[发明专利]一种可同时测量金属工件位移及厚度的涡流传感器及方法

权利要求书

1.一种可同时测量金属工件位移及厚度的涡流传感器，所述涡流传感器包括主控组件、闭环电流放大器及探头，所述闭环电流放大器电性连接所述主控组件及所述探头，其特征在于：

所述主控组件用于产生激励信号，并将所述激励信号传输给所述闭环电流放大器，所述激励信号包括高频信号及低频信号；所述闭环电流放大器用于将接收到的激励信号线性转换为驱动电流，并将所述驱动电流传输给所述探头；其中，低频信号的频率ω_l及高频信号的频率ω_h分别为：

式中，σ为电导率，μ为磁导率，h_max和h_min分别为最大和最小测量厚度；

所述探头包括探头壳体、依次叠加于所述探头壳体内的信号放大模块及激励线圈、以及设置于所述激励线圈下方的磁传感器，所述激励线圈电性连接于所述闭环电流放大器，其用于在所述驱动电流的作用下产生变化磁场，所述变化磁场在待测量的金属工件表面及内部感应产生电涡流，所述电涡流在空间感应出磁场；所述磁传感器用于同时感测所述激励线圈产生的磁场及所述电涡流产生的磁场，并将感测到的磁场信号传输给所述信号放大模块，所述信号放大模块将接收到的磁场信号进行放大后传输到所述主控组件；所述磁传感器与所述探头壳体的中心轴间隔预定距离；

所述涡流传感器通过信号激励产生同时对位移信息及厚度信息敏感的电涡流分布，通过测量电涡流产生的磁场信息进行位移及厚度的解耦测量；其中，高频成分的电涡流完全分布于金属表面，只与金属位移相关；低频成分的电涡流分布于金属的所有厚度处，同时受金属位移与厚度信息影响；所述激励信号同时包含低频信号及高频信号，从而使得所述涡流传感器在一次测量中同时得到位移与厚度信息。

2.如权利要求1所述的可同时测量金属工件位移及厚度的涡流传感器，其特征在于：所述磁传感器的数量为两个，两个所述磁传感器相对于所述探头壳体的中心轴对称设置。

3.如权利要求1-2任一项所述的可同时测量金属工件位移及厚度的涡流传感器，其特征在于：所述磁传感器为Z向敏感磁传感器。

4.如权利要求1-2任一项所述的可同时测量金属工件位移及厚度的涡流传感器，其特征在于：所述涡流传感器为叠加结构。

5.一种可同时测量金属工件位移及厚度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(11)将权利要求1-4任一项所述的可同时测量金属工件位移及厚度的涡流传感器设置于金属工件的一侧，且所述涡流传感器产生同时包含有低频信号及高频信号的激励信号；

(12)所述涡流传感器未邻近金属工件时，采集预定长度的所述涡流传感器的输出信号及电流信号，并截取预定时间内的输出信号；所述输出信号的截取是以时域电流信号为基准；所述涡流传感器邻近所述金属工件时，再次采集所述涡流传感器的输出信号及电流信号，并对应地截取所述预定时间内的输出信号，将两次截取得到的输出信号进行求差以得到电涡流产生的空间磁场信号；

(13)分别对所述空间磁场信号进行低通及高通滤波，以得到滤波后低频信号及滤波后高频信号，并分别将所述滤波后低频信号及所述滤波后高频信号的绝对值进行预定长时域积分，以得到低频积分及高频积分；

(14)对由步骤(12)-(13)得到的多组已知厚度与位移的金属工件的测量数据对(d，h)→(C_cL，C_cH)进行多项式拟合，以得到所述涡流传感器的数学表达式其中，所述测量数据对(d，h)→(C_cL，C_cH)为位移及厚度与低频积分及高频积分之间的数据对；其中，C_cL为滤波后低频信号的积分，简称低频积分；C_cH为滤波后高频信号的积分，简称高频积分；d表示金属工件位移；h表示金属工件的厚度；所述涡流传感器的数学表达式为高频积分及低频积分与位移及厚度之间的关系式；

(15)对任意待测量的金属工件执行步骤(11)-(13)，以得到对应的低频积分及高频积分，并将对应的所述低频积分及所述高频积分带入所述数学表达式中进行反解，以同时测得金属工件的位移及厚度。