CN108761358A - 磁通门传感器磁探头的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁通门传感器磁探头的制造方法，包括以下步骤：A、建立磁通门探头和反馈线圈的3D打印模型；B、打印探头的无磁骨架，C、将磁芯置入并固定在无磁骨架的空腔；D、在无磁骨架上绕制感应线圈、激励线圈；E、打印反馈线圈骨架，F、在反馈线圈骨架外壁的线圈槽中绕制漆包线，制成线圈；G、组装探头和反馈线圈，制成磁通门传感器磁探头。本发明提供一种灵活、可以调整工艺、针对不同模型都可快速加工出来的磁通门传感器磁探头的制造方法。

Description

磁通门传感器磁探头的制造方法

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，尤其涉及一种磁通门传感器磁探头的制造方法。

背景技术

磁通门传感器作为一种弱磁测量器件，由于其独特的优势而无法被其它磁传感器所取代。磁通门传感器最核心的部分就是磁探头，磁探头设计的好坏往往直接影响着该传感器是否达标。传统的磁探头设计往往都是先在磁芯上绕制感应线圈和激励线圈然后再通过开模的方式来加工合成的，首先，磁芯材料一般都十分柔软，往往都需要人工手动绕制，由于找不到合适的硬度高、片薄的无磁骨架来事先固定，又进一步加大了绕制的难度。其次，这种加工方式往往成本很高，而且不同形状的磁探头需要设计不同模具来加工，这对工厂的模具设计生产造成了很大的难度，往往很多优秀的探头结构，由于无法生产出相应的模具而就此放弃。另外模具加工后的磁探头是固定形状的，很难变动。如果因为参数的不合适或者是哪里稍微需要一点点改动，都得重新加工设计，这对人力、物力和时间造成了很大的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种灵活、可以调整工艺、针对不同模型都可快速加工出来的磁通门传感器磁探头的制造方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁通门传感器磁探头的制造方法，包括以下步骤：

A、建模：根据需求，建立磁通门探头和反馈线圈的3D打印模型；

B、探头的无磁骨架打印：根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料打印探头的带有中空内腔的无磁骨架；

C、磁芯装配：将磁芯置入并固定在无磁骨架的内腔中；

D、绕制线圈：在无磁骨架的中部绕制感应线圈；紧靠感应线圈的两侧反向串绕两个激励线圈，制成完整的探头；

E、反馈线圈骨架的打印：根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料打印反馈线圈骨架，反馈线圈骨架为带有内腔的球形中空骨架；

F、绕制线圈：在反馈线圈骨架外壁设置的线圈槽中绕制漆包线，制成线圈；

G、组装探头和反馈线圈：至少在反馈线圈骨架的X轴轴线附近避开线圈槽开设有探头容置孔，将装配好的探头从探头容置孔中穿入并固定在反馈线圈骨架中，制成磁通门传感器磁探头。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤A中，根据磁芯尺寸大小及所需反馈均匀场大小，建立3D打印模型。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤B中，打印的所述无磁骨架为由两部分组成的直管结构。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述磁芯为长条形结构。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤D中，选择合适线径的漆包线，将漆包线在无磁骨架的中部绕制，制成感应线圈；选择合适线径的漆包线，将漆包线在感应线圈两侧分别绕制，制成激励线圈。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤D中，所述感应线圈两侧的激励线圈采用对称反向串绕结构绕制。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤E中，根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料，将反馈线圈骨架拆分成多个部分进行分别打印，然后将反馈线圈骨架的各部分粘接固定连接在一起，形成球形的反馈线圈骨架。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤F中，选择合适线径的漆包线，根据计算出的线圈匝数基准，在反馈线圈骨架的不同线圈槽中分别以不等匝的方式缠绕漆包线，形成线圈。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤G中，至少在反馈线圈骨架的轴线附近避开线圈槽开设的探头容置孔中穿入探头，并将探头固定在反馈线圈骨架内的中心附近位置。

进一步地，所述的磁通门传感器磁探头的制造方法中，优选所述步骤B和步骤E中，所述无磁高分子材料选择PLA、ABS或光敏树脂。

本发明的磁通门传感器磁探头制造方法与传统磁探头制作工艺相比，其中3D打印制造量探头的无磁骨架和反馈线圈骨架，具有成本低廉，探头的形状可千变万化，生成周期短，形状设计的大小可随意更改组装等优点。而且3D打印技术的精度高，一般都能实现精度在0.1mm以上。并且打印材料是一种无磁的高分子材料，硬度很高，很适合充当绕线的骨架。因此，本发明的制造方法保证了磁探头设计的高效、合理和可修改性。

本发明相较于传统的磁通门传感器磁探头的制作方法的优势在于制作精度高，生产效率高，而且需要的设备为3D打印设备，制作成本低，节省人力，自动化程度高。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。

磁通门传感器磁探头包括两部分：磁通门探头和反馈线圈，磁通门探头置入并固定在反馈线圈内。

其中，磁通门探头包括无磁骨架、无磁骨架内的磁芯，无磁骨架中部绕制的感应线圈；紧靠感应线圈的两侧反向串绕的两个激励线圈。

反馈线圈包括球形的反馈线圈骨架、在反馈线圈骨架外的线圈槽中绕制的线圈。

一种磁通门传感器磁探头的制造方法，包括以下步骤：

A、建模：根据需求，建立磁通门探头和反馈线圈的3D打印模型；具体是根据不同磁芯材料的尺寸，设计出符合该参数的结构模型，通过3D打印软件建立磁通门探头和反馈线圈的3D打印模型。

B、探头的无磁骨架打印：根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料打印探头的带有中空内腔的无磁骨架；打印的所述无磁骨架为由两部分组成的直管结构，即无磁骨架包括薄片的上半部分和带有轴向凹槽的下半部分。打印完成后，再将上半部分和下半部分粘接成完整的无磁骨架。

无磁骨架打印材料选择的是0.75mm线径的PLA高分子材料，其硬度很高。还有选择其他无磁、硬度高的高分子材料，例如：ABS或光敏树脂，具体材料本发明不作限定。

本实施例中，打印的无磁骨架为：宽0.2mm，高为0.2mm，长度为10cm的长方体。

C、磁芯装配：将磁芯置入并固定在无磁骨架的内腔中，所述磁芯为长条形结构，无磁骨架的下半部分带有轴向凹槽，凹槽也为长条形结构，将磁芯置于凹槽中并粘接固定，再将无磁骨架的上半部分与下半部分粘接。本实施例选择的磁芯形状为长条形带状的VC6025Z截面尺寸为0.025×0.75mm。

D、绕制线圈：在无磁骨架的中部绕制感应线圈；紧靠感应线圈的两侧反向串绕两个激励线圈，便制成完整的探头。

具体为：选择合适线径的漆包线，将漆包线在无磁骨架的中部绕制，制成感应线圈；选择合适线径的漆包线，将漆包线在感应线圈两侧分别绕制，制成激励线圈。所述感应线圈两侧的激励线圈采用对称反向串绕结构绕制。漆包线的线径选择为0.1mm，方便人工绕线，同时使用绕线机绕线，加快了磁探头制作效率同时也保证了线与线之间精密排列。对称反向串绕结构是常规技术中一种绕制方法，在此不再赘述。具体绕制的漆包线线径和匝数，根据实际需要计算得出。

E、反馈线圈骨架的打印：根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料打印反馈线圈骨架，反馈线圈骨架为带有内腔的球形中空骨架；根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料，分多个部分打印反馈线圈骨架，然后将反馈线圈骨架的各部分粘接固定连接在一起，形成球形的反馈线圈骨架。具体为：将球形的反馈线圈骨架分成2-4块进行分别打印，打印后拼装粘接成球形。一般会将一个球形反馈线圈骨架分成两个半球进行打印。

F、绕制线圈：选择合适线径的漆包线，根据计算出的线圈匝数基准，在反馈线圈骨架的不同线圈槽中分别以不等匝的方式缠绕漆包线，形成线圈。具体绕制的漆包线线径和匝数，根据实际需要计算得出。漆包线的线径选择为0.2mm左右。

G、组装探头和反馈线圈：至少在反馈线圈骨架的X轴轴线附近避开线圈槽开设探头容置孔，将装配好的探头从探头容置孔穿入并固定在反馈线圈骨架中，制成磁通门传感器磁探头。具体可以在反馈线圈骨架的X轴轴线附近避开线圈槽开设的探头容置孔中穿入探头，并将探头固定在反馈线圈骨架的中心附近位置。

由于反馈线圈有三种实施方式：即单轴反馈线圈、双轴反馈线圈和三轴反馈线圈，具体为：单轴反馈线圈是只在X轴方向上间隔设置多个线圈槽并在线圈槽中绕制线圈；双轴反馈线圈是在X轴方向和Y轴方向上都分别间隔设置多个线圈槽并在线圈槽中绕制线圈；三轴反馈线圈是在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上都分别间隔设置多个线圈槽并在线圈槽中绕制线圈。

在反馈线圈中，X轴、Y轴和Z轴的方向是任意确定的，即以反馈线圈骨架中心为原点，分别向三个相互垂直的方向上形成X轴、Y轴和Z轴。线圈槽的位置和方向根据设定好的X轴、Y轴和Z轴的方向进行排布。

由于反馈线圈有三种实施方式，则磁通门传感器磁探头的结构有三种：单轴、双轴和三轴。

单轴的磁探头，选择一个探头，探头安装在单轴反馈线圈骨架的内腔，在X轴轴线附近避开线圈槽设置的探头容置孔中插入探头，将探头固定在反馈线圈骨架的中心附近位置。

双轴的磁探头，选择两个探头，探头分别安装在双轴反馈线圈的内腔，在X轴轴线和Y轴轴线附近避开线圈槽设置的探头容置孔中分别插入探头，将探头固定在反馈线圈骨架的中心附近位置。

三轴的磁探头，选择三个探头，探头分别安装在三轴反馈线圈的内腔，在X轴轴线、Y轴轴线、Z轴轴线附近避开线圈槽设置的探头容置孔中插入探头，将探头固定在反馈线圈骨架的中心附近位置。

以下一个三轴的磁探头为例进行详细说明：

一种磁通门传感器磁探头的制造方法，包括以下步骤：

A、根据磁芯材料VC 6025Z的尺寸为0.75×0.025×100mm，设计无磁骨架的尺寸为2×2×100mm，球形反馈线圈骨架的直径为90mm。根据该设计在3D打印软件中绘制反馈线圈模型和无磁骨架模型。

其中，绘制无磁骨架模型，将无磁骨架分为两部分进行绘制，一个完整的无磁骨架分为上半部分和下半部分，上半部分为一个薄片，尺寸为2mm×0.5mm×10cm；下半部分带有轴向凹槽，其外部尺寸为2mm×1.5mm×10cm，内部凹槽尺寸为1mm×1mm×10cm。

绘制反馈线圈骨架模型，将两个反馈线圈骨架即内骨架和外骨架都分成1/2球体的分块进行绘制，内骨架的内径为3.8cm，厚为3mm，外壁等分为9个线圈槽，每个线圈槽宽度为3mm，深度为1mm；外骨架的内径为4.2cm，厚为3mm，垂直交错为18个等间距的线圈槽，每个线圈槽宽度为3mm，深度为1mm。

B、调整3D打印机的平台间距，装上打印材料准备打印。将绘制好的磁芯骨架模型拷贝到打印机内开始打印，得到无磁骨架上半部分、无磁骨架下半部分

C、将磁芯用胶水固定在打印好的无磁骨架下半部分的凹槽内，粘上上半部分的薄片，即将磁芯装配好，得到长方体探头骨架尺寸为长10cm，宽2mm，高2mm。

D、将漆包线在无磁骨架的中部绕制，制成感应线圈；将漆包线在感应线圈两侧分别绕制，制成激励线圈。

E、调整3D打印机的平台间距，装上打印材料准备打印。将绘制好的磁探头反馈线圈模型拷贝到打印机内开始打印。共打印四个空心半球，每块的形状为二分之一的球体，反馈线圈骨架包括2层，分别为内骨架和外骨架，二者可紧密连接。内骨架的外表面为9个等间距的线圈槽用于绕制漆包线，可在保证在轴线方向产生均匀的磁场，内骨架的半径为3.8cm厚度为3mm；外骨架的表面为相互垂直的18个等间距的线圈槽，可在保证在两个轴线方向产生均匀的磁场，外骨架半径为4.2cm、厚度为3mm。本发明中将打印好的反馈线圈的各个部分在X轴轴线、Y轴轴线和Z轴轴线上，避开线圈槽分别打一个对穿的探头容置孔，然后用胶水粘合形成内骨架和外骨架整体。

F、在内骨架的线圈槽中绕漆包线，再将内骨架垂直粘合到外骨架内壁上，在外骨架的线圈槽中绕漆包线，这样就制作好了一个反馈线圈。

G、将3个探头分别穿入反馈线圈模具的X轴、Y轴和Z轴上的探头容置孔中，并使得探头垂直正交分布，并保证3个探头都在反馈线圈内部的正中心，再用热熔胶固定，这样就制作好整个磁探头。

Claims (10)

1.一种磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、建模：根据需求，建立磁通门探头和反馈线圈的3D打印模型；

B、探头的无磁骨架打印：根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料打印探头的带有中空内腔的无磁骨架；

C、磁芯装配：将磁芯置入并固定在无磁骨架的内腔中；

D、绕制线圈：在无磁骨架的中部绕制感应线圈；紧靠感应线圈的两侧反向串绕两个激励线圈，制成完整的探头；

E、反馈线圈骨架的打印：根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料打印反馈线圈骨架，反馈线圈骨架为带有内腔的球形中空骨架；

F、绕制线圈：在反馈线圈骨架外壁设置的线圈槽中绕制漆包线，制成线圈；

G、组装探头和反馈线圈：至少在反馈线圈骨架的X轴轴线附近避开线圈槽开设有探头容置孔，将装配好的探头从探头容置孔中穿入并固定在反馈线圈骨架中，制成磁通门传感器磁探头。

2.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤A中，根据磁芯尺寸大小及所需反馈均匀场大小，建立3D打印模型。

3.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤B中，打印的所述无磁骨架为由两部分组成的直管结构。

4.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，所述磁芯为长条形结构。

5.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤D中，选择合适线径的漆包线，将漆包线在无磁骨架的中部绕制，制成感应线圈；选择合适线径的漆包线，将漆包线在感应线圈两侧分别绕制，制成激励线圈。

6.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤D中，所述感应线圈两侧的激励线圈采用对称反向串绕结构绕制。

7.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤E中，根据建立的模型，以无磁高分子材料为原料，将反馈线圈骨架拆分成多个部分进行分别打印，然后将反馈线圈骨架的各部分粘接固定连接在一起，形成球形的反馈线圈骨架。

8.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤F中，选择合适线径的漆包线，根据计算出的线圈匝数基准，在反馈线圈骨架的不同线圈槽中分别以不等匝的方式缠绕漆包线，形成线圈。

9.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤G中，至少在反馈线圈骨架的轴线附近避开线圈槽开设的探头容置孔中穿入探头，并将探头固定在反馈线圈骨架内的中心附近位置。

10.根据权利要求1所述的磁通门传感器磁探头的制造方法，其特征在于，所述步骤B和步骤E中，所述无磁高分子材料选择PLA、ABS或光敏树脂。