[发明专利]裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器、探头及应用方法

说明书

本发明公开了一种裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器、探头及应用方法，本发明裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器包括支撑结构、上层激励线圈、下层激励线圈以及TMR磁敏感元件，上层激励线圈、下层激励线圈两者均为平面线圈，且上层激励线圈、下层激励线圈两者平行布置并分别对称固定在支撑结构上，TMR磁敏感元件布置于上层激励线圈、下层激励线圈之间，且TMR磁敏感元件的测量方向与上层激励线圈、下层激励线圈中心连线重合。本发明能有效检测表征金属表面裂纹深度的特征信息，具有信噪比高、灵敏度高且灵敏度对不随激励频率变化的特点，同时具有结构简单，制造方便的优点。

技术领域

本发明涉及金属构件的裂纹深度检测技术，具体涉及一种裂纹深度检测用平面线圈/TMR(Tunnel Magneto Resistance)复合的电磁传感器、探头及应用方法。

背景技术

金属构件在使用中受到交变的应力作用，其表面和内部易形成裂纹。裂纹产生于金属构件全寿命周期，难以预测。金属的失效过程是由裂纹萌生、亚稳扩展和失稳扩展组成，其中亚太扩展过程占很大比例，是决定金属失效过程的重要组成部分。在裂纹萌生期通过技术手段有效检测出裂纹并及时进行技术修复对于延长金属零构件的使用寿命具有极为重要的意义。目前，重要金属部件的裂纹修复主要方法为焊补，焊补前需知道裂纹形状尺寸、深度等参数，裂纹形状尺寸易通过检测获得，而裂纹深度的定量检测手段却比较缺乏。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器、探头及应用方法，本发明能有效检测表征金属表面裂纹深度的特征信息，具有信噪比高、灵敏度高且灵敏度对不随激励频率变化的特点，同时具有结构简单，制造方便的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器，包括支撑结构、上层激励线圈、下层激励线圈以及TMR磁敏感元件，所述上层激励线圈、下层激励线圈两者均为平面线圈，且所述上层激励线圈、下层激励线圈两者平行布置并分别对称固定在支撑结构上，所述TMR磁敏感元件布置于上层激励线圈、下层激励线圈之间，且所述TMR磁敏感元件的测量方向与上层激励线圈、下层激励线圈中心连线重合。

可选地，所述上层激励线圈、下层激励线圈之间串联反接，使得输入的激励信号为正弦交变电流时上层激励线圈、下层激励线圈在中心连线方向激励出大小相等、方向相反的激励磁场。

可选地，所述支撑结构为圆柱状结构。

可选地，所述上层激励线圈、下层激励线圈为从圆心向外发散的螺旋线状，且其圆心分别与支撑结构的圆形端面的圆心相互重合。

可选地，所述上层激励线圈、下层激励线圈与支撑结构的圆形端面采用胶水粘合固定。

可选地，所述支撑结构为3D打印制成。

一种用于裂纹深度检测探头，包括外壳和安装在外壳内的裂纹深度检测传感器，所述裂纹深度检测传感器为前述的裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器。

所述外壳内还设有前置放大电路单元，所述前置放大电路单元串接在裂纹深度检测传感器的输出端。

所述外壳内还设有用于生成正弦交变电流的正弦交变电流发生器，所述正弦交变电流发生器的输出端与上层激励线圈、下层激励线圈相连。

一种前述的裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器的应用方法，包括：1)往上层激励线圈、下层激励线圈输入为正弦交变电流的激励信号，使得上层激励线圈、下层激励线圈在中心连线方向激励出大小相等、方向相反的激励磁场；2)将裂纹深度检测用平面线圈/TMR复合的电磁传感器贴合被检测金属构件的表面，检测TMR磁敏感元件的输出信号幅值，根据TMR磁敏感元件的输出信号幅值查询预设的输出信号幅值-裂纹深度映射表，得到被检测金属构件表面的裂纹深度。