一种直角型蜿蜒花式涡流传感器及其线圈的绕制方法技术

本发明专利技术体用一种直角型蜿蜒花式涡流传感器及其线圈的绕制方法，包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；线圈组包括绕制为直角型的激励线圈，所述直角型激励线圈包括形成直角的横边和竖边，以及与直角的两条边成一定角度的折边，所述横边、竖边和折边上均包括与所在边垂直设置的蜿蜒折线，所述蜿蜒折线包括至少一个蜿蜒单元，多个蜿蜒单元串联连接；还包括绕制在每条边上的蜿蜒折线间隙内的一组检测线圈，所述每组检测线圈均绕制在至少一个蜿蜒单元内。本发明专利技术能够在仅使用一个传感器的情况下较为方便地、非接触地检测平面应力状态下的各种金属构件中的应力及应变。

【技术实现步骤摘要】
一种直角型蜿蜒花式涡流传感器及其线圈的绕制方法
本专利技术属于无损检测
，涉及一种用于检测平面应力状态下的金属结构中三个不同方向的分应力及线应变的直角型蜿蜒花式涡流传感器。
技术介绍
绝大多数机械结构是由金属材料制作而成的，有效检测这些金属结构的应力状态对于了解其服役状态和评估其剩余寿命均具有重要意义。目前用于检测金属结构中应力状态的常用方法有应变片法、X射线法、超声波法和磁测法等。在这些方法中，应变片法需要接触式测量；X射线法设备昂贵，具有辐射危险，仅适用于实验室检测；超声波法需要耦合剂；磁测法仅适用于铁磁性材料的检测。涡流检测方法具有操作简便、成本低廉、不需要耦合剂和可非接触测量等优点，已在检测金属结构的应力方面得到了较多应用。在材料的弹性范围内，金属结构的应变与应力成线性关系，因此，涡流检测方法也可以用于检测金属结构的应变。现有的涡流应力检测研究仅局限于单向应力及应变的检测，缺少能够检测应力及应变方向的涡流传感器，缺少能够在未知主应力方向时检测平面应力状态下的金属结构中应力及应变的涡流传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以检测平面应力状态下的金属结构中应力及应变的涡流传感器。本专利技术采用以下技术方案：一种直角型蜿蜒花式涡流传感器，包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；所述线圈组包括：绕制为直角型的激励线圈，所述直角型激励线圈包括形成直角的横边和竖边，以及与直角的两条边成一定角度的折边，所述横边、竖边和折边上均包括与所在边垂直设置的蜿蜒折线，所述蜿蜒折线包括至少一个蜿蜒单元，多个蜿蜒单元串联连接；还包括绕制在每条边上的蜿蜒折线间隙内的一组检测线圈，所述每组检测线圈均绕制在至少一个蜿蜒单元内。进一步，所述每组检测线圈至少包括一个独立的检测线圈，绕制在串联的蜿蜒单元同侧间隙内。进一步，所述每组检测线圈包括至少两个独立的检测线圈，其中一个检测线圈绕制在蜿蜒折线一侧的间隙内，另一个检测线圈绕制在蜿蜒折线另一侧的间隙内部。进一步，所述每条边的蜿蜒单元内绕制的检测线圈距离形成该蜿蜒单元的导线的距离满足：通电情况下，检测线圈能够检测到形成该蜿蜒单元的导线激发出的涡流变化信息。进一步，所述绕制在蜿蜒折线同侧的独立检测线圈不少于一个，蜿蜒单元间隙内的检测线圈均为非闭合矩形，同一个蜿蜒折线同侧绕制的至少两个独立检测线圈能够串联连接或者分别连接外部检测设备。进一步，所述印刷电路板的多个板层上均能够设置位置对应、形状相同的激励线圈，不同板层上的激励线圈串联连接；所述印刷电路板的多个板层上均能够设置位置对应、形状相同的检测线圈，不同板层上的检测线圈串联连接；所述激励线圈和检测线圈处于相同的板层上或者不同的板层上。进一步，所述折边将直角分平分为两个45度角。本专利技术还提供一种直角型蜿蜒花式涡流传感器的线圈绕制方法，包括激励线圈绕线方法和检测线圈绕线方法；设定直角型的边a和边b为直角边，边c为折边，所述激励线圈绕线方法包括：从起点S1沿边a走线，走过距离da1后，绕制蜿蜒折线，蜿蜒折线绕制完成后，继续走过距离da2，弯折90°到边b，继续走线db1距离，绕制蜿蜒折线，蜿蜒折线绕制完成后，继续走过距离db2，然后向边a和边b形成的直角范围内弯折一定角度后，继续走线db3距离，再向与直角的两条边成一定角度的边d弯折，继续走线dd1距离，绕制蜿蜒折线，蜿蜒折线绕制完成后，继续走线dd2距离，达到终点S2；所述检测线圈绕线方法包括：在激励线圈每条边上，从起点位置在蜿蜒折线一侧的蜿蜒单元间隙内绕制一个检测线圈，或者在蜿蜒单元两侧的间隙内分别绕制一个检测线圈；所述检测线圈为与激励线圈的蜿蜒折线具有一定距离的蜿蜒折线。进一步，所述蜿蜒折线绕制方法为：S1：沿与蜿蜒折线所在边垂直的方向走线距离D1，该D1为蜿蜒单元的单元长度；S2：由当前位置处，向远离起始点S1的方向弯折90°后，沿弯折后的方向再次走线D2，该D2为蜿蜒单元的宽度Ⅰ；S3：由当前位置处，向返回该段蜿蜒折线所在三角形边的方向弯折90度，沿弯折后的方向走线D1；S4：由当前位置处，向远离起始方向S1弯折90度，沿弯折后的方向走线D3，完成一个蜿蜒单元的走线；该D3为蜿蜒单元的宽度Ⅱ；S5：多个蜿蜒单元串联形成蜿蜒折线。进一步，所述激励线圈同一个蜿蜒单元的宽度Ⅰ和宽度Ⅱ相同或者不同；当一个检测线圈绕制在至少一个激励线圈蜿蜒单元的间隙内时，所述检测线圈同一个蜿蜒单元的宽度Ⅰ与宽度Ⅱ长度不同。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术提供了一种可以在未知主应力方向的情况下检测平面应力状态下的金属结构中三个不同方向的分应力及线应变的涡流传感器，突破了现有涡流传感器只能检测单向应力及应变的缺陷。利用本专利技术所提供的涡流传感器检测出金属结构中三个不同方向的分应力及线应变后，可以按照实验应力分析的方法，进而确定金属结构中的主应力和主应变的大小及其方向。（2）采用该种传感器，在仅使用一个传感器的情况下就可以较为方便地、非接触地检测平面应力状态下的各种金属构件中的应力及应变。而现有的研究中，为检测三个方向的分应力及线应变，则需使用3个以上的涡流传感器，很难保证多个传感器与被测结构之间提离的一致性。因此，本专利技术有利于降低涡流法检测应力应变时的测试系统的复杂性，有利于提高应力应变检测结果的准确性。附图说明图1为本专利技术实施例的结构图一。图2为本专利技术实施例的结构图二。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供一种用于检测应力及应变的直角型蜿蜒花式涡流传感器，该涡流传感器包括印刷电路板和印刷电路板上的线圈组。印刷电路板可选择平面印刷电路板，也可以选择柔性印刷电路板。线圈组包括一个直角型蜿蜒花式激励线圈和多个沿不同方向布置的检测线圈。激励线圈的主体由分布于直角的两条边及两条边中的折线组成，折线将两条直角边的夹角分为两个角度，而这两个角度可以根据需要选择，通常选择45度角的平分线，两条直边和一条折边均包括一个蜿蜒式折线，因其总体形状呈直角型的花状，故称所述激励线圈为直角型蜿蜒花式激励线圈。线圈组包括激励线圈和检测线圈，在激励线圈中接入交变电流，会在被测结构上感应出涡流。具体来说，线圈组包括：（1）使用导线绕制为直角型的激励线圈，直角型激励线圈包括形成直角的横边和竖边，以及与直角的两条边成一定角度的折边，横边、竖边和折边的每条边上均包括与所在边垂直的至少一个蜿蜒单元组成的蜿蜒折线，多个蜿蜒单元串联连接。绕制为激励线圈的导线可以为一根也可以为多根并行绕制。（2）还包括绕制在每条边的蜿蜒折线间隙内的检测线圈。每个蜿蜒折线内至少设置一组检测线圈，而每组检测线圈均绕制在至少一个蜿蜒单元内，每个检测线圈均至少由一根导线绕制形成，多根导线绕制时可并行绕制。检测线圈的蜿蜒间距应小于所述激励线圈的蜿蜒间距，以保证检测线圈的蜿蜒单元可以布置在激励线圈的蜿蜒单元的折回间隙内。检测线圈可布置为多个蜿蜒单元首尾相接串联形成的蜿蜒折线形式，以提高传感器的灵敏度。检测线圈的数量可以为三个，此时每个线圈一组，分别布置在所述激励线圈某段蜿蜒折线的折回间隙内，可以同为布置在传感器激励线圈的直角两条边内的折回间隙内，或同为布置在直角两条边外的折回间隙内。检测线圈的数量可以为六个，两个为一组，同组的两个检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直角型蜿蜒花式涡流传感器，其特征在于：包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；所述线圈组包括：绕制为直角型的激励线圈，所述直角型激励线圈包括形成直角的横边和竖边，以及与直角的两条边成一定角度的折边，所述横边、竖边和折边上均包括与所在边垂直设置的蜿蜒折线，所述蜿蜒折线包括至少一个蜿蜒单元，多个蜿蜒单元串联连接；还包括绕制在每条边上的蜿蜒折线间隙内的一组检测线圈，所述每组检测线圈均绕制在至少一个蜿蜒单元内。

【技术特征摘要】
1.一种直角型蜿蜒花式涡流传感器，其特征在于：包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；所述线圈组包括：绕制为直角型的激励线圈，所述直角型激励线圈包括形成直角的横边和竖边，以及与直角的两条边成一定角度的折边，所述横边、竖边和折边上均包括与所在边垂直设置的蜿蜒折线，所述蜿蜒折线包括至少一个蜿蜒单元，多个蜿蜒单元串联连接；还包括绕制在每条边上的蜿蜒折线间隙内的一组检测线圈，所述每组检测线圈均绕制在至少一个蜿蜒单元内。2.根据权利要求1所述的一种直角型蜿蜒花式涡流传感器，其特征在于：所述每组检测线圈至少包括一个独立的检测线圈，绕制在串联的蜿蜒单元同侧间隙内。3.根据权利要求1所述的一种直角型蜿蜒花式涡流传感器，其特征在于：所述每组检测线圈包括至少两个独立的检测线圈，其中一个检测线圈绕制在蜿蜒折线一侧的间隙内，另一个检测线圈绕制在蜿蜒折线另一侧的间隙内部。4.根据权利要求1所述的一种直角型蜿蜒花式涡流传感器，其特征在于：所述每条边的蜿蜒单元内绕制的检测线圈距离形成该蜿蜒单元的导线的距离满足：通电情况下，检测线圈能够检测到形成该蜿蜒单元的导线激发出的涡流变化信息。5.根据权利要求1所述的一种直角型蜿蜒花式涡流传感器，其特征在于：所述绕制在蜿蜒折线同侧的独立检测线圈不少于一个，蜿蜒单元间隙内的检测线圈均为非闭合矩形，同一个蜿蜒折线同侧绕制的至少两个独立检测线圈能够串联连接或者分别连接外部检测设备。6.根据权利要求1所述的一种用直角型蜿蜒花式涡流传感器，其特征在于：所述印刷电路板的多个板层上均能够设置位置对应、形状相同的激励线圈，不同板层上的激励线圈串联连接；所述印刷电路板的多个板层上均能够设置位置对应、形状相同的检测线圈，不同板层上的检测线圈串联连接；所述激励线圈和检测线圈处于相同的板层上或者不同的板层上；当位于相同层上时，检测线圈与激励线圈不相交。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建伟，张卫民，王玲，王栋，刘晓潺，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41