CN106841380B - 用于微型同步隔磁电机的表层探损方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于微型同步隔磁电机的表层探损方法和装置。表层探损方法包括：将待测电机置于U型磁轭的U型腔内，并在待测电机的待测表面上放置接收棒，其中，U型磁轭的水平部套有第一线圈，且该第一线圈连接交流电源，接收棒上套有第二线圈；接通交流电源，以使第一线圈接入输入电流，以预定采样周期对第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；将待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。表层探损装置能够执行上述方法的处理。本发明的上述表层探损方法和装置，能够有效地适用于电机表层的损伤检测，克服现有技术的不足。

Description

用于微型同步隔磁电机的表层探损方法和装置

技术领域

本发明涉及表面检测技术，尤其涉及一种用于微型同步隔磁电机的表层探损方法和装置。

背景技术

随着电机的大规模使用，对于电机的要求越来越高，特别对于特殊要求的微型同步电动机的精度越来越高。通常，对于精密的部位所采用的电机来说，需要避免运行中电机的漏磁，而且还要注重电机是否有表层的损伤，其中电机的金属表层包括电机的侧面和端面。

微型同步隔磁电机，应用于机器人的手臂的驱动环节，基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑。由于所处环境周围有大量的传感器，信号传递装置和控制芯片等，都需要有个电磁兼容的工作环境，因此对于电机的漏磁要格外注意。所以设计这类需要隔磁电机的探损检测方法，检测微型电机是否有漏磁，避免漏磁电机给其他仪器造成降级的危害。

这类隔磁电机属于微型电机，工作方式和交流伺服电动机类似，工作方式是在没有外界控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有外界控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

漏磁的原因，可能是本身电机的出厂表层破损，或者运输中的磕碰的物理破损，造成定子上绕组的脉动磁场，转子上的旋转磁场，电机内部谐波噪声的磁感应线的露出。此外，也可能是由于电机运行时间长，内部涡流热，或者绕组故障烧伤造成的。

然而，目前的表面检测技术并不能够有效地适用于电机表层的损伤检测。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种用于微型同步隔磁电机的表层探损方法和装置，以至少解决目前现有的表面检测技术不能有效适用电机表层的损伤检测的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于微型同步隔磁电机的表层探损方法，所述表层探损方法包括：将待测电机置于U型磁轭的U型腔内，并在所述待测电机的待测表面上放置接收棒，其中，所述U型磁轭的水平部套有第一线圈，且该第一线圈连接交流电源，所述接收棒上套有第二线圈；接通所述交流电源使所述待测电机处于工作状态，以使所述第一线圈接入输入电流，以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；将所述待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定所述待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。

进一步地，所述表层探损方法还包括：在所述待测电机处于非工作状态的情况下，通过外界提供磁场，对所述待测电机表层的铁性材料进行磁化，以通过所述接收棒获取感应的磁信号；以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；将所述待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定所述待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。

进一步地，所述参考特征参数通过如下方式获得：将金属表层无损的微型同步电机置于所述U型磁轭的U型腔内，并在该微型同步电机的表面上放置所述接收棒；接通所述交流电源，以使所述第一线圈接入所述输入电流，以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的参考特征参数。一方面，由于接收棒为棒状结构，由此能够方便操作，使得可操作性较强；另一方面，由于接收棒的棒状结构，使得其上所缠绕的线能够形成一个比较长的接收平面，从而能够使得接收磁感应线效果更好。

进一步地，所述根据比较结果确定所述待测特征参数对应的损伤等级的步骤包括：若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的80％～100％之间，则其对应的损伤等级为1级；若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的60％～79％之间，则其对应的损伤等级为2级；若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的40％～59％之间，则其对应的损伤等级为3级；若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的20％～39％之间，则其对应的损伤等级为4级；若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的1％～19％之间，则其对应的损伤等级为5级。根据电机的损伤程度进行分类，根据实验的需要，可以有选择使用对应损伤等级电机，避免影响实验精度。

进一步地，所述参考特征参数包括多个，且每个参考特征参数对应一个损伤等级；所述参考特征参数通过如下方式获得：针对金属表层无损的微型同步电机以及多个参考电机中的每一个：将该电机置于所述U型磁轭的U型腔内，并在该电机的表面上放置所述接收棒；接通所述交流电源，以使所述第一线圈接入所述输入电流，以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的参考特征参数，来作为当前电机表面的损伤等级所对应的参考特征参数；其中，所述金属表层无损的微型同步电机的损伤等级为0；所述多个参考电机包括N个，该N个参考电机中的第i个参考电机对应的损伤等级为i，i＝1,2,…,N，N为正整数。通过磁安法，将电机的表层参数转换成电流参数，只要进行电流参数的获取和分析，就可以间接得出电机的表层的表征参数。实验的可行性更强些。

进一步地，所述第二线圈中生成的电流在被采样之前，还经过滤波处理；以及所述第二线圈中生成的电流在被采样之后，还经过A/D转换处理。由于实验环境的不确定性，先进行放大，滤波环节，在信号的源头处进行处理，在进行信号A/D转换，最后数字信号的形式输出，对信号可观性和精确性有了很大的改善。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于微型同步隔磁电机的表层探损装置，所述表层探损装置包括U型磁轭、接收棒、接收采集单元和处理单元；其中，所述U型磁轭的水平部套有第一线圈，所述第一线圈连接交流电源；所述接收棒上套有第二线圈，所述第二线圈连接所述接收采集单元；所述接收采集单元用于在将待测电机置于所述U型磁轭的U型腔内、且所述待测电机的待测表面上放置有所述接收棒的情况下，接收当所述交流电源接通时在所述第二线圈中生成的电流信号，并采集该电流信号当前对应的待测特征参数；所述处理单元用于根据所述待测特征参数与参考特征参数的比较结果，获得所述待测电机的表层损伤等级。

进一步地，所述接收采集单元还用于：在将金属表层无损的微型同步电机置于所述U型磁轭的U型腔内、且该微型同步电机的表面上放置有所述接收棒的情况下，接收当所述交流电源接通时在所述第二线圈中当前生成的电流信号，并采集该电流信号对应的参考特征参数。

进一步地，所述接收采集单元包括：接收模块，其用于连接所述第二线圈，以接收所述第二线圈生成的电流信号并输出；滤波模块，其用于对所述接收模块输出的电流信号进行滤波；采样保持模块，其用于对经过所述滤波模块滤波后的电流信号进行采样以获得采样信号，其中所述采样信号包括该电流信号的如下参数：幅值、峰值、频率以及周期；A/D转换模块，其用于对所述采样保持模块所得到的采样信号进行A/D转换后输出。

进一步地，所述表层探损装置还包括密闭金属铜板，所述密闭金属铜板为箱体结构，该箱体结构的至少一个面能够打开以放进待测电机，并且在该至少一个面关闭的情况下所述箱体结构内为密闭的。

本发明的用于微型同步隔磁电机的表层探损方法和装置，适用于隔磁电机表层的损伤检测，其基于电机表层材料的损伤前后的导磁能力会变化，通过对电流参数的检测，形成电流参数的向量空间，通过损伤前后电流参数的对比，进行的损伤的判断，由此能够解决现有技术不能适用电机表层的损伤检测的问题。

本方面在提出表征参数方面，主要是信号的接收，获取高精度的有用信号，并采用提出了对比性损伤检测方法，通过与正常的理论参数的对比，算出差异值，给出相应的损伤程度。

本发明通过对反馈端电流信号的接收，对局部的反馈电信号的处理，判断整体的损伤情况，不需要对整个电机表层进行有限元建模，而直接由反馈电流信号的差异，提取表层损伤的特征参数。

此外，本发明能够对处于工作状态和不工作状态的电机分别进行处理。对于不工作的状态(通过外界提供磁场，对电机表层的铁性材料进行磁化，通过接收棒获取感应的磁信号，在转变成电信号，进行分析)，可以处理以下电机：(1)正常电机一个，不工作状态，用接收棒进行外界漏磁检测(提取正常参数值，做个参考对照使用)；(2)不工作的电机，且表层电有物理破损，进行同样操作；(3)不工作的烧伤电机，进行同样操作。对于工作的状态(电机内部有工作磁场，无需外界提供磁场，直接用接收棒接收感应磁场。如果获取的信号不是很明显，选择表层接触式获取)，可以处理以下电机：(1)正常电机一个，工作状态，用接收棒进行外界漏磁检测(提取正常参数值，做个参考对照使用)；(2)工作的电机，且表层电有物理破损，进行同样操作；(3)工作的烧伤电机，进行同样操作。

本专利的核心是信号的接收处理和分析环节，考虑到工作场合的特殊化(工作场合的周围仪器设备不容许收到漏磁干扰)，对于磁信号要进行更高精度的获取，为了保障信号的精准获取，数据的实时传输，信号的精准分析，采用市场先有的处理芯片STM32(控制芯片，且本身芯片上集成有放大，A/D环节)，采样芯片，A/D转换，在配合自己设计电路，一同工作。

接收棒接收感应的磁性号，在转行成电压信号进行传输，首先通过一个前端的电压跟随电路，一个正向放大电路，一个电压跟随，一个带通滤波器，一个AD模数转换芯片，之后是STM32处理芯片。

流经的电信号，通往主控板STM32控制芯片中进行分析处理和计算，考虑信号的稳定性传输，电路设计加入大量的跟随电路；接收信号的微弱性且不破坏电路的稳定性，先进行可控放大电路，进行带通滤波，A/D环节，在进入STM32处理芯片进行逻辑判断，如果可以获取进行的电信号过于微弱，没达到获取的要求，STM32将给出放大电路加大信号放大倍数指令；如果信号过大，高于阈值，会影响仪器的正常工作，将给出减小信号放大倍数的指令。

STM32集成芯片本来就有放大，滤波，A/D环节，为了更高精度的追求，在设计放大，跟随，滤波电路，进行信号的初次处理，实现信息的精准传递，在STM32最终进行信号数据的逻辑判断，经STM32的ADC进入，将获取值与阈值比较，给出逻辑指令，指令经过STM32的DAC输出，做到实时调控，数据的实时获取。

最后经STM32接收的信号通过数据线，将数据传给计算机软件LABVIEW进行相关参数获取，同时连接到示波器，可以实时的观测到获取实验数据的曲线表示。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1是示意性地示出本发明的用于微型同步隔磁电机的表层探损方法的一个示例性处理的流程图；

图2是示意性地示出U型磁轭的一个示例的结构图；

图3是示意性地示出接受棒的一个示例的结构图；

图4是示意性地示出本发明的用于微型同步隔磁电机的表层探损装置的一个示例的结构图；

图5是示意性地示出图4所示的接收采集单元的一种可能结构的框图；

图6是示意性地示出表层探损装置中部分电路的结构框图；

图7是示出图6的一种可能电路结构的示意图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的实施例提供了一种用于微型同步隔磁电机的表层探损方法，表层探损方法包括：将待测电机置于U型磁轭的U型腔内，并在待测电机的待测表面上放置接收棒，其中，U型磁轭的水平部套有第一线圈，且该第一线圈连接交流电源，接收棒上套有第二线圈；接通交流电源使所述待测电机处于工作状态，以使第一线圈接入输入电流，以预定采样周期对第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；将待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。

下面描述本发明的用于微型同步隔磁电机的表层探损方法的一个示例。

图1是示出上述用于微型同步隔磁电机的表层探损方法的示例性处理的流程图。如图1所示，在步骤S110中，将待测电机置于U型磁轭的U型腔内，并在待测电机的待测表面上放置接收棒。

图2给出了上述U型磁轭的结构。如图2所示，U型磁轭的水平部套有第一线圈，且该第一线圈连接交流电源(未示出)。

图3给出了上述接收棒的结构。如图3所示，接收棒上套有第二线圈。

然后，如图1所示，在步骤S120中，接通交流电源使待测电机处于工作状态，使第一线圈接入输入电流，然后以预定采样周期对第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数。其中，预定采样周期例如可以根据经验设定。

接着，在步骤S130中，将步骤S120得到的待测特征参数与预设的参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。

在一种实现方式中，参考特征参数通过如下方式获得：将金属表层无损的微型同步电机置于U型磁轭的U型腔内，并在该微型同步电机的表面上放置接收棒；然后接通交流电源，使第一线圈接入输入电流，以预定采样周期对第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的参考特征参数。

根据这种实现方式，例如可以通过以下处理来执行“根据比较结果确定待测特征参数对应的损伤等级”的步骤：若待测特征参数的值为参考特征参数的80％～100％之间，则其对应的损伤等级为1级；若待测特征参数的值为参考特征参数的60％～79％之间，则其对应的损伤等级为2级；若待测特征参数的值为参考特征参数的40％～59％之间，则其对应的损伤等级为3级；若待测特征参数的值为参考特征参数的20％～39％之间，则其对应的损伤等级为4级；若待测特征参数的值为参考特征参数的1％～19％之间，则其对应的损伤等级为5级。需要说明的是，参考特征参数的范围与损伤等级之间的对应关系并不局限于此，且损伤等级的划分也可以根据实际情况而变化。比如，损伤等级也可以划分为10级，其中，1级损伤等级对应参考特征参数的90％～100％，2级损伤等级对应参考特征参数的80％～90％，……，以及10级损伤等级对应参考特征参数的1％～10％。

此外，在另一种实现方式中，参考特征参数也可以包括多个，且每个参考特征参数对应一个损伤等级。这样，参考特征参数可通过如下方式获得：针对金属表层无损的微型同步电机以及多个参考电机中的每一个：将该电机置于U型磁轭的U型腔内，并在该电机的表面上放置接收棒；接通交流电源，以使第一线圈接入输入电流，以预定采样周期对第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的参考特征参数，来作为当前电机表面的损伤等级所对应的参考特征参数；其中，金属表层无损的微型同步电机的损伤等级为0；多个参考电机包括N个，该N个参考电机中的第i个参考电机对应的损伤等级为i，i＝1,2,…,N，N为正整数。换句话说，N个参考电机各自表面的损伤等级是已知的。

根据这种实现方式，例如可以通过以下处理来执行“根据比较结果确定待测特征参数对应的损伤等级”的步骤：在多个参考特征参数之中，选择与待测特征参数的值最接近的参考特征参数，将选择的该参考特征参数所对应的损伤等级作为待测特征参数对应的损伤等级。采用数学逻辑处理，进行参数的相关性获取，选择相关性最大的一组，近似等同。

此外，根据其他实现方式，第二线圈中生成的电流在被采样之前，还可以经过滤波处理；以及在第二线圈中生成的电流被采样之后，该电流还可以经过A/D转换处理后在发送给后续处理单元或计算机等。

以上主要描述了对处于工作状态的电机所进行的表层探损处理。

此外，表层探损方法还可以包括如下处理：在待测电机处于非工作状态的情况下，通过外界提供磁场，对待测电机表层的铁性材料进行磁化，以通过接收棒获取感应的磁信号；以预定采样周期对第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；将待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。通过该处理，能够实现对不工作状态下的电机的表层探损处理。

此外，本发明的实施例还提供了一种用于微型同步隔磁电机的表层探损装置，该表层探损装置包括U型磁轭、接收棒、接收采集单元和处理单元；其中，U型磁轭的水平部套有第一线圈，第一线圈连接交流电源；接收棒上套有第二线圈，第二线圈连接接收采集单元；接收采集单元用于在将待测电机置于U型磁轭的U型腔内、且待测电机的待测表面上放置有接收棒的情况下，接收当交流电源接通时在第二线圈中生成的电流信号，并采集该电流信号当前对应的待测特征参数；处理单元用于根据待测特征参数与参考特征参数的比较结果，获得待测电机的表层损伤等级。

如图4所示，在一个示例中，本发明的用于微型同步隔磁电机的表层探损装置可以包括U型磁轭1、接收棒2、接收采集单元3和处理单元4。

其中，U型磁轭1例如可以具有上文结合图2所描述的结构，而接收棒2例如可以具有上文结合图3所描述的结构。

U型磁轭1的水平部套有第一线圈，第一线圈连接交流电源。

接收棒2上套有第二线圈，第二线圈连接接收采集单元3。

接收采集单元3用于在将待测电机置于U型磁轭的U型腔内、且待测电机的待测表面上放置有接收棒2的情况下，接收当交流电源接通时在第二线圈中生成的电流信号，并采集该电流信号当前对应的待测特征参数。

其中，接收采集单元3例如可以具有如图5所示的结构。如图5所示，接收采集单元3可以包括接收模块3-1、滤波模块3-2、采样保持模块3-3以及A/D转换模块3-4。其中，接收模块3-1用于连接第二线圈，以接收第二线圈生成的电流信号并输出；滤波模块3-2用于对接收模块输出的电流信号进行滤波；采样保持模块3-3用于对经过滤波模块滤波后的电流信号进行采样以获得采样信号，其中采样信号包括该电流信号的如下参数：幅值、峰值、频率以及周期；A/D转换模块3-4用于对采样保持模块所得到的采样信号进行A/D转换后输出。

此外，如图4所示，处理单元4用于根据待测特征参数与参考特征参数的比较结果，获得待测电机的表层损伤等级。

根据一种实现方式，接收采集单元3还可以用于：在将金属表层无损的微型同步电机置于U型磁轭的U型腔内、且该微型同步电机的表面上放置有接收棒的情况下，接收当交流电源接通时在第二线圈中当前生成的电流信号，并采集该电流信号对应的参考特征参数。在这种情况下，例如可以采用上文所描述对应的方式来进行后续处理，这里不再重述。

此外，根据一种实现方式，表层探损装置还可以包括密闭金属铜板(未示出)。其中，密闭金属铜板为箱体结构，该箱体结构的至少一个面能够打开以放进待测电机，并且在该至少一个面关闭的情况下箱体结构内为密闭的，以隔绝外界噪声。

优选实施例1

对于电机表层的损伤检测，如选择电流作为主要的电气参数，目的是对反馈电流的基本参数进行测试测量，如幅值、频率、波形等基本的参数指标。

例如，可以采用如图2的U型磁轭和图3所示的接受棒来获得电流信号。

U型磁轭的顶部连有绕组(即第一线圈)。

通过给U型磁轭的绕组一个电流信号，在U型结构中形成磁路，把电机放到U型磁轭的膛槽(即U型腔)中，在电机的正上方有个棒状接收绕组(即套在接收棒上的第二线圈)，如果电机的金属表层有破损，会出现磁通的变化，会在反馈电流参数出现差异。

在该优选实施例中，通过一个能提供4A的交流电流源来连接U型磁轭的绕组。采用一个正常具有金属表层的微型同步电机M1和另一个表层已烧伤的微型电机M2(已知烧伤等级)来实施本发明。

其中，具体地，主体结构(即U型磁轭)例如采用硅钢片40片叠加而成的结构，缠绕0.21mm漆包线3层共120匝，每片硅钢片的厚度为0.2mm。硅钢片的磁导率为7000～10000HZ。

另外，信号接收器如采用镍锌铁氧体，其尺寸为6mm*20mm(其中，6mm为底面直径，而20mm为高)，缠绕0.12mm漆包线3层，共300匝。镍锌铁氧体的磁导率取1MHZ-300MHZ。

公式一：B＝μH。

其中，B为磁通密度，H为磁场强度，μ为磁导率。

线圈电感量公式如公式二所示：

公式二：

μ₀:真空磁导率；μ_S:内部磁芯相对磁导率；S:线圈截面积；l：线圈长度；K:系数取决于

公式三：

φ为磁通，S为磁通垂直穿过面域的面积，L为电感大小，N为线圈匝数。

公式四：

H为磁场强度，l为积分路径，N为线圈匝数，i为线圈中的电流大小。

即，沿着任何一条闭合回路l,磁场强度H的线积分等于该闭合回路所包围的总电流值(代数和)，也就是穿过该必和路径所界定的交流代数和。

公式五：

N_w为线圈有效匝数，φ_w为磁通量，f为频率，B为磁密基波幅值。

磁化器的电阻约2.3Ω，而接收线圈的电阻R＝6.6Ω

在该实施例中，假定：1)外界的磁化曲线的干扰为0；2)磁化曲线通过的有效面积S为定值。

这样，在步骤一中，当空载时，电流源输出幅值4A的交变电流，在U型磁轭中形成交变磁场，在端部会有部分漏磁，空气传导，经接收棒(即信号接收器)的绕组，由于交变磁场，产生电流，信号接收器接收电流，并传输到计算机。在该步骤中，对让磁场通过以空气为媒介的区域，通过Ansys有限元网格剖分，进行实验理论验证来获知磁场的大致路径，由此能够从理论上证明本发明的可行性。

然后，在步骤二中，放上表层正常电机(即正常具有金属表层的微型同步电机M1)后，该电机的金属表层与接收器结构接触，看作金属表层与接收器结构并联成一体，根据假定，端部磁化曲线通过的面积恒定，有电机表层的存在，间接改变了H值，产生相应的电流。

接着，在步骤三中，放上表层已烧伤的电机(即表层已烧伤的微型电机M2)，同样产生相应的电流。

然后，对反馈电流信号进行软件分析处理并显示结果，例如包括电信号输入、信号有线传输、信号滤波处理、信号采样保持、A/D转换、单片机预处理、信号传入计算机，进行主要参数的获取分析，生成信号分析报告。

(1)由于主要参数围绕电流参量，采用单路采集通道输入结构，由接收棒处产生电流信号，通过有线传输方式，连入计算机，系统工作的结构图如图2和图3所示。

(2)具体结构：

保障信号的高精度和批量，在信号有线传输过程中，采用预处理电路和单片机处理电路，两层信号处理结构，对信号进行多次滤波整形和存储，确保电流信号的准确。再结合计算机的较强的数据处理分析能力，更好的实现信号的快速、高精度、参数的大量获取，能完成数据的批量化和时时化，最后显示测试结果方面表格、图形等多种形式的输出。

其中，A/D转换模块采用数字化测量技术来计算电流的有效值、输出波形、谐波含量等参数。分辨率设置涉及A/D转换器对输入信号的分辨能力。本实施例中，例如，电压测量的峰峰值为36V，如采用12位、满刻度为50V的A/D转换器AD574A，那么其分辨率计算为如下：

电流参数的分辨率计算公式与上面所描述的电压参数类似，这里省略其详细描述。滤波模块例如采用切贝雪夫带通滤波，带通滤波器，它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。

(3)处理环节

经预处理电路的电流信号，通过A/D转换模块、采样保持模块和通道开关获得被测电流参数波形的离散点数据，并将这些数据送入微处理器进行处理。

首先对于接收的电流信号，进行LabVIEW软件处理，设计好模拟电路，连入反馈电流信号，进行处理，对信号的幅值，峰值，频率，周期进行读取，进行频谱分析，得出相应的参考值。

将进入结果存储单元，其每隔预定的采样周期而对比较单元的比较结果进行保存，其在前述处理结果存储单元所存储的多个处理结果中，使用从最新的处理结果开始按时序顺序与预定的采样数相应的比较结果，形成表格数据，判断材料表层是否有损伤。

(4)保护环节

工作环境会有大量的电流信号和磁场噪声，在抑制噪声方面，采用密闭金属铜板，隔绝外界噪声。

3数据的处理

数据的处理例如可以采用上文所描述的对应方式进行处理，这里不再赘述。

优选实施例2

如图6所示，在该实施例中，表层探损装置可以包括采样模块(即图6中的“采样环节”)、电压跟随电路(即图6中的左边第3个框中的“电压跟随”)、斩波稳零放大电路(可以放大及其微弱的电压信号，包括程控反相放大电路(会收到STM32的调控，调控四路模拟开关，调控电阻变化)，即图6中“可控放大电路”)、电压跟随电路(即图6中的左边第5个框中的“电压跟随”)、带通滤波电路(有二路模拟开关，接收STM32调控指令)、A/D模块以及STM32控制芯片构成的主控板。

图7给出了图6所示装置的一个具体电路结构。如图7所示，电压跟随电路由位于正向输入端的R1,反向输入端的R2构成。斩波稳零放大电路由电阻R3,R4,R5,R6,R7,R8,电容C1,C2,C3,C4,C5构成的RC网络电路和俩个反相放大器，还包括一个程控反相放大电路由四路模拟开关电路(有R10,R11,R12,R13构成)，电阻R9位于反向输入端，电阻R15位于正相输入端。电压跟随电路由电阻R14位于反相输入端，R17位于反相输入端。带通滤波电路由二路模拟开关(电阻R18,R19构成)，电阻R16,R20,R21,R22,电容C6,C7RC网络电路构成。

(一)获取漏磁方法

将待测电机置于U型磁轭的U型腔内，并在待测电机的待测表面上放置接收棒，其中，U型磁轭的水平部套有第一线圈，且该第一线圈连接交流电源，接收棒上套有第二线圈；接通交流电源，以使第一线圈接入输入电流，以预定采样周期对第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；将待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。

(二)漏磁检测环节

探损的工作步骤

不工作的状态(通过外界提供磁场，对电机表层的铁性材料进行磁化，通过接收棒获取感应的磁信号，在转变成电信号，进行分析)

1正常电机一个，不工作状态，用接收棒进行外界漏磁检测。(提取正常参数值，做个参考对照使用)

2不工作的电机，且表层电有物理破损，进行同样操作。

3不工作的烧伤电机，进行同样操作。

工作的状态(电机内部有工作磁场，无需外界提供磁场，直接用接收棒接收感应磁场。如果获取的信号不是很明显，选择表层接触式获取)

4正常电机一个，工作状态，用接收棒进行外界漏磁检测。(提取正常参数值，做个参考对照使用)

5工作的电机，且表层电有物理破损，进行同样操作。

6工作的烧伤电机，进行同样操作。

(三)获取漏磁对应的电参数

信号的接收处理和分析环节，考虑到工作场合的特殊化(工作场合的周围仪器设备不容许收到漏磁干扰)，对于磁信号要进行更高精度的获取，为了保障信号的精准获取，数据的实时传输，信号的精准分析，采用市场先有的处理芯片STM32(控制芯片，且本身芯片上集成有放大，A/D环节)，采样模块，A/D转换模块。

感受到电机表层磁通变化，用接收棒接收变化的感应磁性号，在经转化电路转变成电压信号在进行传输，电信号首先通过一个采样模块，(对信号进行初步的获取，获得有用的电信号部分)，稳压电压跟随电路，(稳定电压信号传输)，斩波稳零放大电路(可以放大及其微弱的电压信号，可以减小失调电压的数量级，一个稳压电压跟随，一个带通滤波器，一个A/D模数转换芯片，之后是STM32处理芯片。STM32控制板外接矢量信号分析仪，示波器，计算机软件LABVIEW.

获取的电信号，通往主控板STM32控制芯片中进行分析处理和计算，考虑信号的稳定性传输，电路设计加入大量的跟随电路；接收信号的微弱性且不破坏电路的稳定性，先进行可控放大电路，进行带通滤波，A/D环节，在进入STM32处理芯片进行逻辑判断，如果可以获取进行的电信号过于微弱，没达到获取的要求，STM32将给出放大电路加大信号放大倍数指令；如果信号过大，高于阈值，会影响仪器的正常工作，将给出减小信号放大倍数的指令。

STM32集成芯片本来就有放大，滤波，A/D环节，存储环节，为了更高精度的追求，在设计放大，跟随，滤波电路，进行信号的初次处理，实现信息的精准传递，在STM32控制芯片会实时调控放大电路和带通滤波电路，在STM32中进行信号数据的逻辑判断，经STM32的ADC进入，将获取值与阈值比较，给出逻辑指令，指令经过STM32的DAC输出，做到对放大电路和带通滤波电路的实时调控，数据的实时获取。最后将STM32接收的信号通过数据线，将数据传给计算机软件LABVIEW进行相关电信号的参数获取，同时连接到示波器，可以实时的观测到获取实验数据的曲线表示。

STM32中的处理环节，对冗余化的多个电压输入信号的极性是否一致进行处理，保障电压的来源准确。

存储环节，实时的电信号的存储，其每隔预定的采样周期内对获取电信号参数与预定的采样的正常值进行比较，并将结果进行保存；存储单元在前述处理结果存储单元所存储的多个处理结果中，使用从最新的处理结果开始按时序顺序存储。

矢量信号分析仪对前述冗余化的多个接收电压信号是否正常进行判定，并与预定的采样矢量信号进行比较。

LABVIEW参数分析处理，主要对于接收的电压信号，进行LABVIEW处理，进过LABVIEW复杂的电路处理结构，对电压信号进行处理，幅值，峰值，频率，相位，信号周期都能进行读取。

(四)保护环节，产品的工作环境会有大量的电流信号，和磁场噪声，在产品的抑制噪声方面，采用密闭金属铜板，隔绝外界噪声。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.用于微型同步隔磁电机的表层探损方法，其特征在于，所述表层探损方法包括：

将待测电机置于U型磁轭的U型腔内，并在所述待测电机的待测表面上放置接收棒，其中，所述U型磁轭的水平部套有第一线圈，且该第一线圈连接交流电源，所述接收棒上套有第二线圈；

接通所述交流电源使所述待测电机处于工作状态，以使所述第一线圈接入输入电流，以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；

将所述待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定所述待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果；

在所述待测电机处于非工作状态的情况下，通过外界提供磁场，对所述待测电机表层的铁性材料进行磁化，以通过所述接收棒获取感应的磁信号；以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；将所述待测特征参数与参考特征参数进行比较，以根据比较结果确定所述待测特征参数对应的损伤等级，作为待测电机的表面探损结果。

2.根据权利要求1所述的用于微型同步隔磁电机的表层探损方法，其特征在于，所述参考特征参数通过如下方式获得：

将金属表层无损的微型同步电机置于所述U型磁轭的U型腔内，并在该微型同步电机的表面上放置所述接收棒；

接通所述交流电源，以使所述第一线圈接入所述输入电流，以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的参考特征参数。

3.根据权利要求2所述的用于微型同步隔磁电机的表层探损方法，其特征在于，所述根据比较结果确定所述待测特征参数对应的损伤等级的步骤包括：

若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的80％～100％之间，则其对应的损伤等级为1级；

若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的60％～79％之间，则其对应的损伤等级为2级；

若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的40％～59％之间，则其对应的损伤等级为3级；

若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的20％～39％之间，则其对应的损伤等级为4级；

若所述待测特征参数的值为所述参考特征参数的1％～19％之间，则其对应的损伤等级为5级。

4.根据权利要求1所述的用于微型同步隔磁电机的表层探损方法，其特征在于，所述参考特征参数包括多个，且每个参考特征参数对应一个损伤等级；所述参考特征参数通过如下方式获得：

针对金属表层无损的微型同步电机以及多个参考电机中的每一个：

将该电机置于所述U型磁轭的U型腔内，并在该电机的表面上放置所述接收棒；

接通所述交流电源，以使所述第一线圈接入所述输入电流，以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的参考特征参数，来作为当前电机表面的损伤等级所对应的参考特征参数；

其中，所述金属表层无损的微型同步电机的损伤等级为0；所述多个参考电机包括N个，该N个参考电机中的第i个参考电机对应的损伤等级为i，i＝1,2,…,N，N为正整数。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于微型同步隔磁电机的表层探损方法，其特征在于，

所述第二线圈中生成的电流在被采样之前，还经过滤波处理；以及

所述第二线圈中生成的电流在被采样之后，还经过A/D转换处理。

6.用于微型同步隔磁电机的表层探损装置，其特征在于，所述表层探损装置包括U型磁轭、接收棒、接收采集单元和处理单元；

其中，所述U型磁轭的水平部套有第一线圈，所述第一线圈连接交流电源；所述接收棒上套有第二线圈，所述第二线圈连接所述接收采集单元；

所述接收采集单元用于在将待测电机置于所述U型磁轭的U型腔内、且所述待测电机的待测表面上放置有所述接收棒的情况下，接收当所述交流电源接通、所述待测电机处于工作状态时在所述第二线圈中生成的电流信号，并采集该电流信号当前对应的待测特征参数；在所述待测电机处于非工作状态的情况下，通过外界提供磁场对所述待测电机表层的铁性材料进行磁化，以通过所述接收棒获取感应的磁信号，以预定采样周期对所述第二线圈中当前生成的电流信号进行采样，以获得该电流信号对应的待测特征参数；

所述处理单元用于根据所述待测特征参数与参考特征参数的比较结果，获得所述待测电机的表层损伤等级。

7.根据权利要求6所述的用于微型同步隔磁电机的表层探损装置，其特征在于，所述接收采集单元还用于：

在将金属表层无损的微型同步电机置于所述U型磁轭的U型腔内、且该微型同步电机的表面上放置有所述接收棒的情况下，接收当所述交流电源接通时在所述第二线圈中当前生成的电流信号，并采集该电流信号对应的参考特征参数。

8.根据权利要求6所述的用于微型同步隔磁电机的表层探损装置，其特征在于，所述接收采集单元包括：

接收模块，其用于连接所述第二线圈，以接收所述第二线圈生成的电流信号并输出；

滤波模块，其用于对所述接收模块输出的电流信号进行滤波；

采样保持模块，其用于对经过所述滤波模块滤波后的电流信号进行采样以获得采样信号，其中所述采样信号包括该电流信号的如下参数：幅值、峰值、频率以及周期；

A/D转换模块，其用于对所述采样保持模块所得到的采样信号进行A/D转换后输出。

9.根据权利要求6所述的用于微型同步隔磁电机的表层探损装置，其特征在于，所述表层探损装置还包括密闭金属铜板，所述密闭金属铜板为箱体结构，该箱体结构的至少一个面能够打开以放进待测电机，并且在该至少一个面关闭的情况下所述箱体结构内为密闭的。

Images