CN110187004A - 一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，包括激励线圈、感应线圈及四层以上电路板；从上至下或从下至上起第一层电路板上设置焊盘及导线，所述激励线圈、感应线圈均通过各自所在位置的过孔经导线与焊盘连接；激励线圈由分别位于第二层和第三层电路板上且相互垂直的导线构成，呈空间十字状结构；十字状激励线圈中通入交流电流使得试件中产生感应涡流，从而在试件中感生出方向与激励磁场方向相反的二次磁场；感应线圈位于第四层电路板上，在由激励磁场和二次磁场矢量叠加的合磁场中感生出感应电压，且感应电压在两扇形感应线圈中方向相反，构成差动涡流传感器。本发明能够提高对裂纹缺陷的检测灵敏度，降低对裂纹及缺陷的漏检率。

Description

一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器

技术领域

本发明涉及电磁无损检测技术领域，具体涉及一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器。

背景技术

金属等导电材料在工业中的应用随着科技的发展在日益增多，金属等导电材料的缺陷、疲劳裂纹等,对机械零部件、机械设备的安全和使用寿命有着十分重要的影响。因此，对金属等导电材料制造的机械零部件的缺陷进行无损监测,是现代机械制造行业研究的一大重要课题。随着研究的深入，已经存在很多针对金属等导电材料中缺陷和裂纹检测的无损检测设备，存在检测灵敏度低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，能够提高对裂纹缺陷的检测灵敏度，降低对裂纹及缺陷的漏检率。

本发明采取的技术方案如下：

一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，包括激励线圈、感应线圈及四层以上电路板；

所述电路板各层相互平行，从上至下或从下至上起第一层电路板上设置焊盘及导线，所述激励线圈、感应线圈均通过各自所在位置的过孔经导线与焊盘连接；

所述激励线圈由分别位于第二层和第三层电路板上且相互垂直的导线构成，呈空间十字状结构；十字状激励线圈中通入交流电流产生激励磁场，且激励磁场为旋转场，使得试件中产生感应涡流，从而在试件中感生出方向与激励磁场方向相反的二次磁场；

所述感应线圈位于第四层电路板上，包括两个扇形感应线圈，两个扇形感应线圈在由激励磁场和二次磁场矢量叠加的合磁场中感生出感应电压，且感应电压在两扇形感应线圈中方向相反，构成差动涡流传感器。

进一步地，所述激励线圈中通振幅、频率相同且相位差为90°的正弦电流感生出旋转场。

进一步地，所述两个扇形感应线圈分别位于十字状激励线圈形成象限的对顶角象限中，且两个扇形感应线圈串联，使得两个扇形感应线圈中感应电压的方向相反，对相同的信号进行抵消、差异信号进行叠加，当被检测试件中没有裂纹时，感应线圈的输出电压为0；当被检测试件中有裂纹时，感应线圈输出非零电压信号。

进一步地，所述差动涡流传感器进一步包括另一组感应线圈；

所述感应线圈设置在第五层电路板上，同样包括两个扇形感应线圈，两个扇形感应线圈分别位于激励线圈形成象限的另一对对顶角位置，两个扇形感应线圈串联，使得两个扇形感应线圈中感应电压的方向相反。

有益效果：

1、本发明基于差动检测的方法，利用裂纹对涡流的扰动改变合磁场的现象来检测被检测试件中的裂纹，由于在十字结构激励线圈中通入频率、振幅相同相位差为90°的正弦激励信号,使试件中感生出大小基本不变，方向随时间均匀旋转的旋转场，使各个反向的裂纹均可以最大程度的扰动感应涡流，即：在检测时各个方向上的裂纹的方向总可以在某一时刻与感应涡流的方向垂直；由于在实际的检测过程中，关注重点为传感器中心及周边涡流的密度和方向，本发明采用提出的双扇形差动感应线圈，是将一对位于对顶角位置的扇形感应线圈根据线圈里感应电压的方向相反串联而成，更高的检测灵敏度及裂纹对感应涡流最大程度的扰动可以更大程度的拾取传感器中心以及周边裂纹对感应涡流的扰动信号，也可以有效地提取微小裂纹扰动的信号，很大程度的完善了信号提取不出来的现象，该感应线圈在结构上也实现了完全差动检测，所以检测时灵敏度更高于相关技术中涡流传感器的检测灵敏度，且本发明采用的激励线圈和提出的差动拾取线圈匝数较少，结构简洁，即可做成柔性监测传感器，用于监测机械设备中的重要零部件，以防止突然损坏失效造成安全事故等，也可做成体积比较小的探头，以适应不同的工作环境，有效提升检测时的方便性。

2、本发明也可以增加另外一组感应线圈，增加后裂纹对磁场扰动后可输出两个电压信号，两组感应线圈可以进一步提升传感器的检测灵敏度和精确度，更有效的提取有效信息，也有望通过应用相关算法，能够实现对裂纹的精确定位及分析裂纹大小及形状，以实现涡流传感器对裂纹的定量化分析。

附图说明

图1为拾取线圈是一组对顶角双扇形差动拾取的空间十字结构激励涡流传感器示意图；

图2为拾取线圈是一组对顶角双扇形螺旋线线圈的空间十字结构激励传感器示意图；

图3为拾取线圈是两组位于象限对顶角的双扇形差动拾取的空间十字结构激励涡流传感器示意图；

图4为拾取线圈是两组位于象限对顶角的双扇形螺旋线线圈的空间十字结构激励传感器示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例一：

本实施例提供了一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，包括激励线圈、感应线圈及PCB(Printed Circuit Board)电路板即印制电路板。

PCB电路板可以为四层以上，本实施例的PCB电路板采用四层电路板，PCB 电路板各层之间相互平行，从上至下起第一层电路板上设置焊盘及导线，激励线圈、感应线圈均通过各自所在电路板上的过孔经导线与焊盘连接。

如图1所示的拾取线圈是一组对顶角双扇形差动拾取的十字结构激励涡流传感器，激励线圈由分别位于第二层和第三层电路板上且相互垂直的导线构成，呈空间十字状结构；十字状激励线圈中通振幅、频率相同且相位差为90°的正弦电流，用于产生激励磁场，且该磁场使试件中感生大小基本不变，方向随时间均匀旋转的旋转场，使被检测试件中产生旋转的感应涡流，感生出方向与激励磁场方向相反的二次磁场。

感应线圈位于第四层电路板上，包括两个扇形感应线圈，分别分布于十字状激励线圈所形成象限的对顶角象限中，且两个扇形感应线圈之间根据感应电压方向相反串联连接，两个扇形感应线圈在由激励磁场和二次磁场矢量叠加的合磁场中感生感应电压，因为两个扇形感应线圈中感应电压的方向成反向连接，所以构成差动涡流传感器；两个扇形感应线圈用于拾取合磁场，对相同的信号进行抵消，达到平衡状态，当有裂纹扰动时，这种平衡被破坏，有信号输出，可以使该传感器达到完全差动检测。

检测时，当被检测试件中没有裂纹时，感应线圈的输出电压为0；当被检测试件中有裂纹时，裂纹对感应涡流产生扰动，使二次磁场发生变化，导致合磁场发生改变，使两个扇形感应线圈中的感应电压不能完全抵消，感应线圈输出非零电压信号，检测出被检测试件中的裂纹。

实施例二：

为进一步提升涡流传感器的检测灵敏度，本实施例中差动涡流传感器还包括另一组感应线圈，此时采用五层PCB电路板，其中四层电路板设置与实施例一设置一致，新增的感应线圈设置在剩余的第五层电路板上，包括两个扇形感应线圈，两个扇形感应线圈分别位于激励线圈形成象限的另一对对顶角位置，且两个扇形感应线圈串联，使得两个扇形感应线圈中感应电压的方向相反，如图3所示。检测时，裂纹会产生两次扰动，输出两个电压信号，采用相应的算法，能够对裂纹进行精确定位及分析裂纹大小，检测灵敏度高。

根据实际需求和应用环境，还可以对感应线圈的匝数进行调整，如图2、图4 所示，增加扇形感应线圈的匝数，制成螺旋线线圈。也可以根据环境的具体要求来调整传感器的形状外观及形式等，比如传感器的薄厚、大小及是否做成柔性传感器等，适用广泛，灵活性强。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，其特征在于，包括激励线圈、感应线圈及四层以上电路板；

所述电路板各层相互平行，从上至下或从下至上起第一层电路板上设置焊盘及导线，所述激励线圈、感应线圈均通过各自所在位置的过孔经导线与焊盘连接；

所述激励线圈由分别位于第二层和第三层电路板上且相互垂直的导线构成，呈空间十字状结构；十字状激励线圈中通入交流电流产生激励磁场，且激励磁场为旋转场，使得试件中产生感应涡流，从而在试件中感生出方向与激励磁场方向相反的二次磁场；

所述感应线圈位于第四层电路板上，包括两个扇形感应线圈，两个扇形感应线圈在由激励磁场和二次磁场矢量叠加的合磁场中感生出感应电压，且感应电压在两扇形感应线圈中的方向相反，构成差动涡流传感器。

2.如权利要求1所述的对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，其特征在于，所述激励线圈中通振幅、频率相同且相位差为90°的正弦电流感生出旋转场。

3.如权利要求1所述的对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，其特征在于，所述两个扇形感应线圈分别位于十字状激励线圈形成象限的对顶角象限中，且两个扇形感应线圈串联，使得两个扇形感应线圈中感应电压的方向相反，对相同的信号进行抵消、差异信号进行叠加，当被检测试件中没有裂纹时，感应线圈的输出电压为0；当被检测试件中有裂纹时，感应线圈输出非零电压信号。

4.如权利要求3所述的对顶角双扇形拾取的差动涡流传感器，其特征在于，所述差动涡流传感器进一步包括另一组感应线圈；

所述感应线圈设置在第五层电路板上，同样包括两个扇形感应线圈，两个扇形感应线圈分别位于激励线圈形成象限的另一对对顶角位置，两个扇形感应线圈串联，使得两个扇形感应线圈中感应电压的方向相反。