一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法，检测探头由激励线圈绕制在U型磁轭上构成励磁器；提离检测线圈是由柔性电路板上的PCB线圈构成，提离检测线圈设在U型磁轭的两个脚上；巴克豪森信号检测线圈是由漆包线绕制而成的空心线圈，设在U型磁轭的中间，检测的巴克豪森信号经过放大、高通滤波、A/D采样，最终由PC进行保存和处理。提离检测方法采用提离检测线圈和谐振电容的LC并联谐振，基于电涡流效应，通过测量等效并联阻抗Rp和电感L的变化来测量提离距离。由于克服了提离效应，检测线圈测量的巴克豪森信号准确度更高。

A Barkhausen Signal Detection Probe with Lift Distance Measurement and Its Measurement Method

The invention discloses a Barkhausen signal detection probe with lift-off distance measurement and a measurement method. The detection probe consists of an exciter wound by an excitation coil on a U-yoke; the lift-off detection coil consists of a PCB coil on a flexible circuit board, and the lift-off detection coil is arranged on two feet of the U-yoke; the Barkhausen signal detection coil is a hollow wire wound by an enamelled wire. The circle is located in the middle of the U yoke. The detected Barkhausen signal is stored and processed by PC after amplification, high pass filtering and A/D sampling. The lift-off detection method uses L C parallel resonance of lift-off detection coil and resonant capacitor. Based on eddy current effect, the lift-off distance is measured by measuring the change of equivalent parallel impedance Rp and inductance L. Because the lifting-off effect is overcome, the Barkhausen signal measured by the detection coil is more accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法
本专利技术涉及一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法，同时集成巴克豪森信号检测和提离距离测量，用于铁磁性材料应力和机械性能的检测。
技术介绍
铁磁性材料作为生产制造和工程的重要材料，针对铁磁性材料应力和机械性能的检测至关重要。传统的检测技术主要有X射线衍射法、金相分析等，但是在检测过程中会对材料造成磨损或破坏，且存在操作困难、测量精度低等问题，限制了其在工程中的应用。磁巴克豪森噪声检测法作为一种新的无损检测方法，已经在研究和工程中得到应用。磁巴克豪森噪声信号反映了铁磁性材料内部磁畴的不可逆变化和运动情况。由于磁畴结构的变化和运动与材料的微观组织和应力状态密切相关，所以可以将其用于材料内部应力和机械性能的检测与评价。由于巴克豪森信号受提离效应影响，即变化的电磁场作用在铁磁性材料上，材料内产生磁巴克豪森信号大小会随着变化电磁场与导体的距离改变而变化。所以针对提离距离进行检测，可以有效地提高巴克豪森信号检测的精度，从而更精确地检测材料内部应力和机械性能。巴克豪森检测探头的提离距离在毫米到厘米级别，需要非常高的检测精度。目前，使用超声波或者红外测距的检测距离方法，受坏境影响较大，例如污垢、灰尘等，且存在测量精度低、存在测量盲区等问题。本专利技术提出一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法，实现了检测巴克豪森信号的同时测量探头的提离距离，测量的精度在微米级别(远超传统距离检测方法)，可以有效地补偿或克服提离距离对巴克豪森信号的影响。相比传统的单一巴克豪森检测探头，能够精确地测量巴克豪森信号。专利
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是设计一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法，相比单一的巴克豪森信号检测探头，能够克服提离距离对巴克豪森信号的影响，具有测量准确、操作方便的优点。技术方案：一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头，包括U型磁轭、激励线圈、提离检测线圈和巴克豪森信号检测线圈；由激励线圈绕制在U型磁轭上构成励磁器；提离检测线圈是由柔性电路板上的PCB线圈构成，提离检测线圈设在U型磁轭的两个脚上；巴克豪森信号检测线圈是由漆包线绕制而成的空心线圈，设在U型磁轭的中间，检测的巴克豪森信号经过放大、高通滤波、A/D采样，最终由PC进行保存和处理。所述提离检测线圈是由柔性电路板上的PCB线圈构成，放置在U型磁轭的两个脚上；或者由漆包线绕制的线圈构成，放置在U型磁轭的两个脚边上。一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头的测量方法，采用提离检测线圈和电容LC并联谐振，基于电涡流效应，通过测量等效并联阻抗Rp和电感L的变化来测量提离距离。由于克服了提离效应，测量的巴克豪森信号准确度更高。测量提离距离流程如下：步骤1：[扫频]使用直接数字式频率合成器(DDS芯片)，输出可变频率的正弦波，使得LC并联谐振电路一直处于谐振状态；步骤2：[测频]通过定时器测量谐振频率，从而间接计算得到电感值L；步骤3：[测阻抗]测量电感电容LC谐振电路的阻抗；步骤4：[数据拟合]由于等效并联阻抗、电感和提离距离不是严格的线性关系，所以要进行数据的非线性拟合，再对需要检测的不同铁磁性材料建立模型库。有益效果：与现有技术相比，本专利技术提供的带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头及测量方法，具有如下优点：1.本探头集成巴克豪森信号检测和提离距离测量。2.通过提离距离的检测，可以克服提离对巴克豪森信号的影响。3.基于电涡流效应，提离距离的检测不受油垢、灰尘影响。4.提离距离的测量精度在微米级别。5.针对需要的板材进行数据库建模，可以检测所有铁磁性材料的提离距离及巴克豪森信号。附图说明图1是带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头装置示意图；图2是提离测量线圈安装的另一种方式图；图3是提离距离测量模型示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术设计的一种同时集成巴克豪森信号检测和提离距离测量的检测探头，装置示意图如图1所示。由激励线圈绕制在U型磁轭上构成励磁器，可以产生交变的磁场。提离检测线圈是由柔性电路板(FPC)上的PCB线圈构成，FPC线圈可以做得很薄，可以放置于U型磁轭两个脚上。检测线圈是由漆包线绕制而成的空心线圈，放置在U型磁轭的中间，检测的巴克豪森信号经过放大、高通滤波、A/D采样，最终由PC进行保存和处理。如果提离检测线圈是漆包线绕制的线圈，可以放在磁轭边上，如图2所示。本专利技术基于电涡流效应来测量提离距离。当线圈中通有交变电流时，线圈周围会产生一个交变磁场，置于磁场中的导体会产生电涡流，电涡流会产生一个新的磁场，且方向与原磁场相反，所以会抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗和电感值发生变化。所以测量提离距离，可以通过测量有效阻抗和电感值。由于铁磁性材料在电感电容LC并联谐振附近会影响原电磁场，涡流损耗的变化可以等效于等效并联谐振阻抗Rp，线圈电感量L的变化可以等效于谐振频率的变化。本专利技术经过实验发现，等效并联谐振阻抗Rp适用于测量距离大的情况，电感量L适用于测量距离较小的情况，由于提离距离一般都在毫米到厘米级，所以可以用电感量L结合等效并联谐振阻抗Rp进行测量。等效并联谐振阻抗Rp对温度比较敏感，电感量L相对稳定，所以在距离拟合的时候，电感量的权重会高于等效并联谐振阻抗。探头内集成的提离检测电路和提离检测线圈的连接方法如图3所示，提离检测线圈上并联谐振电容C，单片机/DSP通过检测频率、阻抗来控制DDS芯片驱动LC谐振电路，测量提离距离的步骤如下：步骤1：[扫频]使用单片机/DSP控制直接数字式频率合成器(DDS芯片)，输出可变频率的正弦波，使得LC并联谐振电路一直处于谐振状态。单片机/DSP采集提离检测线圈的电压，当电压最大的时候，说明LC处于谐振状态，此时单片机/DSP控制DDS输出该频率正弦波。步骤2：[测频]通过单片机/DSP的定时器测量提离检测线圈上的谐振频率，从而间接计算得到电感值L，如公式(1)所示。其中，f为提离检测线圈的谐振频率，C为谐振电容的容值，π为圆周率。步骤3：[测阻抗]测量电感电容LC谐振电路的阻抗。通过串联在LC回路中的电流采样电阻和运算放大器将电流信号转换成电压信号，用单片机/DSP采样采样电阻的电压信号，得到准确的电流值，通过LC谐振回路的电压V和电流I，计算得到LC谐振电路的等效阻抗Rp，如公式(2)所示。步骤4：[数据拟合]由于等效并联阻抗、电感L和提离距离不是严格的线性关系，所以要进行数据的非线性拟合，再对需要检测的不同铁磁性材料建立模型库。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头，其特征在于：包括U型磁轭、激励线圈、提离检测线圈和巴克豪森信号检测线圈；由激励线圈绕制在U型磁轭上构成励磁器；提离检测线圈是由柔性电路板上的PCB线圈构成，提离检测线圈设在U型磁轭的两个脚上；巴克豪森信号检测线圈是由漆包线绕制而成的空心线圈，设在U型磁轭的中间，检测的巴克豪森信号经过放大、高通滤波、A/D采样，最终由PC进行保存和处理。

【技术特征摘要】
1.一种带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头，其特征在于：包括U型磁轭、激励线圈、提离检测线圈和巴克豪森信号检测线圈；由激励线圈绕制在U型磁轭上构成励磁器；提离检测线圈是由柔性电路板上的PCB线圈构成，提离检测线圈设在U型磁轭的两个脚上；巴克豪森信号检测线圈是由漆包线绕制而成的空心线圈，设在U型磁轭的中间，检测的巴克豪森信号经过放大、高通滤波、A/D采样，最终由PC进行保存和处理。2.如权利要求1所述的带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头，其特征在于：将提离检测线圈由柔性电路板上的PCB线圈构成改成提离检测线圈是由漆包线绕制的线圈，则将提离检测线圈设在U型磁轭的两个脚边上。3.如权利要求1所述的带提离距离测量的巴克豪森信号检测探头，其特征在于：探头内集成的提离检测电路和提离检测线圈的连接方式为：提离检测线圈上并联谐振电容C，单片机/DSP通过检测提离检测线圈的谐振频率、阻抗来控制DDS芯片驱动LC谐振电路。4.一种带提离距离测量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭成，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32