[發明專利]一種可同時測量金屬工件位移及厚度的渦流傳感器及方法

有效

• 申請號: 201710604578.1
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107270808B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 李國民;郝兵杰;白坤;李敏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01B7/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

1.一種可同時測量金屬工件位移及厚度的渦流傳感器，所述渦流傳感器包括主控組件、閉環電流放大器及探頭，所述閉環電流放大器電性連接所述主控組件及所述探頭，其特征在于：

所述主控組件用于產生激勵信號，并將所述激勵信號傳輸給所述閉環電流放大器，所述激勵信號包括高頻信號及低頻信號；所述閉環電流放大器用于將接收到的激勵信號線性轉換為驅動電流，并將所述驅動電流傳輸給所述探頭；其中，低頻信號的頻率ω_l及高頻信號的頻率ω_h分別為：

式中，σ為電導率，μ為磁導率，h_max和h_min分別為最大和最小測量厚度；

所述探頭包括探頭殼體、依次疊加于所述探頭殼體內的信號放大模塊及激勵線圈、以及設置于所述激勵線圈下方的磁傳感器，所述激勵線圈電性連接于所述閉環電流放大器，其用于在所述驅動電流的作用下產生變化磁場，所述變化磁場在待測量的金屬工件表面及內部感應產生電渦流，所述電渦流在空間感應出磁場；所述磁傳感器用于同時感測所述激勵線圈產生的磁場及所述電渦流產生的磁場，并將感測到的磁場信號傳輸給所述信號放大模塊，所述信號放大模塊將接收到的磁場信號進行放大后傳輸到所述主控組件；所述磁傳感器與所述探頭殼體的中心軸間隔預定距離；

所述渦流傳感器通過信號激勵產生同時對位移信息及厚度信息敏感的電渦流分布，通過測量電渦流產生的磁場信息進行位移及厚度的解耦測量；其中，高頻成分的電渦流完全分布于金屬表面，只與金屬位移相關；低頻成分的電渦流分布于金屬的所有厚度處，同時受金屬位移與厚度信息影響；所述激勵信號同時包含低頻信號及高頻信號，從而使得所述渦流傳感器在一次測量中同時得到位移與厚度信息。

2.如權利要求1所述的可同時測量金屬工件位移及厚度的渦流傳感器，其特征在于：所述磁傳感器的數量為兩個，兩個所述磁傳感器相對于所述探頭殼體的中心軸對稱設置。

3.如權利要求1-2任一項所述的可同時測量金屬工件位移及厚度的渦流傳感器，其特征在于：所述磁傳感器為Z向敏感磁傳感器。

4.如權利要求1-2任一項所述的可同時測量金屬工件位移及厚度的渦流傳感器，其特征在于：所述渦流傳感器為疊加結構。

5.一種可同時測量金屬工件位移及厚度的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(11)將權利要求1-4任一項所述的可同時測量金屬工件位移及厚度的渦流傳感器設置于金屬工件的一側，且所述渦流傳感器產生同時包含有低頻信號及高頻信號的激勵信號；

(12)所述渦流傳感器未鄰近金屬工件時，采集預定長度的所述渦流傳感器的輸出信號及電流信號，并截取預定時間內的輸出信號；所述輸出信號的截取是以時域電流信號為基準；所述渦流傳感器鄰近所述金屬工件時，再次采集所述渦流傳感器的輸出信號及電流信號，并對應地截取所述預定時間內的輸出信號，將兩次截取得到的輸出信號進行求差以得到電渦流產生的空間磁場信號；

(13)分別對所述空間磁場信號進行低通及高通濾波，以得到濾波后低頻信號及濾波后高頻信號，并分別將所述濾波后低頻信號及所述濾波后高頻信號的絕對值進行預定長時域積分，以得到低頻積分及高頻積分；

(14)對由步驟(12)-(13)得到的多組已知厚度與位移的金屬工件的測量數據對(d，h)→(C_cL，C_cH)進行多項式擬合，以得到所述渦流傳感器的數學表達式其中，所述測量數據對(d，h)→(C_cL，C_cH)為位移及厚度與低頻積分及高頻積分之間的數據對；其中，C_cL為濾波后低頻信號的積分，簡稱低頻積分；C_cH為濾波后高頻信號的積分，簡稱高頻積分；d表示金屬工件位移；h表示金屬工件的厚度；所述渦流傳感器的數學表達式為高頻積分及低頻積分與位移及厚度之間的關系式；

(15)對任意待測量的金屬工件執行步驟(11)-(13)，以得到對應的低頻積分及高頻積分，并將對應的所述低頻積分及所述高頻積分帶入所述數學表達式中進行反解，以同時測得金屬工件的位移及厚度。