CN210953916U - 一种多功能无损检测传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多功能无损检测传感器，包括信号接收元件和磁化元件，所述信号接收元件包括同平面的至少七个水平磁阻元件，所述磁化元件包括六个激励线圈及其对应的磁轭板、尼龙骨架、磁芯和极靴，所述尼龙骨架上绕制有激励线圈，相邻两个激励线圈的极性相反；所述信号接收元件设置在六个激励线圈围成的空间内，并通过固定件固定在磁轭板上，所述磁轭板固定在支撑架上，所述支撑架用于与移动装置固定以实现在试件上的移动检测；本实用新型能够用于磁记忆检测、漏磁检测和巴克豪森噪声检测等多种无损检测技术中，从而可以对铁磁性材料的应力与裂纹等损伤进行有效评估。

Description

一种多功能无损检测传感器

技术领域

本实用新型涉及无损检测技术领域，特别涉及一种多功能无损检测传感器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

由于现代机械设备运行环境复杂、损伤种类较多，并且各种无损检测技术都有不同的优缺点与检测范围，因此，将某几种检测技术融合，制作多功能的检测装置是无损检测的重要发展趋势，国内外学者也在开展大量装置研究，取得了初步的成果。

目前，多功能的磁性无损检测传感器研究较少，是未来无损检测的一个重要发展方向，将某种磁性技术与其他无损检测技术融合的检测新方法已有不少研究。有研究人员研究了采用涡流与漏磁两种传感器的联合无损检测方法，两种方法可以分别检测管道的纵向与横向裂纹缺陷。有研究人员利用计算机网络技术设计了融合有涡流检测、磁记忆检测、漏磁检测和超声检测的核工业检测设备。李建增等结合漏磁和超声检测设计了用于钢、铝合金材料的装甲检测系统。有研究人员用一种探头融合漏磁检测与磁通检测两种方法，可以同时对录井钢丝进行缺陷和线径的检测。有研究人员设计一体化传感器，将单频涡流、脉冲涡流和漏磁三种方法结合起来，可以实现对磁性和非磁性管材或板材的检测。

本实用新型发明人发现，不同类别的检测方法融合在一起，由于机理相差较大，需要不同的检测模块放在一起，例如融合了漏磁与超声技术的传感器既需要磁信号接收装置又需要超声波信号接收装置，这就使得检测系统结构较为复杂，不利于快速的进行应力带和裂纹的快速检测，而且成本较高。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种多功能无损检测传感器，能够应用于磁记忆检测、漏磁检测和巴克豪森噪声检测等多种无损检测技术的同时检测，实现了被测件各个方向的裂纹和应力的检测和评估。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多功能无损检测传感器，包括信号接收元件和磁化元件，所述信号接收元件包括同平面的至少七个水平磁阻元件，其中至少三个水平磁阻元件首尾呈一条直线排列，三个水平磁阻元件构成的直线的两侧分别设有至少两个水平磁阻元件，每侧的水平磁阻元件均匀设置在三个水平磁阻元件构成的直线的中垂线两侧，且与中垂线呈一定夹角；

所述磁化元件包括六个激励线圈及其对应的磁轭板、尼龙骨架、磁芯和极靴，所述磁轭板为圆形磁轭版，所述磁芯设于尼龙骨架内部，所述尼龙骨架的一端固定在磁轭板上，另一端与极靴固定，六个尼龙骨架均匀的固定在圆形磁轭板的上表面，所述尼龙骨架上绕制有激励线圈，相邻两个激励线圈的极性相反，构成一组激励线圈；

所述信号接收元件设置在六个激励线圈围成的空间内，并通过固定件固定在磁轭板上，所述磁轭板固定在支撑架上，所述支撑架用于与移动装置固定以实现在试件上的移动检测。

作为可能的一些实现方式，所述信号接收元件还包括与水平磁阻元件的长边垂直设置的同等数量的竖直磁阻元件，每个水平磁阻元件均包括一个对应的竖直磁阻元件。

作为可能的一些实现方式，包括七个水平磁阻元件，其中三个水平磁阻元件首尾呈一条直线排列，直线两侧分别设有两个水平磁阻元件，两个水平磁阻元件分别设置在中垂线的两侧，且两个水平磁阻元件的长边均与中垂线呈45°夹角。

作为可能的一些实现方式，每个激励线圈采用0.23mm的漆包线在尼龙骨架上绕置多圈构成。

作为可能的一些实现方式，相邻两个激励线圈用同一漆包线按相反方向绕置，在三组线圈中通入相位互成120°的正弦激励信号，每组线圈产生一个封闭的变化磁场，三组磁场相互耦合最后形成方向变化的旋转磁场。

作为可能的一些实现方式，尼龙骨架的另一端通过螺钉与极靴固定。

作为可能的一些实现方式，所述固定件包括支架和蝶形固定板，每个支架上设置一个水平磁阻元件和一个竖直磁阻元件，所述固定件依次排列在蝶形固定板上，所述蝶形固定板与磁轭板固定连接。

作为可能的一些实现方式，所述蝶形固定板为利用圆形板件在中间位置挖出蝶形通孔而成，蝶形通孔的四个突出部位置分别用于放置一个支架，蝶形通孔的中间位置用于放置至少三个支架，所述蝶形通孔上还设有螺纹孔，用于与磁轭版的固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型所述的传感器能够用于磁记忆检测、漏磁检测和巴克豪森噪声检测技术，从而可以对铁磁性材料的应力与裂纹等损伤进行有效评估。

2、本实用新型所述的传感器能够设置有至少14组的磁阻元件，能够实现各个方向的裂纹和应力的检测和评估，同时，设置至少7组水平磁阻元件和对应数量的竖直磁阻元件，从而实现了对各个角度的磁场的X方向和Z方向的检测，极大的提高了对裂纹和应力的检测的准确度。

3、本实用新型所述的传感器通过设置三对激励线圈，在三种不同相位的正弦激励下，试件表面的磁场沿逆时针方向逐渐旋转，当裂纹方向与传感器的扫查方向呈任意角度时，旋转磁场总是可以与裂纹在某时刻下垂直，在弱磁条件下提高了磁记忆或漏磁检测的灵敏性以及突破对裂纹方向的限制。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所述的多功能无损检测传感器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1所述的多功能无损检测传感器检测时的工作示意图。

图3为本实用新型实施例1所述的多功能无损检测传感器检测时的工作示意图。

1-磁阻元件；2-极靴；3-支架；4-尼龙骨架；5-磁芯；6-磁轭板；7-支撑架；8-蝶形固定板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1-2所示，本实用新型实施例1提供了一种多功能无损检测传感器，包括信号接收元件和磁化元件，所述信号接收元件包括多个磁阻元件1，所述磁阻元件1包括同平面的七个水平磁阻元件，用于实现X方向的磁信号的检测，三个水平磁阻元件首尾呈一条直线排列，三个水平磁阻元件构成的直线的两侧分别设有两个水平磁阻元件，每侧的水平磁阻元件均匀设置在三个水平磁阻元件构成的直线的中垂线两侧，且与中垂线呈45°夹角，也可以是10°到80°内的其他夹角；

所述磁化元件包括六个激励线圈及其对应的磁轭板6、尼龙骨架4、磁芯5和极靴2，所述磁轭板6为圆形磁轭版，所述磁芯5设于尼龙骨架4内部，所述尼龙骨架4的一端固定在磁轭板6上，另一端与极靴2固定，六个尼龙骨架4均匀的固定在圆形磁轭板的上表面，所述尼龙骨架4上绕制有激励线圈，相邻两个激励线圈的极性相反，构成一组激励线圈；

所述信号接收元件还包括与水平磁阻元件的长边垂直设置的同等数量的竖直磁阻元件，用于实现Z方向的磁信号的检测，每个水平磁阻元件均包括一个对应的竖直磁阻元件。

所述信号接收元件设置在六个激励线圈围成的空间内，并通过固定件固定在磁轭板上，所述磁轭板6固定在支撑架7上，所述支撑架7用于与移动装置固定以实现在试件上的移动检测。

所述固定件包括支架3和蝶形固定板8，每根支架3用于放置一个水平磁阻元件和一个竖直磁阻元件，所述支架固定在蝶形固定板8内，所述蝶形固定板8与磁轭板6固定连接。

每个激励线圈采用0.23mm的漆包线在尼龙骨架上绕置多圈构成，相邻两个激励线圈用同一漆包线按相反方向绕置，在三组线圈中通入相位互成120°的正弦激励信号，每组线圈产生一个封闭的变化磁场，三组磁场相互耦合最后形成方向变化的旋转磁场。

所述固定件包括支架和蝶形固定板，每个支架上设置一个水平磁阻元件和一个竖直磁阻元件，所述固定件依次排列在蝶形固定板上，所述蝶形固定板与磁轭板固定连接。

如图2所示，所述蝶形固定板为利用圆形板件在中间位置挖出蝶形通孔而成，蝶形通孔的四个突出部位置分别用于放置一个支架，蝶形通孔的中间位置用于放置至少三个支架，所述蝶形通孔上还设有螺纹孔，用于与磁轭版的固定连接。

本实施例所述的信号产生与控制模块采用DDS原理合成三相激励信号，由单片机与DAC控制信号参数、液晶显示等，也可以采用专用的DDS芯片进行三相激励信号的生成，本领域技术人员可以自主进行选择。

在三种不同相位的正弦激励下，试件表面的磁场沿逆时针方向逐渐旋转，当裂纹方向与扫查方向呈任意角度时，旋转磁场总是可以与裂纹在某时刻下垂直，在弱磁条件下提高了磁记忆或漏磁检测的灵敏性以及突破对裂纹方向的限制。

本实施例所述的磁阻元件选用HMC1021型号的磁阻元件，能够测量一个方向的磁场变化，灵敏度高，可以检测到工件表面的弱磁场，检测结果准确。磁阻元件体积较小，方便制作传感器探头，减小探头体积，可以检测复杂的非平面工件。HMC1021磁阻元件为全固态，固有阻抗小，抵抗噪声和干扰的能力强，因此可靠性较高。HMC1021磁阻元件将磁信号转换为电压信号输出，选用UA306A型采集卡进行模数转换，本领域技术人员也可以根据本实施例所述的传感器结构选择其他类型的采集卡。

如图3所示，采用最常用的铁磁性材料45钢制作实验试件，试件长度为400mm，宽度为200mm，厚度10mm。

利用本实施例所述的传感器，通过磁记忆检测和漏磁检测基于旋转磁场对不同方向的裂纹进行分析，通过磁记忆检测与巴克豪森噪声检测对应力进行分析。

在磁记忆检测与漏磁检测中选取激励频率为4Hz，在巴克豪森噪声检测中选取激励频率为40Hz，磁记忆检测需要弱磁场激励，调节功放输出电压为2V，巴克豪森噪声检测与漏磁检测检测采用稍强磁场以提高检测效果，选择激励电压为6V。

通过电火花刻伤机在试件表面加工出7个角度不同的矩形裂纹，分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°，裂纹尺寸为长40mm，宽0.5mm，深0.5mm，通过局部淬火的方式制作出一条应力集中区。

将传感器探头放在试件上部，通过观测X向磁记忆检测信号可以很容易检测到应力集中，呈一条直线的三个磁阻元件对试件上的应力带非常敏感。

通过中间呈一条直线的三个水平磁阻元件可以分辨出应力带的位置和方向，裂纹方向与磁阻元件的夹角越大，磁阻元件接收到的X向磁信号越强烈，通过各个磁阻元件接收到的X向磁信号能够实现对裂纹的位置和方向的检测，通过对Z向信号的检测和记录，后续可以利用实现试件表面的初步的定量化分析。

本实施例所述的信号记载方法和后续的数据处理方法均采用现有的方法，不是本实用新型的创新点，上述方法的内容仅用于对本实施例所述的传感器的工作原理介绍，不具有限定作用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多功能无损检测传感器，其特征在于，包括信号接收元件和磁化元件，所述信号接收元件包括同平面的至少七个水平磁阻元件，至少三个水平磁阻元件首尾呈一条直线排列，三个水平磁阻元件构成的直线的两侧分别设有至少两个水平磁阻元件，每侧的水平磁阻元件均匀设置在三个水平磁阻元件构成的直线的中垂线两侧，且与中垂线呈一定夹角；

所述磁化元件包括六个激励线圈及其对应的磁轭板、尼龙骨架、磁芯和极靴，所述磁轭板为圆形磁轭版，所述磁芯设于尼龙骨架内部，所述尼龙骨架的一端固定在磁轭板上，另一端与极靴固定，六个尼龙骨架均匀的固定在圆形磁轭板的上表面，所述尼龙骨架上绕制有激励线圈，相邻两个激励线圈的极性相反并构成一组激励线圈；

所述信号接收元件设置在六个激励线圈围成的空间内，并通过固定件固定在磁轭板上，所述磁轭板固定在支撑架上，所述支撑架用于与移动装置固定以实现在试件上的移动检测。

2.如权利要求1所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，所述信号接收元件还包括与水平磁阻元件的长边垂直设置的同等数量的竖直磁阻元件，每个水平磁阻元件均包括一个对应的竖直磁阻元件。

3.如权利要求1所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，包括七个水平磁阻元件，其中三个水平磁阻元件首尾呈一条直线排列，直线两侧分别设有两个水平磁阻元件，两个水平磁阻元件分别设置在中垂线的两侧，且两个水平磁阻元件的长边均与中垂线呈45°夹角。

4.如权利要求1所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，每个激励线圈采用0.23mm的漆包线在尼龙骨架上绕置多圈构成。

5.如权利要求1所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，相邻两个激励线圈用同一漆包线按相反方向绕置，在三组线圈中通入相位互成120°的正弦激励信号，每组线圈产生一个封闭的变化磁场，三组磁场相互耦合最后形成方向变化的旋转磁场。

6.如权利要求1所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，尼龙骨架的另一端通过螺钉与极靴固定。

7.如权利要求1所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，所述固定件包括支架和蝶形固定板，每个支架上设置一个水平磁阻元件和一个竖直磁阻元件，所述固定件依次排列在蝶形固定板上，所述蝶形固定板与磁轭板固定连接。

8.如权利要求7所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，所述蝶形固定板为利用圆形板件在中间位置挖出蝶形通孔而成，蝶形通孔的四个突出部位置分别用于放置一个支架，蝶形通孔的中间位置用于放置至少三个支架，所述蝶形通孔上还设有螺纹孔，用于与磁轭版的固定连接。

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