本发明专利技术涉及一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头及其检测方法，属于电磁检测装置领域。本发明专利技术包括矩形双层印刷电路板、平面直角螺旋线圈Ⅰ、平面直角螺旋线圈Ⅱ、平面直角螺旋线圈Ⅲ、平面直角螺旋线圈Ⅳ、TMR磁场传感器组Ⅰ、TMR磁场传感器组Ⅱ、TMR磁场传感器组Ⅲ、TMR磁场传感器组Ⅳ、一维线形传感器阵列、跳线Ⅰ、跳线Ⅱ、跳线Ⅲ。本发明专利技术解决了常规线圈式探头在检测深层缺陷时灵敏度与空间分辨率无法兼得的问题；本发明专利技术通过使用逻辑开关电路实现不同的检测方式，可以达到多种检测目的；克服了常规线圈式探头对缺陷方向的依赖性；大大提高了检测效率；克服了常规线圈式探头对缺陷方向的依赖性；探头样式简洁且方便组装。
【技术实现步骤摘要】
—种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头及其检测方法
本专利技术涉及一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头及其检测方法，属于电磁检测装置领域。
技术介绍
电涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种常规无损检测方法。电涡流检测的原理是:当导体处于变化的磁场中或相对于磁场运动时，导体内部会产生感应电流，电流的流通路径往往犹如水中的漩涡，因此称为涡电流或者电涡流，简称涡流。涡流的大小、相位及分布受试件的影响，反作用于线圈，使检测线圈阻抗发生变化，通过测定检测线圈阻抗变化，就可以获得被测试件的内部结构、材质分布、是否存在缺陷以及试件与线圈的耦合情况等信息。若保持系统的若干参数不变，就可以对另外一些参数做出评估。常规涡流检测一般使用线圈式检测探头，线圈式探头适合检测导体材料中深度较浅、尺寸较大的缺陷，缺点是低频性能较差，降低激励频率会导致探头灵敏度大幅减弱，这意味着线圈式探头不适合检测深层微小缺陷。另外，在常规涡流检测中，线圈式探头一般在沿着能明显切断涡流流通路径的方向上扫描时才可以有效检出缺陷，而且通常只使用单个探头进行检测，这些因素都不同程度地制约了涡流检测系统效率的提高。 本专利技术选用最新一代磁场传感器-隧穿磁阻(Tunneling Magnetoresistance, TMR)传感器作为检测探头阵列单元。TMR磁场传感器与巨磁电阻(Giant MagnetoResistance, GMR)传感器相比，在更微弱的磁场下就能获得显著的电阻改变，可以利用其研制和开发更多适用于各种场合的高性能新式探头。
技术实现思路
针对上述现有技术，为解决探头不适合检测深层微小缺陷、传统的单一涡流检测探头检测效率较低、常规线圈式探头在检测深层缺陷时灵敏度与空间分辨率无法兼得、常规线圈式探头对缺陷方向的依赖性的问题，本专利技术提供了一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头及其检测方法。 本专利技术的技术方案是:一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，包括矩形双层印刷电路板1、平面直角螺旋线圈I 2、平面直角螺旋线圈II 3、平面直角螺旋线圈1114、平面直角螺旋线圈IV 5、TMR磁场传感器组I 6、TMR磁场传感器组II 7、TMR磁场传感器组III 8、TMR磁场传感器组IV 9、一维线形传感器阵列10、跳线I 11、跳线II 12、跳线III 13 ；所述矩形双层印刷电路板1为检测探头的基底，利用其上、下两层的外表面和两层间的接合面布置检测探头的部件；所述矩形双层印刷电路板1上层外表面:使用印刷电路板制作工艺，按照四象限的分布形式将平面直角螺旋线圈I 2、平面直角螺旋线圈II 3、平面直角螺旋线圈III 4、平面直角螺旋线圈IV 5等间隔地印刷在矩形双层印刷电路板1上层外表面；其中，平面直角螺旋线圈每匝导线线宽相等，相邻平面直角螺旋线圈间距相同，相邻两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相反，对角两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相同，4个平面直角螺旋线圈的内外端点各有一个焊点，分别为a、b, c、d, e、f, g、h,并引出抽头；所述矩形双层印刷电路板1下层外表面:矩形双层印刷电路板1下层外表面在对应基底上层外表面4个平面直角螺旋线圈各自中心位置分别放置TMR磁场传感器组I 6、TMR磁场传感器组II 7、TMR磁场传感器组III 8、TMR磁场传感器组IV 9 ;其中，每组TMR磁场传感器包含3枚两两相互垂直且感应轴方向与激励磁场方向垂直的TMR磁场传感器，共需12枚TMR磁场传感器；在中心轴上放置一组5枚TMR磁场传感器组成的一维线形传感器阵列10 ；其中，5枚TMR磁场传感器间距相等，感应轴方向相同且垂直于线圈对称轴，几何中心成一条直线且与线圈对称轴重合，中间一枚位于基底几何中心；所述矩形双层印刷电路板1两层接合面上层:设置跳线I 11、跳线II 12、跳线III13，分别连接焊点a和h、d和e、g和f ;每个平面直角螺旋线圈的内外端点处的焊点，分别引出抽头，并行连接到逻辑开关电路，再与激励信号源相连；4个平面直角螺旋线圈中心位置对应的4组TMR磁场传感器组输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；组成一维线形阵列的5枚TMR磁场传感器输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；检测探头各部件的连接线全部集成在矩形双层印刷电路板1上；TMR磁场传感器电源引脚Vcc与3V稳压直流电源相连，接地引脚GND与检测系统公共接地端相连。 所述信号采集装置包括低通滤波器、功率放大器、数据采集卡三部分，三者依次连接，数据采集卡的输出端与上位机连接，激励信号源、逻辑开关电路、数据采集卡、上位机分别与控制器相连。 一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头的检测方法，根据被测对象的实际情况和检测要求确定检测方式分别为单象限循环单传感器组方式、四象限全时四传感器组方式、四象限全时线形阵列方式:如果为单象限循环单传感器组方式:按照平面直角螺旋线圈I 2、平面直角螺旋线圈 II3、平面直角螺旋线圈III4、平面直角螺旋线圈IV 5的循环顺序，控制激励信号源给相应的平面直角螺旋线圈加载激励信号，使用涡流检测探头对被测对象进行扫描且涡流检测探头中的对应被激励线圈中心位置的一组TMR磁场传感器对扰动磁场的幅值进行测量后输出对应TMR磁场传感器组的信号，信号采集装置采集TMR磁场传感器的输出信号发送给上位机进行分析，得到被测对象缺陷的相关参数，实现缺陷的定量化评估。这种方式能对以检测探头为中心区域内的缺陷进行精细检测准确给出缺陷的相关参数，以便对被测对象进行定量化评估，同时可根据需要实时改变加载的激励信号的平面直角螺旋线圈，对相应区域进行重点检测，使用方便灵活。 如果为四象限全时四传感器组方式:3条跳线I 11、跳线III 13、跳线II 12连接平面直角螺旋线圈的内外端点a和h、g和f、e和d，按照平面直角螺旋线圈I 2、平面直角螺旋线圈IV 5、平面直角螺旋线圈III 4、平面直角螺旋线圈II 3的顺序连接相邻两个平面直角螺旋线圈中前一个线圈的内端点与后一个线圈的外端点，不连接平面直角螺旋线圈I 2的外端点b和平面直角螺旋线圈II 3的内端点c，于是4个平面直角螺旋线圈由3条跳线首尾连接构成统一的激励线圈，控制激励信号源在b和C两点给激励线圈加载激励信号，使用涡流检测探头对被测对象进行扫描且涡流检测探头中的四组TMR磁场传感器同时对扰动磁场的幅值进行测量后输出四组TMR磁场传感器的信号，信号采集装置采集TMR磁场传感器的输出信号发送给上位机进行分析，得到被测对象缺陷的相关参数。这种检测方式可同时对4个线圈对应的范围进行全面检测，相对位置分布较合适的4组TMR磁场传感器可以对扰动磁场进行全面地测量，因此适合应用于对试件进行快速大面积扫查，并给出缺陷范围和相关参数；在高频激励下可以较准确的得到被测材料表面的平整度和检测探头提离等信息，抑制了被测对象形状不规则或内部物理特性变化不均匀引起的信号差异，适合对焊接区进行检测。 如果为四象限全时线形阵列方式:3条跳线I 11、跳线III 13、跳线II 12连接平面直角螺旋线圈的内外端点a和h、g本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，其特征在于：包括矩形双层印刷电路板（1）、平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）、平面直角螺旋线圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋线圈Ⅳ（5）、TMR磁场传感器组Ⅰ（6）、TMR磁场传感器组Ⅱ（7）、TMR磁场传感器组Ⅲ（8）、TMR磁场传感器组Ⅳ（9）、一维线形传感器阵列（10）、跳线Ⅰ（11）、跳线Ⅱ（12）、跳线Ⅲ（13）；所述矩形双层印刷电路板（1）为检测探头的基底，利用其上、下两层的外表面和两层间的接合面布置检测探头的部件；所述矩形双层印刷电路板（1）上层外表面：使用印刷电路板制作工艺，按照四象限的分布形式将平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）、平面直角螺旋线圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋线圈Ⅳ（5）等间隔地印刷在矩形双层印刷电路板（1）上层外表面；其中，平面直角螺旋线圈每匝导线线宽相等，相邻平面直角螺旋线圈间距相同，相邻两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相反，对角两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相同，4个平面直角螺旋线圈的内外端点各有一个焊点，分别为a、b，c、d，e、f，g、h，并引出抽头；所述矩形双层印刷电路板（1）下层外表面：矩形双层印刷电路板（1）下层外表面在对应基底上层外表面4个平面直角螺旋线圈各自中心位置分别放置TMR磁场传感器组Ⅰ（6）、TMR磁场传感器组Ⅱ（7）、TMR磁场传感器组Ⅲ（8）、TMR磁场传感器组Ⅳ（9）；其中，每组TMR磁场传感器包含3枚两两相互垂直且感应轴方向与激励磁场方向垂直的TMR磁场传感器，共需12枚TMR磁场传感器；在中心轴上放置一组5枚TMR磁场传感器组成的一维线形传感器阵列（10）；其中，5枚TMR磁场传感器间距相等，感应轴方向相同且垂直于线圈对称轴，几何中心成一条直线且与线圈对称轴重合，中间一枚位于基底几何中心；所述矩形双层印刷电路板（1）两层接合面上层：设置跳线Ⅰ（11）、跳线Ⅱ（12）、跳线Ⅲ（13），分别连接焊点a和h、d和e、g和f；每个平面直角螺旋线圈的内外端点处的焊点，分别引出抽头，并行连接到逻辑开关电路，再与激励信号源相连；4个平面直角螺旋线圈中心位置对应的4组TMR磁场传感器组输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；组成一维线形阵列的5枚TMR磁场传感器输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；检测探头各部件的连接线全部集成在矩形双层印刷电路板（1）上；TMR磁场传感器电源引脚Vcc与3V稳压直流电源相连，接地引脚GND与检测系统公共接地端相连。...
【技术特征摘要】
1.一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，其特征在于:包括矩形双层印刷电路板(I)、平面直角螺旋线圈I (2)、平面直角螺旋线圈II (3)、平面直角螺旋线圈111(4)、平面直角螺旋线圈IV (5)、TMR磁场传感器组I (6)、TMR磁场传感器组II (7)、TMR磁场传感器组111(8)、TMR磁场传感器组IV(9)、一维线形传感器阵列(10)、跳线I (11)、跳线II (12)、跳线III (13)； 所述矩形双层印刷电路板(I)为检测探头的基底，利用其上、下两层的外表面和两层间的接合面布置检测探头的部件； 所述矩形双层印刷电路板(I)上层外表面:使用印刷电路板制作工艺，按照四象限的分布形式将平面直角螺旋线圈I (2)、平面直角螺旋线圈II (3)、平面直角螺旋线圈111(4)、平面直角螺旋线圈IV(5)等间隔地印刷在矩形双层印刷电路板(I)上层外表面；其中，平面直角螺旋线圈每匝导线线宽相等，相邻平面直角螺旋线圈间距相同，相邻两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相反，对角两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相同，4个平面直角螺旋线圈的内外端点各有一个焊点，分别为a、b, C、d, e、f, g、h,并引出抽头； 所述矩形双层印刷电路板(I)下层外表面:矩形双层印刷电路板(I)下层外表面在对应基底上层外表面4个平面直角螺旋线圈各自中心位置分别放置TMR磁场传感器组I (6)、TMR磁场传感器组II (7 )、TMR磁场传感器组III (8 )、TMR磁场传感器组IV (9 );其中，每组TMR磁场传感器包含3枚两两相互垂直且感应轴方向与激励磁场方向垂直的TMR磁场传感器，共需12枚TMR磁场传感器；在中心轴上放置一组5枚TMR磁场传感器组成的一维线形传感器阵列(10);其中，5枚TMR磁场传感器间距相等，感应轴方向相同且垂直于线圈对称轴，几何中心成一条直线且与线圈对称轴重合，中间一枚位于基底几何中心； 所述矩形双层印刷电路板(I)两层接合面上层:设置跳线I (11)、跳线II (12)、跳线III(13),分别连接焊点a和h、d和e、g和f ; 每个平面直角螺旋线圈的内外端点处的焊点，分别引出抽头，并行连接到逻辑开关电路，再与激励信号源相连；4个平面直角螺旋线圈中心位置对应的4组TMR磁场传感器组输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；组成一维线形阵列的5枚TMR磁场传感器输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；检测探头各部件的连接线全部集成在矩形双层印刷电路板(I)上；TMR磁场传感器电源引脚Vcc与3V稳压直流电源相连，接地引脚GND与检测系统公共接地端相连。2.根据权利要求1所述的基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，其特征在于:所述信号采集装置包括低通滤波器、功率放大器、数据采集卡三部分，三者依次连接，数...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶波，李鸣，陈飞，杨春曦，毕贵红，陈仕龙，曾芳，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53
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