具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头制造技术

本发明专利技术公开了一种具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头。激励线圈与数控移相器、数控幅值调节器、减法器相连接，激励线圈与相位差测量电路、单片机、调零触发电路相连接，巨磁电阻与相位差测量电路、单片机相连接，巨磁电阻与幅值测量电路、单片机相连接，巨磁电阻与减法器相连接，单片机与数控移相器、数控幅值调节器相连接。本发明专利技术采用巨磁电阻作为检测元件，且采用单个巨磁电阻就能实现自调零，提高了探头的灵敏度和调零精度。本发明专利技术可用于航空航天等重要领域的多层导电结构里层和深层缺陷的无损检测与评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头。技术背景电涡流检测技术成本低、检测速度快，是一种检测导电材料表层及隐藏缺 陷的有效方法，在航空航天、核工业、运输等领域已经被广泛用于关键部件在 役检测及故障诊断。航空航天、核工业等行业对安全性要求极高，为了减少事故发生，必须及 时检测关键系统、关键零部件的疲劳裂纹，尤其是隐藏在多层导电结构深层的 以及位于零部件、铆钉孔边缘的疲劳裂纹和腐蚀等。因趋附效应限制，缺陷越 深，检测系统工作频率越低，导致探头输出信号的变化率也越小；缺陷越靠近 边缘和铆钉孔，边缘效应对探头信号影响越大。然而快速准确的识别及定量化 检测多层或者较厚导电结构深层缺陷、导电结构边缘以及铆钉孔边缘缺陷是航 空航天、核电等领域的关键部件检测中经常需要解决的问题。因此，电涡流检 测技术在深层缺陷及边缘缺陷检测方面的应用仍然是一项挑战性课题。为了解决深层缺陷和边缘缺陷检测的难题，需要研制高灵敏度的电涡流探 头。要检测深层缺陷，必须降低工作频率以增加渗透深度；然而常规式电涡流 探头采用线圈作为磁场传感器，其灵敏度与磁场的变化率成正比，因此降低工 作频率也就降低了线圈式探头的灵敏度。近几年，基于巨磁电阻效应(巨磁电 阻效应是微弱的磁场变化可以使得某些材料的电阻值发生明显变化)原理制作 的磁场传感器一巨磁电阻(Giant Magnetoresistance, GMR)，因其灵敏度高、尺 寸小，在电涡流无损检测
日益得到重视。与线圈式电涡流探头不同的 是，巨磁电阻电涡流探头采用灵敏度很高的巨磁电阻作为磁场传感器，它直接 测量磁场大小，灵敏度与磁场的交变频率无关，在很宽的频率范围(DC-几MHz) 内具有很高的灵敏度，且灵敏度几乎不变，因此巨磁电阻电涡流探头特别适用 于多层导电结构深层缺陷检测。要解决多层导电结构深层缺陷和边缘缺陷检测的难题，不仅需要高灵敏度 的巨磁电阻电涡流探头，还需要提高巨磁电阻电涡流探头输出信号的动态范围 (即探头调零)。因为多层导电结构以及边缘本身产生的信号往往很大，足以淹 没缺陷信号。常规的电涡流探头一般采用双传感器以差动连接方式实现探头调 零。这种调零方式方法简单、有效，从而使得差动调零式探头得到了广泛应用。然而，双传感器差动式调零方法的主要缺陷是(1)需要参数非常一致的两个传感器，对加工制作要求很高；(2)双传感器差动式调零探头在检测过程中需要参考件，不方便用于检测大型装备、零部件和需要小尺寸探头的场合。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头。本发 明不仅灵敏度高，而且具有自调零功能，可用于航空航天等重要领域的多层导 电结构里层和深层缺陷的无损检测与评估。具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头硬件组成部分及连接关系为激励 线圈与数控移相器、数控幅值调节器、减法器相连接，激励线圈与相位差测量 电路、单片机、调零触发电路相连接，巨磁电阻与相位差测量电路、单片机相 连接，巨磁电阻与幅值测量电路、单片机相连接，巨磁电阻与减法器相连接， 单片机与数控移相器、数控幅值调节器相连接。具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头，采用线圈产生激励磁场，线圈底 端固定有巨磁电阻。所述的幅值测量电路为第一乘法器的第1脚接第一乘法器的第8脚，第一乘法器的第2脚接地，第一乘法器的第3脚接负电源-5v，第一乘法器的第4 脚与第一电阻的一端、第二电阻的一端相连接，第一乘法器的第5脚与第二电 阻的另一端、第三电阻的一端相连接，第一乘法器的第6脚接正电源+5v，第一 乘法器的第7脚接地，第一电阻的另一端接地，第三电阻的另一端与第一电容 的一端、第四电阻的一端相连接，第四电阻的另一端与第二电容的一端、第一 运放的第3脚相连接，第二电容的另一端接地，第一电容的另一端与第一运放 的第2脚、第一运放的第6脚相连接。所述的相位差测量电路为第二乘法器的第1脚接巨磁电阻输出信号，第 二乘法器的第2脚接地，第二乘法器的第3脚接负电源-5v，第二乘法器的第4 脚与第五电阻的一端、第六电阻的一端相连接，第二乘法器的第5脚与第六电 阻的另一端、第七电阻的一端相连接，第二乘法器的第6脚接正电源+5v，第二 乘法器的第7脚接地，第二乘法器的第8脚接探头激励信号，第五电阻的另一 端接地，第七电阻的另一端与第三电容的一端、第八电阻的一端相连接，第八 电阻的另一端与第四电容的一端、第二运放的第3脚相连接，第四电容的另一 端接地，第三电容的另一端与第二运放的第2脚、第二运放的第6脚相连接， 比较器的第2、 4、 6脚接地，比较器的第3脚接巨磁电阻输出信号，比较器的 第5脚接探头激励信号，比较器的第7脚与触发器的第3脚、第十电阻的一端相连接，比较器的第1脚与第九电阻的一端、触发器的第5脚相连接，比较器的第8脚与第九电阻的另一端、电源+5v、第十电阻的另一端相连接，触发器的 第4、 6脚接地，触发器的第1脚的输出信号为相位差超前滞后判断信号。所述的数控移相器电路为加法器与数控幅值调节器、模拟开关、反相器、 模拟开关、数控幅值调节器、加法器相连接，反相器与90度移相器、模拟开关 相连接，反相器与90度移相器、模拟开关相连接。所述的数控幅值调节器电路为数字电位器的第1脚悬空，数字电位器的 第2脚接地，数字电位器的第3脚接片选信号5，数字电位器的第4脚接单片 机SPI总线的SDI信号，数字电位器的第5脚接单片机SPI总线的CLK信号， 数字电位器的第6脚接正电源+5v，数字电位器的第7脚与第三运放的第6脚、 第十二电阻的一端相连接，数字电位器的第8脚与第三运放的第2脚、第十一电阻的一端相连接，输入信号Uin接第十一电阻的另一端，第三运放的第3脚接地，第十二电阻的另一端与第四运放的第2脚、第十三电阻的一端相连接，第 四运放的第3脚接地，第十三电阻的另一端接第四运放的第6脚。 本专利技术具有的有益效果-1) 本专利技术仅需单个巨磁电阻就可实现探头调零，避免了两个巨磁电阻参数不 匹配产生的问题，提高了探头调零精度，进而增大了探头输出信号的动态范围；2) 本专利技术采用巨磁电阻作为检测元件，提高了探头的灵敏度和分辨率，尤其 适用于低频(<100Hz)工作范围；3) 本专利技术在检测前已经完成了调零工作，因此在检测过程中不再需要参考 件，可方便用于检测大型装备和需要小尺寸探头的场合。4) 探头调零电路与单片机技术、集成电路技术结合，提高了巨磁电阻电涡流 探头的智能化水平。附图说明图1是具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头结构框图； 图2是本专利技术的幅值测量电路图； 图3是本专利技术的相位差测量电路图； 图4是本专利技术的数控移相器电路框图； 图5是本专利技术的数控幅值调节器电路图。具体实施方式如图1所示，具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头中的激励线圈与数控 移相器、数控幅值调节器、减法器相连接，激励线圈与相位差测量电路、单片机、调零触发电路相连接，巨磁电阻与相位差测量电路、单片机相连接，巨磁 电阻与幅值测量电路、单片机相连接，巨磁电阻与减法器相连接，单片机与数 控移相器、数控幅值调节器相连接。探头采用线圈产生激励磁场，线圈底端固 定有巨磁电阻。巨磁电阻是基于巨磁电阻效应的磁场测量传感器。所谓巨磁电阻效应是微 弱的磁场变化可以使得某些材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自调零功能的巨磁电阻电涡流探头，其特征在于，激励线圈与数控移相器、数控幅值调节器、减法器相连接，激励线圈与相位差测量电路、单片机、调零触发电路相连接，巨磁电阻与相位差测量电路、单片机相连接，巨磁电阻与幅值测量电路、单片机相连接，巨磁电阻与减法器相连接，单片机与数控移相器、数控幅值调节器相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范孟豹，黄平捷，候迪波，张光新，叶波，高扬华，陈佩华，龚翔，贺光琳，周泽魁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]