非接触式磁致伸缩传感器的对准制造技术

本发明专利技术提供了用于对应力传感器组件进行定位、定向和/或对准的系统、方法和装置。对应于目标中的应力的原始应力信号可以通过检测行进穿过所述目标的磁通量来产生。所述原始应力信号可以对所述传感器相对于所述目标的对准敏感。为了使测量误差最小化，所述应力传感器可以在测量应力之前相对于所述目标恰当对准。对准传感器可以涉及调节所述传感器的偏航、俯仰和/或翻滚，测量所述原始应力信号，衰减检测到的磁通量，以及再次测量所述原始应力信号。在所述应力传感器被恰当对准后，所述传感器与目标表面之间间隙的尺寸变化可以造成所述原始应力信号出现大致相等的变化。

Alignment of non-contact magnetostrictive sensor

The present invention provides a system, method and device for positioning, orientation and/or alignment of stress sensor components. The original stress signal corresponding to the stress in the target can be generated by detecting the magnetic flux traveling through the target. The original stress signal can be sensitive to the alignment of the sensor with respect to the target. In order to minimize the measurement error, the stress sensor can be properly aligned with the target before measuring the stress. The alignment sensor may involve adjusting the yaw, pitch and/or roll of the sensor, measuring the original stress signal, attenuating the detected magnetic flux, and re-measuring the original stress signal. After the stress sensor is properly aligned, a change in the size of the gap between the sensor and the target surface can cause a roughly equal change in the original stress signal.

【技术实现步骤摘要】
非接触式磁致伸缩传感器的对准
技术介绍
铁磁材料可以具有磁致伸缩性质，这类性质可以致使铁磁材料在存在施加的磁场时改变形状。反之也可以成立。向导电材料施加应力时，材料的磁性质,诸如磁导率(magneticpermeability),可以改变。磁致伸缩传感器是非接触式传感器，可以包括被配置为感测磁导率变化的感测元件，并且由于磁导率变化可以与施加至导电材料的应力量成比例，所以得到的测量结果可以用来计算应力量。但是，由于向导电材料施加应力而产生的磁导率变化可能很小。为了便于测量很小的磁导率变化，在计算向目标施加的应力时，可能需要考虑由于磁致伸缩传感器的感测元件与目标之间的间隙距离而引起的测量误差。作为一个实例，可以手动将磁致伸缩传感器与目标对准，并且可以用仪表设定该间隙距离。然而，这种手动对准可能导致目标与每个感测元件之间的间隙存在差异，因此可能无法恰当地补偿该间隙距离。
技术实现思路
本专利技术提供了用于将应力传感器相对于目标对准的系统、装置和方法。在一个方面，提供了一种传感器组件，该组件包括传感器和衰减元件(attenuationelement)。传感器可以包括驱动元件，该驱动元件可以被配置为产生第一磁场和对应的第一磁通量。第一磁通量可以穿过驱动元件与目标表面之间的第一间隙距离，然后穿过目标。传感器还可以包括至少一个检测元件，该检测元件可以被配置为检测第一磁通量的一部分。衰减元件可以被配置为在无需使该传感器相对于目标轴向平移(axiallytranslating)的情况下，允许第一磁通量的检测到的部分得到选择性调节。该传感器组件能够以多种方式变化。例如，衰减元件的位置可以相对于传感器进行调节，使得改变该衰减元件的位置可以改变第一磁通量的检测到的部分。作为另一个实例，衰减元件可以是设置在传感器周围的套管，并且传感器组件可以被配置为随着衰减元件朝目标移动而增大衰减量。作为又一个实例，衰减元件可以是设置在传感器与目标之间的一块板。在一项具体实施中，衰减元件可以设置在传感器的至少一部分周围。衰减元件可以包括至少一个导电元件(conductiveelement)，该导电元件可以被配置为产生第二磁场，该第二磁场可以与第一磁场的一部分相互作用，从而调节第一磁通量的检测到的部分的量值。在某些方面，第二磁场可以由流过至少一个导电元件的交流电产生。第二磁场可以衰减第一磁场的一部分，从而衰减第一磁通量的检测到的部分。在一些实施方案中，衰减元件的至少一个导电元件可以被配置为与第一磁场耦合。该传感器组件还可以包括电阻器，该电阻器可以与导电元件并联耦合。该电阻器的电阻可以是可变的，使得调节电阻器的电阻可以调节第二磁场的量值，从而调节第一磁通量的检测到的部分的量值。此外，衰减元件可以被配置为随着电阻器的电阻减小而越来越多地衰减第一磁通量的检测到的部分。在一些实施方案中，衰减元件的至少一个导电元件可以被配置为接收可选择性调节的交流电衰减信号，以产生流过至少一个导电元件的交流电。衰减元件可以被配置为当第二磁场的相位与第一磁场的相位异相时衰减第一磁通量的检测到的部分。衰减元件可以被配置为当第二磁场的相位与第一磁场的相位同相时放大第一磁通量的检测到的部分。在一些具体实施中，驱动元件可以被配置为接收输入驱动信号以产生第一磁通量。衰减元件可以被配置为接收原始输入驱动信号，并使用该原始输入驱动信号来产生可以被驱动元件接收的输入驱动信号。衰减元件可以包括电阻器。该电阻器可以被配置为控制输入驱动信号的量值，从而控制第一磁通量的量值。该电阻器的电阻可以被配置为可调节的，使得增大该电阻器的电阻便减小输入驱动信号的量值，从而减小第一磁通量的量值并减小第一磁通量的检测到的部分的量值。在其他具体实施中，该传感器组件还可以包括至少一个LED指示器，该LED指示器可以被配置为输出有关传感器相对于该传感器的期望对准的对准情况的信号。至少一个LED指示器可以包括第一LED指示器、第二LED指示器和第三LED指示器，这些指示器分别对应于传感器位置的偏航值、俯仰值和翻滚值。作为一个实例，第一LED指示器、第二LED指示器和第三LED指示器可以被配置为输出随着偏航、俯仰和翻滚朝期望值调节而发生亮度变化的光。作为另一个实例，第一LED指示器、第二LED指示器和第三LED指示器可以被配置为输出随着偏航、俯仰和翻滚朝期望值调节而发生颜色变化的光。作为又一个实例，第一LED指示器、第二LED指示器和第三LED指示器可以被配置为随着偏航、俯仰和翻滚朝期望值调节而以变化的频率闪烁。在另一个方面，提供了一种对准传感器组件的方法。该方法可以包括激活控制与处理模块，以将输入驱动信号传送到传感器组件的传感器的驱动元件，从而产生第一磁场，该第一磁场具有穿过目标的对应的第一磁通量。至少一个检测元件可以检测第一磁通量的一部分。该方法还可以包括调节第一磁通量的检测到的部分，以及围绕下列三条轴线中的至少一条旋转传感器：围绕第一轴线旋转，以相对于目标调节传感器的偏航；围绕第二轴线旋转，以调节传感器的俯仰；围绕第三轴线旋转，以调节传感器的翻滚。该方法能够以多种方式变化。例如，该方法可以包括调节衰减元件的位置，以衰减第一磁通量的检测到的部分。将衰减元件朝目标移动可以调节磁通量的检测到的部分的衰减。在一项具体实施中，该方法可以包括将第一磁场与衰减元件的导电元件耦合，从而感应出可以流过该导电元件的交流电，使得该导电元件可以产生第二磁场。该第二磁场可以使第一磁场衰减，从而通过衰减第一磁通量的检测到的部分来对第一磁通量的检测到的部分进行调节。调节耦合到该导电元件的电阻器的电阻可以调节第一磁通量的检测到的部分的衰减量。在另一项具体实施中，该方法可以包括将可选择性调节的交流电衰减信号传送到衰减元件的导电元件，从而产生流过导电元件的交流电，使得该导电元件产生第二磁场。可选择性调节的交流电衰减信号的幅值、相位和频率可以限定第二磁场的幅值、相位和频率。该方法还可以包括调节交流电衰减信号的幅值，从而调节第二磁场的幅值。可以通过在第二磁场的相位与第一磁场的相位异相时衰减第一磁通量的检测到的部分，来对第一磁通量的检测到的部分进行调节。作为另一个实例，该方法可以包括将原始输入驱动信号传送到衰减元件，以产生输入驱动信号。该方法还可以包括调节衰减元件的电阻器的电阻，以调节输入驱动信号的量值，从而调节第一磁通量的量值以及第一磁通量的检测到的部分的量值。在一些具体实施中，可以基于来自该传感器组件上的至少一个LED指示器的输出来调节传感器的偏航、俯仰和翻滚。该输出可以是来自至少一个LED指示器的光强度。该输出可以是来自至少一个LED指示器的光的颜色。该输出可以是来自至少一个LED指示器的光的闪烁频率。附图说明图1A是传感器系统的一个实施方案的侧视图；图1B是图1A的传感器系统的传感器头的一个实施方案的透视图；图2A是传感器组件的一个示例性实施方案的底部透视图，该传感器组件包括图1B的传感器头和衰减元件；图2B是图2A的传感器组件的侧面局部横截面图，其中衰减元件处于最近侧位置；图2C是图2B的传感器组件的侧面局部横截面图，其中衰减元件处于最远侧位置；图3A是在初始对准传感器之前，随衰减而变化的原始应力信号的示例性图线；图3B是在初始对准传感器组件之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器组件，包括：传感器，所述传感器包括驱动元件，所述驱动元件被配置为产生第一磁场和对应的第一磁通量，所述第一磁通量行进穿过所述驱动元件与目标表面之间的第一间隙距离并且穿过所述目标，和至少一个检测元件，所述检测元件被配置为检测所述第一磁通量的一部分；以及衰减元件，所述衰减元件被配置为在无需使所述传感器相对于所述目标轴向平移的情况下，允许所述第一磁通量的检测到的部分得到选择性调节。

【技术特征摘要】
2017.09.06 US 15/6967451.一种传感器组件，包括：传感器，所述传感器包括驱动元件，所述驱动元件被配置为产生第一磁场和对应的第一磁通量，所述第一磁通量行进穿过所述驱动元件与目标表面之间的第一间隙距离并且穿过所述目标，和至少一个检测元件，所述检测元件被配置为检测所述第一磁通量的一部分；以及衰减元件，所述衰减元件被配置为在无需使所述传感器相对于所述目标轴向平移的情况下，允许所述第一磁通量的检测到的部分得到选择性调节。2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述衰减元件的位置可以相对于所述传感器进行调节，使得改变所述衰减元件的所述位置则改变所述第一磁通量的检测到的部分。3.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述衰减元件包括设置在所述传感器周围的套管，所述衰减元件被配置为随着它朝所述目标移动而增大衰减量。4.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述衰减元件设置在所述传感器的至少一部分周围，所述衰减元件包括至少一个导电元件，所述导电元件被配置为产生与所述第一磁场的一部分相互作用的第二磁场，从而调节所述第一磁通量的检测到的部分的量值，所述第二磁场是由流过所述至少一个导电元件的交流电产生的并且被配置为衰减所述第一磁场的一部分，从而衰减所述第一磁通量的检测到的部分。5.根据权利要求1所述的传感器组件，其中所述衰减元件被配置为接收原始输入驱动信号，并且使用所述原始输入驱动信号来产生输入驱动信号，所述输入驱动信号被...

【专利技术属性】
技术研发人员：D富尔克纳，DT卢，L特恩博，BF霍华德，T科万，B鲍尔兹，D奥康纳，
申请(专利权)人：本特利内华达有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US