CN106680741B - 一种铁磁材料损伤检测用高灵敏度扫描式低频电磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁磁材料损伤检测用高灵敏度扫描式低频电磁传感器，属于无损检测领域。该传感器主要由稳压电源、引线接头、激励线圈、磁芯、磁屏蔽层、磁敏感元件、轴承滚轮和封装外壳组成。根据检测信号的变化规律，对磁芯形状、磁芯尺寸、绕线匝数、绕线长度和位置、磁屏蔽层厚度和层数进行了整体的优化设计，即在保证检测区域磁场均匀性的同时，使漏磁场强度尽量大，以获得最大的信号强度和检测灵敏度，实现缺陷的准确定位和识别。与常规漏磁传感器相比，低频电磁传感器优化了传感器结构，使其体积小，重量轻，可手持扫描，且受扫描速度影响小。此外，低频电磁传感器检测信号稳定，且信号强度和灵敏度较高，可实现在役设备的连续实时检测。

Description

一种铁磁材料损伤检测用高灵敏度扫描式低频电磁传感器

技术领域

本发明涉及一种低频电磁传感器，特别是基于涡流和漏磁检测技术的高灵敏度扫描式传感器，用于铁磁设备内外壁裂纹和腐蚀缺陷的检测，属于无损检测领域。

背景技术

铁磁性材料因其强度高、塑性好、耐冲击、性能可靠等特点，在石油、化工、电力等领域的承压设备中应用广泛。如工业生产中的锅炉和压力容器，石油化工中的承压管道和储罐等均以铁磁性材料为基体。在其服役过程中，受外部环境和内部承载介质的综合作用，承压设备内外壁容易产生各种损伤，如腐蚀、裂纹等，不仅会降低设备的使用寿命，危及设备和工程安全，其引发的各类大型事故均会造成人民生命财产的极大损失。因此，发展行之有效的铁磁材料内外表面损伤检测传感器，尽早发现在役承压设备内外表面损伤，对于预防设备的断裂和介质泄漏，防止重大恶性事故的发生具有重要意义。

对于铁磁设备的无损检测问题，基于电磁原理的检测传感器，如电磁声传感器、电涡流传感器、漏磁传感器等，具有特殊优势，受到国内外学者的广泛关注。基于电磁超声原理，何存富等[低阶扭转模态电磁声阵列传感器研制及其在厚壁小径管中的试验研究[J].机械工程学报,2015,51(2):14-20]研制了单一模态电磁声传感器，并利用激励单一纵向或扭转模态导波对厚壁承压管道中的裂纹及腐蚀缺陷进行了检测。由于超声导波的多模态和频散特性，使得管壁中超声导波的传播极其复杂，增大了单模态电磁传感器研制及信号分析的难度，限制了该传感器在工业中的实际应用。作为一种常见的电磁无损检测传感器，电涡流传感器也被广泛应用于承压设备中铁磁构件的无损检测。针对铁磁性油气管道检测问题，黄松龄等[基于低频涡流的油气管道变形检测方法及实现[J].电测与仪表,2010,47(6):10-14]设计了多通道的补偿线圈式涡流传感器，利用交流不平衡电桥电路的不平衡输出电压作为测量信号。当电桥精度平衡时，测量误差较小，从而提高了涡流检测传感器在管内检测的精确度和径向分辨率。但受电涡流趋肤效应的影响，该方法无法用于厚壁管内外壁裂纹检测。此外，漏磁传感器也是一种常用的铁磁构件电磁无损检测传感器。Kim等[Astudy on the measurement of axial cracks in the Magnetic Flux Leakage NDTsystem[J].Journal of Manufacturing Engineering&Technology,2012,22(22):624-629]设计了管道外壁轴向裂纹检测用漏磁传感器，该传感器利用磁铁作为励磁源，多个霍尔元件作为探测器，可以很好实现承压管道中轴向裂纹的定位和形状检测，但利用直流漏磁法对结构进行大范围扫描检测时，其检测效果受扫描速度及平稳性影响较大。只有在低速、平稳的条件下，才能获得稳定可靠的直流漏磁信号。由此可知，基于上述常规无损检测技术，现有传感器在检测铁磁设备内外壁损伤时，均存在不足。在此基础上，发展一种检测信号单一、受趋肤效应影响小、可手持扫描、受扫描速度影响小的低频电磁传感器，对解决铁磁材料损伤检测问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于设计一种高灵敏度扫描用低频电磁传感器，用于铁磁材料内外壁裂纹和腐蚀损伤的检测。根据低频电磁检测原理，对传感器的磁芯结构、绕线方式和磁屏蔽层结构进行整体的优化设计，即在低频交流励磁条件下，使铁磁设备缺陷周围的切向磁感应强度尽量大，从而获得最大的信号强度和检测灵敏度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其结构如图1所示，包括传感器外壳1、稳压电源2、引线接头3、激励线圈4、磁芯5、磁屏蔽层6、磁敏感元件7、轴承滚轮8，其特征在于：稳压电源2固定于传感器外壳1顶部凹槽内；激励线圈4绕置于磁芯5之上，整体固定在传感器外壳1内部，且磁芯5底部与传感器外壳1底部持平；焊有引线接头3的PCB电路板置于传感器外壳1一侧的卡槽内；磁屏蔽层6置于传感器外壳1内部的卡槽内，且底部与传感器外壳1底部持平；焊有磁敏感元件7的PCB电路板内嵌于传感器外壳1底部的槽内，且磁敏感元件7与传感器外壳1底部持平；轴承滚轮8共四组，分别位于传感器外壳1两侧底部，且轴承滚轮8底部低于传感器外壳1底部；磁敏感元件7与稳压电源2和引线接头3通过PCB电路板及导线连接。

所述的高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其特征在于：轴承滚轮8为不锈钢金属材料，具有一定的刚度和强度，用于保持低频电磁传感器与被测试件间恒定的提离距离，同时可减小手持低频电磁传感器扫描检测时的吸附力；

所述的高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其特征在于：稳压电源2为磁敏感元件7提供恒定的直流工作电压，引线接头3用于磁敏感元件7检测信号的输出；

所述的高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其特征在于：如图2所示，激励线圈4为漆包线，由铜导线和绝缘漆层两部分组成，磁芯5为大功率铁磁材料，具有较高的磁导率，激励线圈4多重卷绕于磁芯5之上，形成电磁铁，用于产生传感器的激励信号；

所述的高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其特征在于：如图2所示，磁屏蔽层6为铁磁材料，铁磁材料的磁导率远小于磁芯5，屏蔽区域为磁敏感元件7所在的空气区域，其作用为屏蔽磁敏感元件7周围背景磁场对检测信号的影响。

所述的高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其结构的具体设计步骤如下：

定义低频电磁传感器的结构设计参量，如图3所示，主要包括：磁芯结构、绕线方式和磁屏蔽层结构。对于磁芯结构的设计，主要包括磁芯形状的选择和磁芯关键尺寸的优化；对于绕线方式的设计，主要包括绕线匝数的计算和绕线长度及绕线位置的选取；对于磁屏蔽层结构的设计，主要包括磁屏蔽层厚度和磁屏蔽层数量的选择。

定义切向检测信号中用于表征缺陷的特征值，如图4所示，主要包括：扫描基准值即无缺陷时的扫描基线值，通常为检测信号的最小值；缺陷检测峰值即扫描至缺陷处时曲线出现单峰畸变的峰值，一般为检测信号的最大值与最小值之差；基准线最大偏离值即扫描基线在无缺陷处偏离扫描基准值的最大差值。

步骤一：优选磁芯形状。根据常用作磁芯的铁氧体形状，分别设计磁芯形状为U型和C型的低频电磁传感器，如图5所示。将两种传感器的磁芯的尺寸、绕线匝数、绕线位置和绕线长度设置为相同参量，且无磁屏蔽结构时，对比相同激励条件下，两种形状传感器检测同一缺陷时，检测信号随频率变化的结果，以及检测不同深度缺陷时，检测信号随缺陷深度变化的结果，从而选取较优的磁芯形状。

步骤二：优化磁芯尺寸。磁芯尺寸主要包括磁芯两极间距a、磁芯高度b和磁极宽度c，如图5所示。在步骤一优选出的磁芯形状上设置相同的绕线匝数、绕线位置和绕线长度，当无屏蔽层结构，且被测试件、检测条件均相同时，控制磁芯高度b和磁极宽度c不变，改变磁芯两极间距a，对比其变化对缺陷表征特征值的影响。

步骤三：与步骤二条件相同，控制磁芯两极间距a和磁极宽度c不变，改变磁芯高度b，对比其变化对缺陷表征特征值的影响。

步骤四：与步骤二条件相同，控制磁芯两极间距a和磁芯高度b不变，改变磁极宽度c，对比其变化对缺陷表征特征值的影响。

步骤五：根据步骤二～步骤四，得到不同磁芯尺寸对检测信号的影响程度，将不影响检测结果的尺寸参量选为常规尺寸，对影响检测结果的尺寸参量，利用遗传算法对其进行优化，得到磁芯尺寸的最优组合参数。

步骤六：计算绕线匝数。当已知被测试件的磁特性曲线时，可根据缺陷分布和尺寸，选择磁化区域，即选定H的取值，当给定激励电流I和绕线长度l时，绕线匝数N由公式(1)计算。

步骤七：优选绕线位置及绕线长度。将磁芯划分三个等长度的绕线位置：磁芯顶部、磁芯右磁极和磁芯左磁极，如图6所示。当绕线匝数固定为N匝，三个位置的绕线长度均为l时，将三个绕线位置进行组合选择，得到七种不同位置、不同长度的绕线方式，如表1所示。将传感器设为无磁屏蔽层结构，且磁芯形状、尺寸一定，检测条件相同，对比七种不同绕线方式的检测结果，优选出最佳的绕线位置及绕线长度。

步骤八：优选磁屏蔽层厚度。将传感器的磁芯形状、尺寸、绕线匝数、绕线位置及绕线长度固定，且控制检测条件相同时，将磁屏蔽层的层数设为1层，磁屏蔽层的厚度分别设为无屏蔽层(对照组)和不同厚度值，对比不同磁屏蔽层厚度时缺陷检测信号的特征值，确定最佳的磁屏蔽层厚度。

步骤九：优选磁屏蔽层层数。与步骤八条件相同，在此基础上，将磁屏蔽层的厚度设为p，磁屏蔽层的层数分别设为无屏蔽层(对照组)和不同层数，对比不同磁屏蔽层层数时缺陷检测信号的特征值，确定最佳的磁屏蔽层层数。

本发明具有以下优点：1)通过检测单一方向的磁感应强度信号，低频电磁传感器可实现铁磁材料裂纹、腐蚀等损伤等效深度和等效宽度的定量检测；2)在最优磁芯形状、尺寸、绕线方式及磁屏蔽层的条件下，低频励磁增加了传感器的缺陷检测深度，可实现储罐、管道等设备内壁损伤的外部检测；3)传感器体积小，重量轻，可手持扫描，且受扫描速度影响小，检测信号稳定，信噪比高，可实现在役设备的连续实时检测。

附图说明

图1高灵敏度扫描式低频电磁传感器结构示意图

图2高灵敏度扫描式低频电磁传感器结构剖面示意图

图3高灵敏度扫描式低频电磁传感器结构设计关键参量分类图

图4用于表征损伤检测能力的检测信号特征值示意图

图5a U型磁芯尺寸参量示意图

图5b C型磁芯尺寸参量示意图

图6a U型磁芯绕线位置分布示意图

图6b C型磁芯绕线位置分布示意图

图7信号幅值随频率变化曲线

图8信号幅值随缺陷深度变化曲线

图9不同磁芯两极间距传感器缺陷检测信号

图10a不同磁芯两极间距传感器缺陷检测峰值

图10b不同磁芯两极间距传感器检测信号基线变化曲线

图11不同磁芯高度传感器缺陷检测信号

图12不同磁极宽度传感器缺陷检测信号

图13a不同磁极宽度传感器缺陷检测峰值

图13b不同磁极宽度传感器检测信号基准值变化曲线

图14磁芯尺寸参数优化收敛图

图15不同绕线方式传感器缺陷检测峰值对比图

图16a不同磁屏蔽层厚度传感器缺陷检测信号

图16b不同磁屏蔽层厚度传感器缺陷检测峰值

图17a不同磁屏蔽层层数传感器缺陷检测信号

图17b不同磁屏蔽层层数传感器缺陷检测峰值

图18实验系统图

图19优化设计前后传感器检测结果对比图

表1绕线方式分组表

具体实施方式

下面结合附图1～附图19对一种高灵敏度扫描式低频电磁传感器的设计做进一步说明。

基于低频电磁检测原理，设计了一款高灵敏度扫描式低频电磁传感器，用该传感器对铁磁设备内外壁的裂纹和腐蚀损伤进行检测识别。

一种高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其结构如图1所示，包括传感器外壳1、稳压电源2、引线接头3、激励线圈4、磁芯5、磁屏蔽层6、磁敏感元件7、轴承滚轮8，其特征在于：稳压电源2固定于传感器外壳1顶部凹槽内；激励线圈4绕置于磁芯5之上，整体固定在传感器外壳1内部，且磁芯5底部与传感器外壳1底部持平；焊有引线接头3的PCB电路板置于传感器外壳1一侧的卡槽内；磁屏蔽层6置于传感器外壳1内部的卡槽内，且底部与传感器外壳1底部持平；焊有磁敏感元件7的PCB电路板内嵌于传感器外壳1底部的槽内，且磁敏感元件7与传感器外壳1底部持平；轴承滚轮8共四组，分别位于传感器外壳1两侧底部，且轴承滚轮8底部低于传感器外壳1底部1mm。

所述的传感器外壳1选用有机玻璃板，如图1所示，其长宽高分别为140mm、40mm、90mm。在外壳顶部，距前端30mm位置处，留有长宽高分别为80mm、40mm、15mm的稳压电源凹槽。在外壳内部，距前后端面分别为45mm的位置，设有贯穿外壳左右两侧高30mm、宽5mm的磁屏蔽层卡槽和磁芯支撑板。在外壳左右两侧，距前后端分别为30mm位置处，留有四个M6标准螺纹孔。在外壳左侧外部，距前端50mm、距底部10mm位置处，留有直径5mm的过孔，在其外表面覆盖了高35mm、宽30mm、厚2mm的PCB电路板卡槽。在外壳底部，距前端70mm位置处，设有贯穿外壳左右两侧高10mm、宽1.6mm的PCB电路板卡槽；

所述的稳压电源2选用AC-DC开关电源，直流输出电压5V，输出电流1.0A。电源尺寸为长80mm、宽40mm、高15mm。

所述引线接头3选用标准BNC接头，焊接于外壳1左侧的PCB电路正面，如图1所示。引线接头3中间引脚与磁敏感元件输出正极相连，引线接头3外侧引脚与磁敏感元件输出负极相连。

所述激励线圈4选用线径0.7mm的漆包铜导线，多重卷绕于磁芯5之上，如图2所示，绕线匝数为320匝，绕线长度为50mm，绕线位置为磁芯顶部。

所述磁芯5选用C型锰锌铁氧体大功率磁材，磁芯长宽高尺寸分别为120mm、20mm、65mm。其中磁芯两极间距90mm，磁芯内部高度50mm，磁极宽度15mm。

所述磁屏蔽层6选用柔性铁钴合金带，长110mm、宽30mm、厚0.15mm。单层弯曲插入外壳1内部卡槽中。

所述磁敏感元件7选用UGN3503型霍尔元件，将其焊接于PCB电路板上，插入外壳1底部卡槽。其供电电源线通过外壳1过孔与稳压电源2相连。

所述轴承滚轮8为外径20mm，内径8mm的不锈钢轴承，由M6螺钉固定于外壳1外侧底部。

所述的高灵敏度扫描式低频电磁传感器，其结构的具体设计步骤如下：

步骤一：优选磁芯形状。根据常用作磁芯的铁氧体形状，分别设计磁芯形状为U型和C型的低频电磁传感器，如图5所示。将两种传感器的磁芯两极间距设为60mm，磁极高度设为40mm，磁极宽度设为10mm，绕线位置为两磁极和顶部横梁，绕线长度为100mm，匝数均为200匝。被测试件均为20#低碳钢，其上存在不同深度的矩形缺陷，缺陷宽度均为5mm，深度由0.5mm间隔0.5mm增加到9mm。当传感器无磁屏蔽层结构，检测提离距离为1mm时，激励信号为25Hz、3A的正弦电流，对比相同激励条件下，两种形状传感器检测同一缺陷时，检测信号随频率变化的结果，如图7所示，检测不同深度缺陷时，检测信号随缺陷深度变化的结果，如图8所示。即当磁芯尺寸相同，绕线匝数、长度及位置相同，被测试件和激励条件均相同时，采用C型磁芯的传感器优于U型磁芯传感器。

步骤二：优化磁芯尺寸。磁芯尺寸主要包括磁芯两极间距a、磁芯高度b和磁极宽度c，如图5b所示。在步骤一优选出的C型磁芯两磁极和顶部横梁绕线，绕线长度为100mm，匝数均为200匝，且无屏蔽层结构。被测试件均为20#低碳钢，其上存在矩形缺陷，缺陷宽度均为5mm，深度3mm。当传感器无磁屏蔽层结构，检测提离距离为1mm时，激励信号为25Hz、3A的正弦电流，控制磁芯高度b为40mm，磁极宽度c为8mm，磁芯两极间距a由40mm增加至80mm，其变化对检测信号的影响如图9所示，对缺陷表征特征值的影响如图10a和图10b所示。由结果可知，磁芯两极间距会影响传感器检测信号，且缺陷检测峰值、扫描基准值和基准线最大偏离值同时制约着磁芯两极间距离的选择，需进一步优化。

步骤三：与步骤二条件相同，控制磁芯两极间距a为60mm，磁极宽度c为8mm，磁芯高度b由20mm增加至60mm，其变化对检测信号的影响如图11所示。由结果可知，磁芯高度值不影响传感器检测结果，无需进一步优化。

步骤四：与步骤二条件相同，控制磁芯两极间距a为60mm，磁芯高度b为40mm，磁极宽度c由2mm增加至12mm，其变化对检测信号的影响如图12所示，对缺陷表征特征值的影响如图13a和图13b所示。由结果可知，磁极宽度影响传感器检测信号，且缺陷检测峰值和扫描基准值同时制约着磁极宽度的选择，需进一步优化。

步骤五：根据步骤二～步骤四，得到不同磁芯尺寸对检测信号的影响程度，可将不影响检测结果的磁极高度b选为常规尺寸50mm，对影响检测结果的磁芯两极间距a和磁极宽度c利用遗传算法进行优化，如图14所示，得到磁芯尺寸的最优组合参数，即C型磁芯的尺寸优化结果为磁芯两极间距90mm、磁极宽度15mm。

步骤六：计算绕线匝数。当已知被测试件20#钢的磁特性曲线时，可根据缺陷分布和尺寸，选择磁化区域，即选定H为6400A/m，当给定最小激励电流I为1A，绕线长度l为50mm时，绕线匝数N由公式(1)计算为320匝。

步骤七：优选绕线位置及绕线长度。将磁芯划分三个等长度的绕线位置：磁芯顶部、磁芯右磁极和磁芯左磁极，如图6b所示。当绕线匝数N固定为300匝，三个位置的绕线长度l均为30mm时，将三个绕线位置进行组合选择，得到七种不同位置、不同长度的绕线方式，如表1所示。将传感器设为无磁屏蔽层结构，C型磁芯，尺寸为步骤二优化结果，提离距离为1mm，激励信号为25Hz、3A的正弦电流。被测试件为20#低碳钢，其上存在矩形缺陷，缺陷宽度均为5mm，深度3mm。七种不同绕线方式的检测结果如图15所示。由结果可知，在设计传感器绕线方式时，当绕线匝数确定时，绕线位置应只选为磁芯顶部，即表1中的1号位置。此时绕线长度最短，缺陷检测峰值最大，有利于传感器的缺陷检测。

步骤八：优选磁屏蔽层厚度。传感器设为C型磁芯，两极间距90mm，磁极高度50mm，磁极宽度15mm。磁芯顶部绕线，绕线长度为50mm，绕线匝数为320匝，提离距离为1mm，激励信号为25Hz、3A的正弦电流。被测试件为20#低碳钢，其上存在矩形缺陷，缺陷宽度均为5mm，深度3mm。将磁屏蔽层的层数设为1层，磁屏蔽层的厚度分别设为0mm(无屏蔽层对照组)、0.2mm、1mm和3mm，不同磁屏蔽层厚度时缺陷检测信号如图16a所示，表征缺陷的特征值如图16b所示。由结果可知，在保证检测信号强度的同时，为减弱空气中的磁场压缩效应，磁屏蔽层厚度应小于1mm。

步骤九：优选磁屏蔽层层数。与步骤八条件相同，在此基础上，将磁屏蔽层的厚度设为0.2mm，磁屏蔽层的层数分别设为0层(无屏蔽层对照组)、1层、2层和3层，不同磁屏蔽层层数时缺陷检测信号如图17a所示，表征缺陷的特征值如图17b所示。由结果可知，在保证检测信号强度的同时最佳的磁屏蔽层层数为1-2层。

按照图18搭建试验系统，检测厚度为10mm的20#低碳钢板，其上存在矩形缺陷，缺陷宽度均为5mm，深度3mm，检测结果如图19所示，由此可知，经上述步骤优化设计的传感器，其缺陷检测信号幅值更高，缺陷定位更准，缺陷检测效果更佳。

以上是本发明的一个典型应用，本发明的应用不局限于此。

Claims (5)

1.一种铁磁材料损伤检测用扫描式低频电磁传感器，该传感器包括传感器外壳(1)、稳压电源(2)、引线接头(3)、激励线圈(4)、磁芯(5)、磁屏蔽层(6)、磁敏感元件(7)、轴承滚轮(8)，其特征在于：稳压电源(2)固定于传感器外壳(1)顶部凹槽内；激励线圈(4)绕置于磁芯(5)之上，整体固定在传感器外壳(1)内部，且磁芯(5)底部与传感器外壳(1)底部持平；焊有引线接头(3)的PCB电路板置于传感器外壳(1)一侧的卡槽内；磁屏蔽层(6)置于传感器外壳(1)内部的卡槽内，且底部与传感器外壳(1)底部持平；焊有磁敏感元件(7)的PCB电路板内嵌于传感器外壳(1)底部的槽内，且磁敏感元件(7)与传感器外壳(1)底部持平；轴承滚轮(8)共四组，分别位于传感器外壳(1)两侧底部，且轴承滚轮(8)底部低于传感器外壳(1)底部；磁敏感元件(7)与稳压电源(2)和引线接头(3)通过PCB电路板及导线连接；本传感器的结构具体设计步骤如下，

定义低频电磁传感器的结构设计参量，包括：磁芯结构、绕线方式和磁屏蔽层结构；对于磁芯结构的设计，包括磁芯形状的选择和磁芯关键尺寸的优化；对于绕线方式的设计，包括绕线匝数的计算和绕线长度及绕线位置的选取；对于磁屏蔽层结构的设计，包括磁屏蔽层厚度和磁屏蔽层数量的选择；

定义切向检测信号中用于表征缺陷的特征值，包括：扫描基准值即无缺陷时的扫描基线值，为检测信号的最小值；缺陷检测峰值即扫描至缺陷处时曲线出现单峰畸变的峰值，为检测信号的最大值与最小值之差；基准线最大偏离值即扫描基线在无缺陷处偏离扫描基准值的最大差值；

步骤一：选择磁芯形状；根据常用作磁芯的铁氧体形状，分别设计磁芯形状为U型和C型的低频电磁传感器；将两种传感器的磁芯的尺寸、绕线匝数、绕线位置和绕线长度设置为相同参量，且无磁屏蔽结构时，对比相同激励条件下，两种形状传感器检测同一缺陷时，检测信号随频率变化的结果，以及检测不同深度缺陷时，检测信号随缺陷深度变化的结果，从而选取优的磁芯形状；

步骤二：优化磁芯尺寸；磁芯尺寸包括磁芯两极间距a、磁芯高度b和磁极宽度c；在步骤一选择出的磁芯形状上设置相同的绕线匝数、绕线位置和绕线长度，当无屏蔽层结构，且被测试件、检测条件均相同时，控制磁芯高度b和磁极宽度c不变，改变磁芯两极间距a，对比其变化对缺陷表征特征值的影响；

步骤三：与步骤二条件相同，控制磁芯两极间距a和磁极宽度c不变，改变磁芯高度b，对比其变化对缺陷表征特征值的影响；

步骤四：与步骤二条件相同，控制磁芯两极间距a和磁芯高度b不变，改变磁极宽度c，对比其变化对缺陷表征特征值的影响；

步骤五：根据步骤二～步骤四，得到不同磁芯尺寸对检测信号的影响程度，将不影响检测结果的尺寸参量选为常规尺寸，对影响检测结果的尺寸参量，利用遗传算法对其进行优化，得到磁芯尺寸的最优组合参数；

步骤六：计算绕线匝数；当已知被测试件的磁特性曲线时，根据缺陷分布和尺寸，选择磁化区域，即选定H的取值，当给定激励电流I和绕线长度l时，绕线匝数N由公式(1)计算；

步骤七：绕线位置及绕线长度；将磁芯划分三个等长度的绕线位置：磁芯顶部、磁芯右磁极和磁芯左磁极；当绕线匝数固定为N匝，三个位置的绕线长度均为l时，将三个绕线位置进行组合选择，得到七种不同位置、不同长度的绕线方式；将传感器设为无磁屏蔽层结构，且磁芯形状、尺寸一定，检测条件相同，对比七种不同绕线方式的检测结果，选择出最佳的绕线位置及绕线长度；

步骤八：磁屏蔽层厚度；将传感器的磁芯形状、尺寸、绕线匝数、绕线位置及绕线长度固定，且控制检测条件相同时，将磁屏蔽层的层数设为1层，磁屏蔽层的厚度分别设为无屏蔽层和不同厚度值，对比不同磁屏蔽层厚度时缺陷检测信号的特征值，确定最佳的磁屏蔽层厚度；

步骤九：磁屏蔽层层数；与步骤八条件相同，在此基础上，将磁屏蔽层的厚度设为p，磁屏蔽层的层数分别设为无屏蔽层和不同层数，对比不同磁屏蔽层层数时缺陷检测信号的特征值，确定最佳的磁屏蔽层层数。

2.根据权利要求1所述的一种铁磁材料损伤检测用扫描式低频电磁传感器，其特征在于：轴承滚轮(8)为不锈钢金属材料，具有一定的刚度和强度，用于保持低频电磁传感器与被测试件间恒定的提离距离，同时减小手持低频电磁传感器扫描检测时的吸附力。

3.根据权利要求1所述的一种铁磁材料损伤检测用扫描式低频电磁传感器，其特征在于：稳压电源(2)为磁敏感元件(7)提供恒定的直流工作电压，引线接头(3)用于磁敏感元件(7)检测信号的输出。

4.根据权利要求1所述的一种铁磁材料损伤检测用扫描式低频电磁传感器，其特征在于：激励线圈(4)为漆包线，由铜导线和绝缘漆层两部分组成，磁芯(5)为大功率铁磁材料，激励线圈(4)多重卷绕于磁芯(5)之上，形成电磁铁，用于产生传感器的激励信号。

5.根据权利要求1所述的一种铁磁材料损伤检测用扫描式低频电磁传感器，其特征在于：磁屏蔽层(6)为铁磁材料，铁磁材料的磁导率远小于磁芯(5)，屏蔽区域为磁敏感元件(7)所在的空气区域，其作用为屏蔽磁敏感元件(7)周围背景磁场对检测信号的影响。