GMR传感器在无损检测中的研究与应用

摘要

在飞机、船舶、汽车等建造工业领域生产中，无损检测作为其关键部位零器件缺损情况检测最重要的手段之一，无损检测技术在探测关键部位零器件缺陷、消除潜在的安全隐患、保障设备的安全运行等方面发挥着极其重要的作用。其中，如何提高检测精度是目前亟需解决的一大难题。本文将以此为背景，应用无损电涡流检测原理，引入高灵敏度的巨磁电阻（GMR）芯片，设计了一款新型的无损探测系统。
　　本文首先对电涡流探头的结构进行了研究，传统的线圈式探头其灵敏度随着工作频率的降低而减少，现有的基于传感器芯片的电涡流探头，内部采用一个单一的激励线圈，当通入交流电时激发的磁场会对涡流信号造成干扰，进而影响缺陷检测。鉴于此，本文对探头的结构作了改进即在激励线圈的基础上再额外增加一个消除线圈，以此降低激励场对涡流信号的干扰，从而提高检测精度。本文利用有限元软件ANSOFT MAXWELL模拟仿真了一个无损检测模型，在其中涡流检测探头的结构上增加了一个消除线圈，通过仿真结果得出：相比于常规式只有单一激励线圈的探头，新型的GMR探头采用了双线圈，且线圈中心芯片放置处磁场变化量更大而周围磁场较弱。随后实物制作了这款具有高信噪比的巨磁电阻（GMR）电涡流探头。
　　其次本文还针对新型的探头设计并改进了一个无损检测系统，系统设计主要分为硬件电路和软件两个部分，其中硬件电路设计主要有正弦波发生电路、功率放大电路以及信号调理电路。正弦波发生电路采用单片机控制DDS芯片的方式来产生一定频率的正弦波，信号调理电路则采用锁相放大、放大和低通滤波的方式对探头的原始输出信号作相应的调理；软件方面集中在单片机编程控制芯片产生正弦波和后续数据处理上利用数据采集卡和 LABVIEW编程实现数据信息的实时处理和观测。通过后期PCB板的调试，系统中各模块能发挥各自良好的功能。
　　最后对以上所设计的无损检测系统进行了试件缺陷检测，通过多组实验数据的对比得出结论：新型结构的GMR探头能够检测试件中的缺陷并且检测精度较高。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 电涡流检测技术及发展电涡流检测技术

1.3 电涡流检测探头的研究现状及进展

1.4 巨磁电阻效应及其在电涡流检测应用中的进展与现状

1.5 本论文的主要研究内容

第二章 电涡流检测技术理论基础

2.1 电涡流检测技术的阻抗分析法

2.2 涡流趋肤效应

2.3 有限元计算方法及涡流场分析

2.4 涡流大小影响因素

2.5 小结

第三章 基于GMR无损检测系统仿真及探头设计

3.1 GMR无损检测系统模型仿真

3.2 GMR无损检测探头的设计

3.3 小结

第四章 基于GMR无损检测系统的设计与实现

4.1 系统主要硬件电路设计

4.2 系统软件设计

4.3 测试结果与分析

4.4 小结

第五章 结 论

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果