一种自平衡激励法磁场信息感应装置

摘要

一种自平衡激励法磁场信息感应装置，包括两个完全相同的磁体和一个轴向磁敏传感器，两个磁体以同极性端相对的方式，等间距的设置在轴向磁敏传感器的轴向两端，两个磁体的轴线以及轴向磁敏传感器的轴线，呈三轴线重合的状态，所述的磁敏感传感器为高导电率导线螺线管，该螺线管按同一绕向绕制，一端为输入端、另一端为输出端。能够有效对铁磁性金属构件，因性能退化或机械损伤所映射的磁场矢量变化信息和磁聚集信息进行高分辨采集。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用磁场矢量变化信息和磁聚集信息对铁磁性金属构件探伤的装置，具体的说是一种自平衡激励法磁场信息感应装置。

背景技术

铁磁性金属构件具有良好的受磁特性，极易被外界磁场磁化；铁磁性金属构件被磁化后的磁场（磁力线矢量分布）与其金属材质的性状有密切的对应关系；铁磁性金属构件在其制造和使用过程中，因各种原因不可避免的会发生诸如：材料缺陷、结构变异、表面创伤、材质蜕变及各种导致其使用性能下降的功能退化或实体损伤现象，如不能及时发现将严重威胁构件的使用安全性而引发事故；铁磁性金属构件的各种失效状态，都可以利用其内部相应磁场矢量变化信息或磁聚集信息加以映射。因此，有效的采集这些磁场信息对及时发现和分析构件安全程度，合理修复或更新构件、保障生命财产安全，将起到十分积极的作用。现阶段对铁磁性金属构件的无损探伤方法一般为：过饱和励磁法和剩磁法。过饱和励磁法——是对被探测构件的某个局部施加使该局部达到过饱和状态的外加磁场，若该局部表面存在较严重破损，则将产生磁场泄漏，通过贴近该局部安置的传感器采集的漏磁信息判断损伤；剩磁法——是使用一定的磁化装置，使被探测构件的一部分或整体被磁化，再使用传感器装置，对带有相对较弱剩磁的构件部分或整体实施探测，通过对采集到的构件不同部位剩磁信息差异判断损伤。过饱和励磁法实施时，由于传感器必须在有较强大的外加磁场激励条件下工作，因此信号采集局限性大、信噪比低且实用性差：（1）相对较强的附加磁场（使被测构件达到过饱和磁化强度的磁场）的存在，导致传感器基准灵敏度钝化，同时，铁磁介质（构件金属材料部分）中的各异磁场信息均被噪声淹没（强磁同化），致使与构件内部各种变异退化、机械劳损等缺陷相映射的磁场信息根本无法有效采集，而安置于空气介质中（构件实体外部近表面）的传感器，只能采集到两种导磁介质（金属介质和空气介质）界面附近的漏磁场信息；（2）由于被测构件处于被过饱和磁化状态，其实体表面无论是否发生伤损，在接近实体表面的空气介质中都不同程度的存在泄漏磁场（噪声磁场）信息，依赖所采集漏磁场信息的强弱判断损伤，可靠性显然很低。另外，空气介质与铁磁金属材料介质的磁导率相差巨大（几百甚至上千倍），被测构件的漏磁场强度会在空气介质中急剧衰减，传感器必须尽可能接近构件实体表面才可获得较真实原始信息，在实际工矿现场使用时几乎无法保证探伤定量的可靠性。剩磁法在实际运用时，由于磁化和探测是两个相对独立的过程，经磁化后带有剩磁的构件随所处机器设备运行时，会由于多种原因（诸如：金属构件间的摩擦、碰撞和机械震动等）导致其剩磁场均匀性受到破坏，而依赖于采集构件剩磁场信息，并以构件各部分剩磁场信息差异化判断是否损伤，显然抗干扰能力低，所得到的结果存在明显的不确定性。社会生活和生产活动中大量使用铁磁性金属构件，迫切需要一种能够与生产运行同步完成的、实时探测构件安全状态的实用创新技术，而上述两种方法都无法满足构件使用现实安全需求，无法有效解决使用中的铁磁性金属构件的安全性问题。

由此可见，上述现有的铁磁性金属构件探伤手段在方法与使用上，显然仍存在有空白与缺陷，而亟待一种新技术的出现。为了解决现实存在的铁磁性金属构件使用安全性探查问题，相关科技企业莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的技术方法产生，而以现有方法生成的探伤装置又没有能力解决上述安全问题，此显然是相关科技业者急欲解决的课题。因此，如何能创建一种新技术的自平衡激励法磁场信息感应装置,实属当前重要研发课题之一，是当前相关科技业界极需实现的目标。

有鉴于上述现有方法及其装置存在的空白，本发明人基于从事此类技术研究、实验及其产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创建一种新技术方法的自平衡激励法磁场信息感应装置,能够填补一般现有的技术方法空白，使其更具有实用性、有效性和创新性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具创新实用价值的本发明。

发明内容

    本发明所要解决的技术问题是提供一种自平衡激励法磁场信息感应装置，能够在自平衡模式下激励磁场，确保磁敏感传感器与自平衡激励同步完成对构件磁场矢量变化信息和磁聚集信息的高分辨采集。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种自平衡激励法磁场信息感应装置，包括两个完全相同的磁体和一个轴向磁敏传感器，两个磁体以同极性端相对的方式，等间距的设置在轴向磁敏传感器的轴向两端，两个磁体的轴线以及轴向磁敏传感器的轴线，呈三轴线重合的状态，所述的磁敏感传感器为高导电率导线螺线管，该螺线管按同一绕向绕制，一端为输入端、另一端为输出端。

所述的两个磁体为材料、性状、几何尺寸及其物理性能表现完全一致的两个永磁磁体。

所述的两个磁体为物理性能表现完全一致的两个电磁磁体。

所述两个磁体同极性端的距离使轴向磁敏感传感器轴线中心的磁感应强度矢量合为零或为常数C。

所述轴向磁敏感传感器与其两端的磁体构成自平衡激励磁场状态，轴向磁敏感传感器输出端信号为基准零或常数C。

本发明提出的一种自平衡激励法磁场信息感应装置,该自平衡激励法磁场信息感应装置为空间对称等强磁体激励感应模型，由成对等强永磁体或等磁效电磁螺线管线圈与轴向磁敏感传感器，以空间轴线重合且磁体相对轴向磁敏感传感器两端位置对称的方式组成，每对等强永磁体或等磁效电磁螺线管线圈同极性相对相隔适当距离安置，其相向两磁体中间放置轴向磁敏感传感器，该轴向磁敏感传感器轴线与两磁体轴线呈三轴线轴向重合空间位置状态。该自平衡激励法磁场信息感应装置获得了空间自平衡磁激励模式，可有效完成对磁场矢量变化信息和磁聚集信息的高分辨采集。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,其中所述的成对等强磁体，为材料、性状、几何尺寸及其物理性能表现完全一致的两个永磁磁体或电磁磁体。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,其中所述的成对等强磁体，为通过电参数调制达到其物理性能表现完全一致的两个电磁磁体。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,其中所述的成对电磁磁体，可共电源、共输入端电流输入。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,其中所述的成对电磁磁体，可共电源但分别从各自独立的输入端输入电流。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,其中所述的成对电磁磁体，依据磁敏感传感器的信息反馈，由嵌入式程序软件自动调制为自平衡状态并逻辑锁定。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,其中所述的磁敏感传感器，输入端输入调频电量，输出端输出电压或电流信号。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,其中所述的磁敏感传感器，输出端输出的电压或电流信号同时接入反馈调制电路。

前述的自平衡激励法磁场信息感应装置,可以单一使用亦可以空间对称组合使用。

本发明的有益效果是：自平衡激励法磁场信息感应装置，获得了与磁敏感传感器高分辨采集同步的自平衡磁或电磁激励模式，能够有效对铁磁性金属构件，因性能退化或机械损伤所映射的磁场矢量变化信息和磁聚集信息进行高分辨采集。

附图说明

    图1是本发明较佳实施例的自平衡激励法磁场信息感应装置；

    图2是本发明另一较佳实施例的自平衡激励法磁场信息感应装置。

    图中标记：1、轴向磁敏传感器，2、磁体。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的自平衡激励法磁场信息感应装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式方法的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

本发明的自平衡激励法磁场信息感应装置采用两个完全相同的磁体2和一个轴向磁敏传感器1，利用两个物理磁特性一致的等强永磁体或电磁体（高饱和铁芯电磁绕组），使同极性磁极轴向相向，分别对称安置于轴向磁敏感传感器1两端等间距位置，且使两个磁体2与轴向磁敏感传感器1轴线重合，构成空间对称轴线重合模型。该永磁体以钕铁硼材料制成正实体条柱形，磁极N/S于磁体正轴向两端。该轴向磁敏感传感器1以高导电率导线单旋向绕制成导电螺线管，单端输入、单端输出。轴向磁敏感传感器1处于两个磁体2叠加的磁场中，构成自平衡激励磁场状态。

参阅图1所示，本发明较佳实施例的自平衡激励法磁场信息感应装置。本实施例以两个柱状钕铁硼永磁体（￠10㎜×20㎜）和一个导电螺线管（￠5㎜×25㎜,200匝），组成空间对称轴线重合安置状态，磁敏感传感器输入端输入高频振荡，形成空间磁场信息自平衡磁激励感应接收体。

参阅图2所示，本发明另一较佳实施例的自平衡激励法磁场信息感应装置。本实施例以两个柱状电磁体线圈（￠8㎜×36㎜, 4000匝，高磁饱和铁芯），组成空间对称轴线重合安置状态，电磁体线圈输入输出端接逻辑电路（DC5V/4096级连续可调），磁敏感传感器输入端输入高频振荡，形成空间磁场信息自平衡磁激励感应接收体。

该实施方式根据实际需要可以通过改变电磁参数形成不同量程的自平衡磁激励感应接收体，具有良好的工艺技术可持续拓展性。

磁场属空间物理场，是典型的能量场。在给定的磁场范围内，各物体材料介质由于磁导率不同，所接受的磁场能量也不同（磁导率高的接受的多，反之则少）；同时，同一物体所接受的磁场能量，随构成该物体材料材质的同一性、连续性不同，所接受的磁场能量的分布也不同（材质的同一性、连续性优良的能量分布均匀，反之则产生磁聚集）。因此，当被测铁磁性构件处于给定磁场环境内时，如果构件的材料发生了材质变异（如锈腐蚀）性退化，则其材质的同一性被破坏，与之相映射的磁矢量信息发生变化；而当构件存在机械劳损或创伤，则将造成构件材料的连续性阻断，与之相映射的磁场分布状态改变（磁场均匀性被破坏）导致磁聚集。自平衡激励法磁场信息感应装置，利用相同磁场自平衡磁激励信息感应机制，可有效完成对磁场矢量变化信息和磁聚集信息的高分辨采集。

本发明自平衡激励法磁场信息感应装置（下称本装置），从能量分析上类似于天平工作原理。在铁磁性金属构件未进入本装置感应磁场时，本装置处于磁场感应自平衡状态，感应螺线管（磁敏感传感器）输出为零值（类似天平两端无砝码）或一不为零的常数值C（类似天平两端放置等质量砝码），即感应螺线管轴向两端感应的磁场能量相等、方向相反，本装置处于自平衡磁激励感应平衡状态。当铁磁性金属构件沿平行于本装置轴向进入本装置感应磁场时，其进入部分即被探测，如果构件被探测部分是完好的（材质无退化、无机械劳损和创伤），则本装置仍将保持平衡状态；一旦构件被探测部分存在非完好情况，本装置立即发生失衡响应现象，传感器输出端随即输出增量或减量信息；若铁磁性金属构件全部连续经过本装置即视为被完整探测。

本发明自平衡激励法磁场信息感应装置可选择组合式使用。所述“组合式”是指将各单一装置在三维空间里对称布置，形成对被测的铁磁性金属构件周向的完整包容。

本发明自平衡激励法磁场信息感应装置,为等强磁体空间对称、极性相向，由两个磁特性完全相同的永磁体或电磁体，与一个轴向磁敏感传感器轴线重合，等距离相间隔以轴向展开方式组成，采用自平衡磁场激励与磁探伤感应同步，电信号反馈逻辑调制锁定技术设计，能够有效对铁磁性金属构件，因性能退化或机械损伤所映射的磁场矢量变化信息和磁聚集信息进行高分辨采集。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方法方案范围内，当可利用上述揭示的技术方法内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方法方案的内容，依据本发明的技术方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方法方案的范围内。