[發(fā)明專利]裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器、探頭及應用方法

在審

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• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN115015379A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉麗輝;董燈;潘孟春;陳棣湘;馬浩;任遠;胡佳飛;張琦;唐鶯;王曉明;邱曉天;章卓;楊清欽
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01N27/90
• 分類號: G01N27/90
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發(fā)明公開了一種裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器、探頭及應用方法，本發(fā)明裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器包括支撐結構、上層激勵線圈、下層激勵線圈以及TMR磁敏感元件，上層激勵線圈、下層激勵線圈兩者均為平面線圈，且上層激勵線圈、下層激勵線圈兩者平行布置并分別對稱固定在支撐結構上，TMR磁敏感元件布置于上層激勵線圈、下層激勵線圈之間，且TMR磁敏感元件的測量方向與上層激勵線圈、下層激勵線圈中心連線重合。本發(fā)明能有效檢測表征金屬表面裂紋深度的特征信息，具有信噪比高、靈敏度高且靈敏度對不隨激勵頻率變化的特點，同時具有結構簡單，制造方便的優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬構件的裂紋深度檢測技術，具體涉及一種裂紋深度檢測用平面線圈/TMR(Tunnel Magneto Resistance)復合的電磁傳感器、探頭及應用方法。

背景技術

金屬構件在使用中受到交變的應力作用，其表面和內部易形成裂紋。裂紋產生于金屬構件全壽命周期，難以預測。金屬的失效過程是由裂紋萌生、亞穩(wěn)擴展和失穩(wěn)擴展組成，其中亞太擴展過程占很大比例，是決定金屬失效過程的重要組成部分。在裂紋萌生期通過技術手段有效檢測出裂紋并及時進行技術修復對于延長金屬零構件的使用壽命具有極為重要的意義。目前，重要金屬部件的裂紋修復主要方法為焊補，焊補前需知道裂紋形狀尺寸、深度等參數，裂紋形狀尺寸易通過檢測獲得，而裂紋深度的定量檢測手段卻比較缺乏。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器、探頭及應用方法，本發(fā)明能有效檢測表征金屬表面裂紋深度的特征信息，具有信噪比高、靈敏度高且靈敏度對不隨激勵頻率變化的特點，同時具有結構簡單，制造方便的優(yōu)點。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器，包括支撐結構、上層激勵線圈、下層激勵線圈以及TMR磁敏感元件，所述上層激勵線圈、下層激勵線圈兩者均為平面線圈，且所述上層激勵線圈、下層激勵線圈兩者平行布置并分別對稱固定在支撐結構上，所述TMR磁敏感元件布置于上層激勵線圈、下層激勵線圈之間，且所述TMR磁敏感元件的測量方向與上層激勵線圈、下層激勵線圈中心連線重合。

可選地，所述上層激勵線圈、下層激勵線圈之間串聯(lián)反接，使得輸入的激勵信號為正弦交變電流時上層激勵線圈、下層激勵線圈在中心連線方向激勵出大小相等、方向相反的激勵磁場。

可選地，所述支撐結構為圓柱狀結構。

可選地，所述上層激勵線圈、下層激勵線圈為從圓心向外發(fā)散的螺旋線狀，且其圓心分別與支撐結構的圓形端面的圓心相互重合。

可選地，所述上層激勵線圈、下層激勵線圈與支撐結構的圓形端面采用膠水粘合固定。

可選地，所述支撐結構為3D打印制成。

一種用于裂紋深度檢測探頭，包括外殼和安裝在外殼內的裂紋深度檢測傳感器，所述裂紋深度檢測傳感器為前述的裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器。

所述外殼內還設有前置放大電路單元，所述前置放大電路單元串接在裂紋深度檢測傳感器的輸出端。

所述外殼內還設有用于生成正弦交變電流的正弦交變電流發(fā)生器，所述正弦交變電流發(fā)生器的輸出端與上層激勵線圈、下層激勵線圈相連。

一種前述的裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器的應用方法，包括：1)往上層激勵線圈、下層激勵線圈輸入為正弦交變電流的激勵信號，使得上層激勵線圈、下層激勵線圈在中心連線方向激勵出大小相等、方向相反的激勵磁場；2)將裂紋深度檢測用平面線圈/TMR復合的電磁傳感器貼合被檢測金屬構件的表面，檢測TMR磁敏感元件的輸出信號幅值，根據TMR磁敏感元件的輸出信號幅值查詢預設的輸出信號幅值-裂紋深度映射表，得到被檢測金屬構件表面的裂紋深度。