CN211122663U

CN211122663U - 一种无损检测传感器用磁化元件及传感器

Info

Publication number: CN211122663U
Application number: CN201921884800.9U
Authority: CN
Inventors: 邱忠超; 李立新; 于瑞红; 刘亚宋; 丁雪; 王艺杰; 戴继长
Original assignee: College Of Disaster Prevention Technology
Current assignee: College Of Disaster Prevention Technology
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2029-11-04

Abstract

本公开提供了一种无损检测传感器用磁化元件及传感器，包括磁轭板、六个磁芯及对应数量的磁芯和极靴，所述磁轭板为圆形磁轭板，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上表面靠近边缘的位置，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。

Description

一种无损检测传感器用磁化元件及传感器

技术领域

本公开涉及无损检测技术领域，特别涉及一种无损检测传感器用磁化元件及传感器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，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。

针对一个电磁无损检测系统来讲，信号接收部分与被检对象之间需要有相对运动，即常说的扫查，以便根据接收到的被测试件表面磁信号来判断缺陷、应力等的存在。磁化方式分为固定磁化与移动磁化两种，各有优缺点，需根据具体需求做具体设计。固定磁化方式是将被检对象放置于磁化场中，用磁阻元件扫查表面，获取异变的磁信号进而判断损伤状态。

本公开发明人发现，(1)固定磁化方式的磁化线圈部分与信号接收探头完全分离，不需要跟随探头运动，因此探头可以设计的比较小，但是检测过程变的复杂，成本更高；(2)固定磁化方式一般都是整体进行激励，磁化场要保证能够将整个检测区域覆盖，固定磁化方式的磁化装置一般较大，所需激励电流较高，由于被检对象尺寸不同，磁化装置需要经常调整，某些情况下不太方便；(3)稳定磁场激励一般只能检测出与磁场方向垂直或者夹角较大的裂纹缺陷，为了实现对任意方向裂纹的准确识别，仅靠传感器的组合与阵列布置还不够，还需要变化的磁化场配合。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种无损检测传感器用磁化元件及传感器，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。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种无损检测传感器用磁化元件。

一种无损检测传感器用磁化元件，包括磁轭板、六个磁芯及对应数量的磁芯和极靴，所述磁轭板为圆形磁轭板，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上表面靠近边缘的位置，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。

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。

作为进一步的限定，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，所述磁轭板、磁芯和极靴的材料均取为Q235钢。

作为可能的一些实现方式，相邻两个尼龙骨架与圆形磁轭板中心的连线之间的夹角相同，均为60°。

本公开第二方面提供了一种多功能无损检测传感器。

一种多功能无损检测传感器，包括信号接收元件和权利要求1-6任一项所述的磁化元件，所述信号接收元件包括同平面的至少七个横向磁阻元件，至少三个磁阻元件首尾呈一条直线排列，三个磁阻元件构成的直线的两侧分别设有至少两个磁阻元件，每侧的磁阻元件均匀设置在三个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横向磁阻元件的长边垂直设置的同等数量的竖向磁阻元件，每个横向磁阻元件均包括一个对应的竖向磁阻元件。

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

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开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为本公开实施例1所述的无损检测传感器用磁化元件及其包围的接收元件示意图。

图2为本公开实施例1所述的无损检测传感器用磁化元件的相对的两个线圈的结构示意图。

图3为本公开实施例1所述的三对线圈的极性示意图。

图4为本公开实施例2所述的无损检测传感器的结构示意图。

图5为本公开实施例2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，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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，本申请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所示，本公开实施例1提供了一种无损检测传感器用磁化元件，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通过M3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。

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，如图2所示，相邻两个激励线圈用同一漆包线按相反方向绕置，如图3所示，任意两个相邻线圈的磁极相反，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。

实施例2：

如图4所示，本实施例2提供了一种多功能无损检测传感器，包括信号接收元件和实施例1所述的磁化元件，所述信号接收元件包括同平面的七个横向磁阻元件1，用于实现X方向的磁信号的检测，三个磁阻元件首尾呈一条直线排列，三个磁阻元件构成的直线的两侧分别设有两个磁阻元件，每侧的磁阻元件均匀设置在三个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；

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

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用于放置一个横向磁阻元件和一个竖向磁阻元件，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。

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5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。

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

Claims

1.一种无损检测传感器用磁化元件，其特征在于，包括磁轭板、六个磁芯及对应数量的磁芯和极靴，所述磁轭板为圆形磁轭板，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上表面靠近边缘的位置，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。

2.如权利要求1所述的无损检测传感器用磁化元件，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。

3.如权利要求2所述的无损检测传感器用磁化元件，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.

4.如权利要求1所述的无损检测传感器用磁化元件，其特征在于，尼龙骨架的另一端通过螺钉与极靴固定。

5.如权利要求1所述的无损检测传感器用磁化元件，其特征在于，所述磁轭板、磁芯和极靴的材料均取为Q235钢。

6.如权利要求1所述的无损检测传感器用磁化元件，其特征在于，相邻两个尼龙骨架与圆形磁轭板中心的连线之间的夹角相同，均为60°。

7.一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权利要求1-6任一项所述的磁化元件，所述信号接收元件包括同平面的至少七个横向磁阻元件，至少三个磁阻元件首尾呈一条直线排列，三个磁阻元件构成的直线的两侧分别设有至少两个磁阻元件，每侧的磁阻元件均匀设置在三个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；

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，所述信号接收元件还包括与横向磁阻元件的长边垂直设置的同等数量的竖向磁阻元件，每个横向磁阻元件均包括一个对应的竖向磁阻元件。

9.如权利要求7所述的多功能无损检测传感器，其特征在于，包括七个横向磁阻元件，其中三个磁阻元件首尾呈一条直线排列，直线两侧分别设有两个磁阻元件，两个磁阻元件分别设置在中垂线的两侧，且两个磁阻元件的长边均与中垂线呈45°夹角。