[發明專利]一種基于電磁感應的信號采集裝置及其制作、使用方法

在審

• 申請號: 201410847784.1
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104569874A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 肖謐;孫國亮;李曉政;雷志春
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01R3/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明涉及電子信息采集技術，用于檢測可導電材料從表面到內部的物理特性。

背景技術

根據電磁場理論，變化的電場可以產生磁場，變化的磁場可以產生電場。而電磁感應正是基于電場與磁場之間的相互轉化。電磁感應在電工、電子技術、電氣化、自動化方面都有著廣泛應用。當給定一個線圈時，在線圈上通以交變電流，會引起線圈附近磁場的變化；同樣，如果線圈周圍的磁場發生變化，通過線圈的磁通量就會發生變化，在線圈上就會產生感應電動勢，感應電動勢的大小與線圈所處環境有關，可通過電子技術進行采集，從而達到信號采集的目的。當把加載有交變電流的線圈放在導電材料附近時，可由于線圈與導電材料的電磁感應，使導電材料本身一些特性，如電阻率的高低、內部是否存在有裂縫等缺陷得以反映。當加載的交變電流的頻率較高時，由于趨膚效應，可以反映導電材料表面的信息；當加載的交變電流的頻率較低時，可以使電磁信號深入到導電材料內部，并反映出導電材料內部的信息。

發明內容

為了實現對導電材料從表面到內部物理特性的檢測，本發明提出了一種基于電磁感應的信號采集裝置及其制作方法，作為新的基于電磁感應的信號采集方案，當在梯度儀上加載一定頻率的信號時，會在周圍的導體產生電磁感應，并對感應的磁場產生響應。響應信號與導體的物理狀態有關，而且加載信號頻率的不同，響應信號所反映的導體的深度也不同。當加載的信號是從低頻到高頻的掃頻信號時，就可實現對被測物體從內部到表面的檢測。

本發明提出了一種基于電磁感應的信號采集裝置，該裝置的基本結構包括三組線圈，即一組初級線圈3和兩組次級線圈；其中所述次級線圈包括第一次級線圈41和第二次級線圈42；所述第一次級線圈41和第二次級線圈42分別位于初級線圈3的兩側等距離的位置，且與初級線圈3平行，而且第一次級線圈41與第二次級線圈42的纏繞方向相反、匝數相同、首尾相接；

當把上述裝置放置于可導電的待檢測材料附近時，初級線圈產生一個感生磁場，待檢測材料在所述感生磁場的作用下，產生渦電流；所述渦電流形成一個次級磁場，所述次級磁場在周圍的金屬線圈中形成感應，在兩組次級線圈中形成一個附加的感生電動勢。

當所述裝置用于低頻時，在靠近所述第一次級線圈41處還設置有磁阻抗傳感器8，形成一種改進結構。為了保證所述磁阻抗傳感器的工作狀態，需要在次級線圈中通以直流電，為磁阻抗傳感器提供磁場工作點。

本發明還提出了一種基于電磁感應的信號采集裝置的制作方法，該方法包括以下步驟：

選用絕緣柱形材料，在上面等距繞制三組線圈，其中初級線圈位于中間，第一次級線圈(41)和第二次級線圈(42)分別位于兩側。

本發明再提出了一種基于電磁感應的信號采集裝置實現的物體探測使用方法，該方法包括以下步驟：

將所述基于電磁感應的信號采集裝置放置于待檢測可導電的待檢測材料附近；

當該裝置在激勵信號的頻率高于2kHz下工作時，在初級線圈產生的初級磁場作用下，在待檢測物體中產生渦電流；渦電流也形成一個次級磁場；該次級磁場在兩組次級線圈中都會形成一個附加的感生電動勢；

當該裝置在激勵信號的頻率低于2kHz下工作時，磁阻抗傳感器開始工作，同時次級線圈為磁阻抗傳感器提供磁場工作點；此時，初級線圈上加載的交變信號在待檢測材料中產生渦電流，該渦電流形成的磁場會被磁阻抗傳感器檢測到，引起其阻抗的變化；通過對磁阻抗傳感器阻抗的檢測，得到待檢測材料性狀的信息。

與現有技術相比，本發明可實現對周圍磁場梯度變化的檢測，通過改變信號的頻率，能夠實現在不同深度進行測量。

附圖說明

圖1為本發明的基于電磁感應的信號采集裝置的基本結構示意圖；其中：1、感生磁場；2、渦電流；3、初級線圈；4、次級線圈；5、初級磁場；

圖2為本發明的基于電磁感應的信號采集裝置的制作過程示意圖；其中：6、次級線圈纏繞位置；7、初級線圈纏繞位置；

圖3為本發明的用于低頻的基于電磁感應的信號采集裝置改進結構示意圖；其中：8、磁阻抗傳感器；3、初級線圈；41、第一次級線圈；42、第二次級線圈；9、待測導體。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明，但本發明的實施范圍并不局限于此。