本發明專利技術涉及一種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭及其檢測方法，屬于電磁檢測裝置領域。本發明專利技術包括矩形雙層印刷電路板、平面直角螺旋線圈Ⅰ、平面直角螺旋線圈Ⅱ、平面直角螺旋線圈Ⅲ、平面直角螺旋線圈Ⅳ、TMR磁場傳感器組Ⅰ、TMR磁場傳感器組Ⅱ、TMR磁場傳感器組Ⅲ、TMR磁場傳感器組Ⅳ、一維線形傳感器陣列、跳線Ⅰ、跳線Ⅱ、跳線Ⅲ。本發明專利技術解決了常規線圈式探頭在檢測深層缺陷時靈敏度與空間分辨率無法兼得的問題；本發明專利技術通過使用邏輯開關電路實現不同的檢測方式，可以達到多種檢測目的；克服了常規線圈式探頭對缺陷方向的依賴性；大大提高了檢測效率；克服了常規線圈式探頭對缺陷方向的依賴性；探頭樣式簡潔且方便組裝。
【技術實現步驟摘要】
—種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭及其檢測方法
本專利技術涉及一種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭及其檢測方法，屬于電磁檢測裝置領域。
技術介紹
電渦流檢測是建立在電磁感應原理基礎上的一種常規無損檢測方法。電渦流檢測的原理是:當導體處于變化的磁場中或相對于磁場運動時，導體內部會產生感應電流，電流的流通路徑往往猶如水中的漩渦，因此稱為渦電流或者電渦流，簡稱渦流。渦流的大小、相位及分布受試件的影響，反作用于線圈，使檢測線圈阻抗發生變化，通過測定檢測線圈阻抗變化，就可以獲得被測試件的內部結構、材質分布、是否存在缺陷以及試件與線圈的耦合情況等信息。若保持系統的若干參數不變，就可以對另外一些參數做出評估。常規渦流檢測一般使用線圈式檢測探頭，線圈式探頭適合檢測導體材料中深度較淺、尺寸較大的缺陷，缺點是低頻性能較差，降低激勵頻率會導致探頭靈敏度大幅減弱，這意味著線圈式探頭不適合檢測深層微小缺陷。另外，在常規渦流檢測中，線圈式探頭一般在沿著能明顯切斷渦流流通路徑的方向上掃描時才可以有效檢出缺陷，而且通常只使用單個探頭進行檢測，這些因素都不同程度地制約了渦流檢測系統效率的提高。 本專利技術選用最新一代磁場傳感器-隧穿磁阻(Tunneling Magnetoresistance, TMR)傳感器作為檢測探頭陣列單元。TMR磁場傳感器與巨磁電阻(Giant MagnetoResistance, GMR)傳感器相比，在更微弱的磁場下就能獲得顯著的電阻改變，可以利用其研制和開發更多適用于各種場合的高性能新式探頭。
技術實現思路
針對上述現有技術，為解決探頭不適合檢測深層微小缺陷、傳統的單一渦流檢測探頭檢測效率較低、常規線圈式探頭在檢測深層缺陷時靈敏度與空間分辨率無法兼得、常規線圈式探頭對缺陷方向的依賴性的問題，本專利技術提供了一種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭及其檢測方法。 本專利技術的技術方案是:一種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭，包括矩形雙層印刷電路板1、平面直角螺旋線圈I 2、平面直角螺旋線圈II 3、平面直角螺旋線圈1114、平面直角螺旋線圈IV 5、TMR磁場傳感器組I 6、TMR磁場傳感器組II 7、TMR磁場傳感器組III 8、TMR磁場傳感器組IV 9、一維線形傳感器陣列10、跳線I 11、跳線II 12、跳線III 13 ；所述矩形雙層印刷電路板1為檢測探頭的基底，利用其上、下兩層的外表面和兩層間的接合面布置檢測探頭的部件；所述矩形雙層印刷電路板1上層外表面:使用印刷電路板制作工藝，按照四象限的分布形式將平面直角螺旋線圈I 2、平面直角螺旋線圈II 3、平面直角螺旋線圈III 4、平面直角螺旋線圈IV 5等間隔地印刷在矩形雙層印刷電路板1上層外表面；其中，平面直角螺旋線圈每匝導線線寬相等，相鄰平面直角螺旋線圈間距相同，相鄰兩個平面直角螺旋線圈導線繞行方向相反，對角兩個平面直角螺旋線圈導線繞行方向相同，4個平面直角螺旋線圈的內外端點各有一個焊點，分別為a、b, c、d, e、f, g、h,并引出抽頭；所述矩形雙層印刷電路板1下層外表面:矩形雙層印刷電路板1下層外表面在對應基底上層外表面4個平面直角螺旋線圈各自中心位置分別放置TMR磁場傳感器組I 6、TMR磁場傳感器組II 7、TMR磁場傳感器組III 8、TMR磁場傳感器組IV 9 ;其中，每組TMR磁場傳感器包含3枚兩兩相互垂直且感應軸方向與激勵磁場方向垂直的TMR磁場傳感器，共需12枚TMR磁場傳感器；在中心軸上放置一組5枚TMR磁場傳感器組成的一維線形傳感器陣列10 ；其中，5枚TMR磁場傳感器間距相等，感應軸方向相同且垂直于線圈對稱軸，幾何中心成一條直線且與線圈對稱軸重合，中間一枚位于基底幾何中心；所述矩形雙層印刷電路板1兩層接合面上層:設置跳線I 11、跳線II 12、跳線III13，分別連接焊點a和h、d和e、g和f ;每個平面直角螺旋線圈的內外端點處的焊點，分別引出抽頭，并行連接到邏輯開關電路，再與激勵信號源相連；4個平面直角螺旋線圈中心位置對應的4組TMR磁場傳感器組輸出信號引腳并行連接到邏輯開關電路，再與信號采集裝置的低通濾波器相連；組成一維線形陣列的5枚TMR磁場傳感器輸出信號引腳并行連接到邏輯開關電路，再與信號采集裝置的低通濾波器相連；檢測探頭各部件的連接線全部集成在矩形雙層印刷電路板1上；TMR磁場傳感器電源引腳Vcc與3V穩壓直流電源相連，接地引腳GND與檢測系統公共接地端相連。 所述信號采集裝置包括低通濾波器、功率放大器、數據采集卡三部分，三者依次連接，數據采集卡的輸出端與上位機連接，激勵信號源、邏輯開關電路、數據采集卡、上位機分別與控制器相連。 一種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭的檢測方法，根據被測對象的實際情況和檢測要求確定檢測方式分別為單象限循環單傳感器組方式、四象限全時四傳感器組方式、四象限全時線形陣列方式:如果為單象限循環單傳感器組方式:按照平面直角螺旋線圈I 2、平面直角螺旋線圈 II3、平面直角螺旋線圈III4、平面直角螺旋線圈IV 5的循環順序，控制激勵信號源給相應的平面直角螺旋線圈加載激勵信號，使用渦流檢測探頭對被測對象進行掃描且渦流檢測探頭中的對應被激勵線圈中心位置的一組TMR磁場傳感器對擾動磁場的幅值進行測量后輸出對應TMR磁場傳感器組的信號，信號采集裝置采集TMR磁場傳感器的輸出信號發送給上位機進行分析，得到被測對象缺陷的相關參數，實現缺陷的定量化評估。這種方式能對以檢測探頭為中心區域內的缺陷進行精細檢測準確給出缺陷的相關參數，以便對被測對象進行定量化評估，同時可根據需要實時改變加載的激勵信號的平面直角螺旋線圈，對相應區域進行重點檢測，使用方便靈活。 如果為四象限全時四傳感器組方式:3條跳線I 11、跳線III 13、跳線II 12連接平面直角螺旋線圈的內外端點a和h、g和f、e和d，按照平面直角螺旋線圈I 2、平面直角螺旋線圈IV 5、平面直角螺旋線圈III 4、平面直角螺旋線圈II 3的順序連接相鄰兩個平面直角螺旋線圈中前一個線圈的內端點與后一個線圈的外端點，不連接平面直角螺旋線圈I 2的外端點b和平面直角螺旋線圈II 3的內端點c，于是4個平面直角螺旋線圈由3條跳線首尾連接構成統一的激勵線圈，控制激勵信號源在b和C兩點給激勵線圈加載激勵信號，使用渦流檢測探頭對被測對象進行掃描且渦流檢測探頭中的四組TMR磁場傳感器同時對擾動磁場的幅值進行測量后輸出四組TMR磁場傳感器的信號，信號采集裝置采集TMR磁場傳感器的輸出信號發送給上位機進行分析，得到被測對象缺陷的相關參數。這種檢測方式可同時對4個線圈對應的范圍進行全面檢測，相對位置分布較合適的4組TMR磁場傳感器可以對擾動磁場進行全面地測量，因此適合應用于對試件進行快速大面積掃查，并給出缺陷范圍和相關參數；在高頻激勵下可以較準確的得到被測材料表面的平整度和檢測探頭提離等信息，抑制了被測對象形狀不規則或內部物理特性變化不均勻引起的信號差異，適合對焊接區進行檢測。 如果為四象限全時線形陣列方式:3條跳線I 11、跳線III 13、跳線II 12連接平面直角螺旋線圈的內外端點a和h、g本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭，其特征在于：包括矩形雙層印刷電路板（1）、平面直角螺旋線圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋線圈Ⅱ（3）、平面直角螺旋線圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋線圈Ⅳ（5）、TMR磁場傳感器組Ⅰ（6）、TMR磁場傳感器組Ⅱ（7）、TMR磁場傳感器組Ⅲ（8）、TMR磁場傳感器組Ⅳ（9）、一維線形傳感器陣列（10）、跳線Ⅰ（11）、跳線Ⅱ（12）、跳線Ⅲ（13）；所述矩形雙層印刷電路板（1）為檢測探頭的基底，利用其上、下兩層的外表面和兩層間的接合面布置檢測探頭的部件；所述矩形雙層印刷電路板（1）上層外表面：使用印刷電路板制作工藝，按照四象限的分布形式將平面直角螺旋線圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋線圈Ⅱ（3）、平面直角螺旋線圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋線圈Ⅳ（5）等間隔地印刷在矩形雙層印刷電路板（1）上層外表面；其中，平面直角螺旋線圈每匝導線線寬相等，相鄰平面直角螺旋線圈間距相同，相鄰兩個平面直角螺旋線圈導線繞行方向相反，對角兩個平面直角螺旋線圈導線繞行方向相同，4個平面直角螺旋線圈的內外端點各有一個焊點，分別為a、b，c、d，e、f，g、h，并引出抽頭；所述矩形雙層印刷電路板（1）下層外表面：矩形雙層印刷電路板（1）下層外表面在對應基底上層外表面4個平面直角螺旋線圈各自中心位置分別放置TMR磁場傳感器組Ⅰ（6）、TMR磁場傳感器組Ⅱ（7）、TMR磁場傳感器組Ⅲ（8）、TMR磁場傳感器組Ⅳ（9）；其中，每組TMR磁場傳感器包含3枚兩兩相互垂直且感應軸方向與激勵磁場方向垂直的TMR磁場傳感器，共需12枚TMR磁場傳感器；在中心軸上放置一組5枚TMR磁場傳感器組成的一維線形傳感器陣列（10）；其中，5枚TMR磁場傳感器間距相等，感應軸方向相同且垂直于線圈對稱軸，幾何中心成一條直線且與線圈對稱軸重合，中間一枚位于基底幾何中心；所述矩形雙層印刷電路板（1）兩層接合面上層：設置跳線Ⅰ（11）、跳線Ⅱ（12）、跳線Ⅲ（13），分別連接焊點a和h、d和e、g和f；每個平面直角螺旋線圈的內外端點處的焊點，分別引出抽頭，并行連接到邏輯開關電路，再與激勵信號源相連；4個平面直角螺旋線圈中心位置對應的4組TMR磁場傳感器組輸出信號引腳并行連接到邏輯開關電路，再與信號采集裝置的低通濾波器相連；組成一維線形陣列的5枚TMR磁場傳感器輸出信號引腳并行連接到邏輯開關電路，再與信號采集裝置的低通濾波器相連；檢測探頭各部件的連接線全部集成在矩形雙層印刷電路板（1）上；TMR磁場傳感器電源引腳Vcc與3V穩壓直流電源相連，接地引腳GND與檢測系統公共接地端相連。...
【技術特征摘要】
1.一種基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭，其特征在于:包括矩形雙層印刷電路板(I)、平面直角螺旋線圈I (2)、平面直角螺旋線圈II (3)、平面直角螺旋線圈111(4)、平面直角螺旋線圈IV (5)、TMR磁場傳感器組I (6)、TMR磁場傳感器組II (7)、TMR磁場傳感器組111(8)、TMR磁場傳感器組IV(9)、一維線形傳感器陣列(10)、跳線I (11)、跳線II (12)、跳線III (13)； 所述矩形雙層印刷電路板(I)為檢測探頭的基底，利用其上、下兩層的外表面和兩層間的接合面布置檢測探頭的部件； 所述矩形雙層印刷電路板(I)上層外表面:使用印刷電路板制作工藝，按照四象限的分布形式將平面直角螺旋線圈I (2)、平面直角螺旋線圈II (3)、平面直角螺旋線圈111(4)、平面直角螺旋線圈IV(5)等間隔地印刷在矩形雙層印刷電路板(I)上層外表面；其中，平面直角螺旋線圈每匝導線線寬相等，相鄰平面直角螺旋線圈間距相同，相鄰兩個平面直角螺旋線圈導線繞行方向相反，對角兩個平面直角螺旋線圈導線繞行方向相同，4個平面直角螺旋線圈的內外端點各有一個焊點，分別為a、b, C、d, e、f, g、h,并引出抽頭； 所述矩形雙層印刷電路板(I)下層外表面:矩形雙層印刷電路板(I)下層外表面在對應基底上層外表面4個平面直角螺旋線圈各自中心位置分別放置TMR磁場傳感器組I (6)、TMR磁場傳感器組II (7 )、TMR磁場傳感器組III (8 )、TMR磁場傳感器組IV (9 );其中，每組TMR磁場傳感器包含3枚兩兩相互垂直且感應軸方向與激勵磁場方向垂直的TMR磁場傳感器，共需12枚TMR磁場傳感器；在中心軸上放置一組5枚TMR磁場傳感器組成的一維線形傳感器陣列(10);其中，5枚TMR磁場傳感器間距相等，感應軸方向相同且垂直于線圈對稱軸，幾何中心成一條直線且與線圈對稱軸重合，中間一枚位于基底幾何中心； 所述矩形雙層印刷電路板(I)兩層接合面上層:設置跳線I (11)、跳線II (12)、跳線III(13),分別連接焊點a和h、d和e、g和f ; 每個平面直角螺旋線圈的內外端點處的焊點，分別引出抽頭，并行連接到邏輯開關電路，再與激勵信號源相連；4個平面直角螺旋線圈中心位置對應的4組TMR磁場傳感器組輸出信號引腳并行連接到邏輯開關電路，再與信號采集裝置的低通濾波器相連；組成一維線形陣列的5枚TMR磁場傳感器輸出信號引腳并行連接到邏輯開關電路，再與信號采集裝置的低通濾波器相連；檢測探頭各部件的連接線全部集成在矩形雙層印刷電路板(I)上；TMR磁場傳感器電源引腳Vcc與3V穩壓直流電源相連，接地引腳GND與檢測系統公共接地端相連。2.根據權利要求1所述的基于TMR磁場傳感器陣列的渦流檢測探頭，其特征在于:所述信號采集裝置包括低通濾波器、功率放大器、數據采集卡三部分，三者依次連接，數...
【專利技術屬性】
技術研發人員：葉波，李鳴，陳飛，楊春曦，畢貴紅，陳仕龍，曾芳，
申請(專利權)人：昆明理工大學，
類型：發明
國別省市：云南;53
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