù)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(zhì)均為材料供應(yīng)狀態(tài)45鋼，齊頭長度〉8m。經(jīng)過弱磁規(guī)劃后，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(nèi)鋼絲存在兩處集中斷點，第一處表層斷絲4根，其余鋼絲完好，第二處中心層斷絲10根，其余鋼絲完好。'為減小系統(tǒng)性誤差，實際采用6只傳感器同時工作。如圖3、4所示，根據(jù)沿外徑》46mm的塑料骨架共面環(huán)形均勻排布，電磁釋能線圈L,對向骨架外側(cè)，磁能衡線圈L2對向骨架內(nèi)側(cè)。所述的傳感器接入由TCK-MZ型工業(yè)微機板(各含16位80C196單片機，12位高速AD/DA轉(zhuǎn)換器，16M的FLASH存儲器，RS232外部數(shù)據(jù)通訊接口)和TCK-PZ型振蕩調(diào)制板(各含7路160MHz晶體振蕩器)構(gòu)成的外圍電路，并采用專用定制軟件控制輸入信號的調(diào)制、輸出信號的解調(diào)和采樣輸入輸出開關(guān)量，對各電磁釋能線圈L,輸入由嵌入式程序調(diào)制的穩(wěn)恒直流電流i,，各磁能衡線圈L2調(diào)制端輸入高頻振蕩f尸160MHz。磁能衡線圈L2輸出端采樣電平u。輸入微機后按照選頻幅值方式解調(diào)，可以導(dǎo)出Un的一個有效分量UB。，Ua。又稱為解調(diào)輸出電壓，在技術(shù)架構(gòu)上u,!,尸/(i,，fi，k，n，H。)是一個關(guān)于i,、fi、k、n和B。的解調(diào)函數(shù)。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(fā)明所述相應(yīng)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(guān)聯(lián)磁場，因此當(dāng)給定i,、fi、k、n時，UB。就能夠直接映射被測構(gòu)件的內(nèi)部磁場B。。又因為B。的變化量直接映射被測構(gòu)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(gòu)件體積元的變化量在各傳感器對位于試件上完好體積元時，調(diào)制i,-25mA，由同一調(diào)制參量對試件三處典型部位實施檢測，系統(tǒng)的解調(diào)輸出電平UB。實測記錄如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>理論評估經(jīng)處于弱磁狀態(tài)的鐵磁性試件主磁通基本保持恒定(漏磁通很小)，其磁場B與體積元大小呈反比例相關(guān)，應(yīng)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(nèi)部斷絲處Bcp9.33Gs。顯然。=~^~+^，其中UB。單位"mV"，B。單位"Gs"，《為包含外轉(zhuǎn)電路系統(tǒng)萬o誤差因素在內(nèi)的總誤差，且SE[-1，l]mV,可驗證傳感器實現(xiàn)了輸入變量與輸出變量之間的自控式轉(zhuǎn)換，弱磁傳感器的輸出電平u。將能反映鐵磁性構(gòu)件上空間對應(yīng)體積元的穩(wěn)態(tài)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(dāng)量，可驗得)(5~=-=--h=-其中各項的單位均為"％"，^=^°-—為W,變化當(dāng)量，為檢測系統(tǒng)由體積元對WSoWSo應(yīng)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(dāng)量，一為檢測系統(tǒng)映射試件體積元的變化當(dāng)量時的系統(tǒng)誤差，且=~e(-0.5，0.5)%。"50^召0權(quán)利要求1、一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，是由電磁釋能線圈L1和磁能衡線圈L2構(gòu)成；其特征在于“電磁效應(yīng)”與“磁電效應(yīng)”聯(lián)動，輸入輸出電量雙向互控的技術(shù)特征，即通過電磁回路設(shè)計形成勵磁電流i1與磁能勢差的關(guān)聯(lián)響應(yīng)環(huán)節(jié)，通過磁電回路設(shè)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(yīng)環(huán)節(jié)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，其特征在于電磁釋能線圈L,和磁能衡線圈L"均釆用高導(dǎo)磁磁芯，相鄰平行放置。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，其特征在于對電磁釋能線圈"提供調(diào)制給定的穩(wěn)恒直流勵磁電流乙磁能衡線圈L2—端調(diào)制端輸入調(diào)頻振蕩fi，另一端輸出端輸出電量u。或i。。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，其特征在于電磁釋能線圈L的磁芯提供的非飽和特性而等效于一個線性環(huán)節(jié)，其輸入為恒直電流i,產(chǎn)生B,;鐵磁性構(gòu)件的穩(wěn)定弱磁場B。在與H,空間交互時產(chǎn)生關(guān)聯(lián)磁場B，磁能衡線圈"處于關(guān)聯(lián)磁感應(yīng)場B中；磁能衡線圈L2，由于其磁芯提供的飽和變幅特性，而等效于一個雙增益非線性環(huán)節(jié)，其輸入為關(guān)聯(lián)感應(yīng)磁通①B二恒流磁通①m+響應(yīng)磁通OB。，輸出為電量U?；騣。；由上述各環(huán)節(jié)所組成的系統(tǒng)，實現(xiàn)了輸入變量與輸出變量之間的互控式轉(zhuǎn)換，弱磁傳感器的輸出電量u。或i。'將能反映鐵磁性構(gòu)件上空間對應(yīng)體積元的穩(wěn)態(tài)弱磁勻強磁場或等效勻強磁場B。。5、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，其特征在于被測鐵磁性構(gòu)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(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種電磁磁電效應(yīng)式傳感器，其特征在于傳感器的輸出電量u?；騣。所包含的探測信息包括選頻幅值和諧振頻譜兩種形式，可被獨立采用，也可綜合運用。全文摘要一種電磁磁電效應(yīng)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恒直電流i₁產(chǎn)生B₁，鐵磁性構(gòu)件的穩(wěn)定弱磁場B₀產(chǎn)生關(guān)聯(lián)磁場B，磁能衡線圈處于關(guān)聯(lián)磁感應(yīng)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，可被獨立采用，也可綜合運用；本發(fā)明可靠、簡易、經(jīng)濟、耐用，不僅能夠廣泛使用，而且具有很高的性能價格優(yōu)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(yōu)先權(quán)日2009年3月31日發(fā)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(shù)有限公司