[发明专利]一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头及其检测方法

权利要求书

1.一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，其特征在于：包括矩形双层印刷电路板（1）、平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）、平面直角螺旋线圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋线圈Ⅳ（5）、TMR磁场传感器组Ⅰ（6）、TMR磁场传感器组Ⅱ（7）、TMR磁场传感器组Ⅲ（8）、TMR磁场传感器组Ⅳ（9）、一维线形传感器阵列（10）、跳线Ⅰ（11）、跳线Ⅱ（12）、跳线Ⅲ（13）；

所述矩形双层印刷电路板（1）为检测探头的基底，利用其上、下两层的外表面和两层间的接合面布置检测探头的部件；

所述矩形双层印刷电路板（1）上层外表面：使用印刷电路板制作工艺，按照四象限的分布形式将平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）、平面直角螺旋线圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋线圈Ⅳ（5）等间隔地印刷在矩形双层印刷电路板（1）上层外表面；其中，平面直角螺旋线圈每匝导线线宽相等，相邻平面直角螺旋线圈间距相同，相邻两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相反，对角两个平面直角螺旋线圈导线绕行方向相同，4个平面直角螺旋线圈的内外端点各有一个焊点，分别为a、b，c、d，e、f，g、h，并引出抽头；

所述矩形双层印刷电路板（1）下层外表面：矩形双层印刷电路板（1）下层外表面在对应基底上层外表面4个平面直角螺旋线圈各自中心位置分别放置TMR磁场传感器组Ⅰ（6）、TMR磁场传感器组Ⅱ（7）、TMR磁场传感器组Ⅲ（8）、TMR磁场传感器组Ⅳ（9）；其中，每组TMR磁场传感器包含3枚两两相互垂直且感应轴方向与激励磁场方向垂直的TMR磁场传感器，共需12枚TMR磁场传感器；在中心轴上放置一组5枚TMR磁场传感器组成的一维线形传感器阵列（10）；其中，5枚TMR磁场传感器间距相等，感应轴方向相同且垂直于线圈对称轴，几何中心成一条直线且与线圈对称轴重合，中间一枚位于基底几何中心；

所述矩形双层印刷电路板（1）两层接合面上层：设置跳线Ⅰ（11）、跳线Ⅱ（12）、跳线Ⅲ（13），分别连接焊点a和h、d和e、g和f；

每个平面直角螺旋线圈的内外端点处的焊点，分别引出抽头，并行连接到逻辑开关电路，再与激励信号源相连；4个平面直角螺旋线圈中心位置对应的4组TMR磁场传感器组输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；组成一维线形阵列的5枚TMR磁场传感器输出信号引脚并行连接到逻辑开关电路，再与信号采集装置的低通滤波器相连；检测探头各部件的连接线全部集成在矩形双层印刷电路板（1）上；TMR磁场传感器电源引脚Vcc与3V稳压直流电源相连，接地引脚GND与检测系统公共接地端相连。

2.根据权利要求1所述的基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，其特征在于：所述信号采集装置包括低通滤波器、功率放大器、数据采集卡三部分，三者依次连接，数据采集卡的输出端与上位机连接，激励信号源、逻辑开关电路、数据采集卡、上位机分别与控制器相连。

3.一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头的检测方法，其特征在于：

根据被测对象的实际情况和检测要求确定检测方式分别为单象限循环单传感器组方式、四象限全时四传感器组方式、四象限全时线形阵列方式：

如果为单象限循环单传感器组方式：按照平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）、平面直角螺旋线圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋线圈Ⅳ（5）的循环顺序，控制激励信号源给相应的平面直角螺旋线圈加载激励信号，使用涡流检测探头对被测对象进行扫描且涡流检测探头中的对应被激励线圈中心位置的一组TMR磁场传感器对扰动磁场的幅值进行测量后输出对应TMR磁场传感器组的信号，信号采集装置采集TMR磁场传感器的输出信号发送给上位机进行分析，得到被测对象缺陷的相关参数，实现缺陷的定量化评估；

如果为四象限全时四传感器组方式：3条跳线Ⅰ（11）、跳线Ⅲ（13）、跳线Ⅱ（12）连接平面直角螺旋线圈的内外端点a和h、g和f、e和d，按照平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋线圈Ⅳ（5）、平面直角螺旋线圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）的顺序连接相邻两个平面直角螺旋线圈中前一个线圈的内端点与后一个线圈的外端点，不连接平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）的外端点b和平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）的内端点c，于是4个平面直角螺旋线圈由3条跳线首尾连接构成统一的激励线圈，控制激励信号源在b和c两点给激励线圈加载激励信号，使用涡流检测探头对被测对象进行扫描且涡流检测探头中的四组TMR磁场传感器同时对扰动磁场的幅值进行测量后输出四组TMR磁场传感器的信号，信号采集装置采集TMR磁场传感器的输出信号发送给上位机进行分析，得到被测对象缺陷的相关参数；

如果为四象限全时线形阵列方式：3条跳线Ⅰ（11）、跳线Ⅲ（13）、跳线Ⅱ（12）连接平面直角螺旋线圈的内外端点a和h、g和f、e和d，按照平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）、平面直角螺旋线圈Ⅳ（5）、平面直角螺旋线圈Ⅲ（4）、平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）的顺序连接相邻两个平面直角螺旋线圈中前一个线圈的内端点与后一个线圈的外端点，不连接平面直角螺旋线圈Ⅰ（2）的外端点b和平面直角螺旋线圈Ⅱ（3）的内端点c，于是4个平面直角螺旋线圈由3条跳线首尾连接构成统一的激励线圈，控制激励信号源在b和c两点给激励线圈加载激励信号，使用涡流检测探头对被测对象进行扫描且涡流检测探头中的一维线形传感器阵列5枚TMR磁场传感器同时对扰动磁场的幅值进行测量后输出一维线形传感器阵列5枚TMR磁场传感器的信号，信号采集装置采集TMR磁场传感器的输出信号发送给上位机进行分析，得到被测对象缺陷的相关参数；

其中，扰动磁场为激励线圈产生的初级磁场和被测对象中的涡流产生的次级磁场合成的磁场。