适用于凹曲面的微磁无损检测传感器

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种适用于凹曲面的微磁无损检测传感器，可应用于内圆柱面、双曲螺旋伞齿轮的齿廓面检测。

背景技术

微磁信号可用于间接反映铁磁性材料的力学性能，但目前的传感器多针对平板类试件。内圆柱面、双曲螺旋伞齿轮的齿廓面具有凹曲面特征，传统的微磁传感器难以进行检测。本发明专利公布了两种适用于凹曲面的微磁无损检测传感器，通过采用不同形状的磁轭及磁场耦合方式，分别适用于内圆柱面、复杂凹曲面的微磁信号获取；利用间歇叠加励磁方式，测量齿廓面表面材料中的切向磁场强度、磁巴克豪森噪声、多频涡流和增量磁导率信号。

发明内容

本发明的目的是公布一种适用于凹曲面的微磁无损检测传感器，通过改进磁轭励磁部位以及检测元件放置位置来实现传感器在小型直齿轮两齿间对齿廓面进行磁信号的采集，信号经处理后提取磁参数对直齿轮齿廓面力学性能(残余应力、表面硬度等)的无损表征。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

适用于凹曲面的微磁无损检测传感器，其基本原理是利用微磁传感器同步测量得到的多类微磁信号(切向磁场、巴克豪森噪声、增量磁导率和多频涡流)特征，实现对带钢综合力学性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率、表面硬度等)的无损表征。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

适用于复杂凹曲面检测的微磁传感器的主要包括改进后的磁轭以及检测元件，在U形磁轭7上缠绕激励线圈9，检测元件包含双股线绕制的线圈11和霍尔元件12。将线圈11和霍尔元件12嵌套在一起装入传感器外壳2中。双股线圈11的接头和霍尔元件12的三个引脚接到调理电路板10上，对采集到的信号进行前置放大以及去除偏置。同时导线4穿入金属外壳3、外壳2、外壳6底部开好的孔洞连接到调理电路板上，导线4的另一端连接航空插头配合检测仪器使用。绕有激励线圈的U形磁轭由传感器外壳6、外壳2扣在一起来固定。外壳6事先开好螺母槽，将螺母8放入槽中并将外壳6和外壳2扣在一起后，套入金属外壳3并通过事先开好的孔洞放入螺钉5将三者固定在一起。

如需检测内圆柱面14，则需要基于上述技术方案，改变U形磁轭，使用牛角形磁轭13。

上述传感器特征在于，复杂凹曲面检测传感器的磁轭的励磁部位以及检测元件的放置部位发生变化使得传感器整体的检测姿态改变以适应双曲螺旋伞齿轮齿廓面狭小空间的检测，同时传感器磁轭励磁面做成凸起的弧面使得传感器与该齿形的齿廓面这种凹曲表面耦合良好；同时采用方形双股线绕制并使用霍尔嵌套的方式增加传感器检测信号种类的同时不用增加检测元件的放置空间。同时，牛角形磁轭可以很好的适应内圆柱面形试件的检测。

附图说明

图1：适用于复杂凹曲面传感器组件示意图；

图2：适用于简单凹曲面(内圆柱面)磁轭与试件配合示意图；

图3：适用于复杂凹曲面传感器与双曲螺旋伞齿轮配合示意图。

图4：微磁检测系统示意图。

图5：激励信号发生时序及检测信号示意图。

附图标记如下：1-双曲螺旋伞齿轮2-传感器外壳3-金属套筒4-多芯线缆5-螺钉6-传感器外壳7-磁轭8-螺母9-激励线圈10-调理电路板11-双股线圈12-霍尔元件13-牛角形磁轭14-内圆柱面试件。

具体实施方式

依据以上发明内容，直齿轮齿廓面微磁无损检测传感器可提供以下实施方法。

针对被测试件直齿轮齿廓面形状以及检测空间改进磁轭的励磁部位以及检测元件的放置位置。传感器可以采用U形磁轭侧斜平面励磁的方式从凹曲面试件提取磁信号，局部凸台以及牛角形磁轭设计可以使传感器与检测试件更好贴合。

下面结合附图和以下实施方式对于本发明做进一步的说明，且下面提供的具体实施实例只是描述性，不是限定性，不能以此来限定本发明的保护范围。

图1为适用于复杂凹曲面传感器组件示意图，图4为微磁检测系统示意图，上位机控制传感器高低频激励信号的幅值与频率，设置采样频率。由主控模块设置激励信号的发生时序分为三种激励方式：1、低频单独激励磁轭7的激励线圈9；2、低频继续激励，特定频率幅值的高频信号通入双股线11中的激励一股；3、低频停止激励、特定幅值多种频率的高频信号单独激励。从上位机输出的低频正弦电信号经检测仪主控模块中的FPGA传递到激励模块，激励模块中功率放大器进行放大后通入激励线圈9进行激励，检测仪可为霍尔元件12提供5V电压，使霍尔元件12进行工作。当激励线圈9通入低频交流的励磁信号，由法拉第电磁感应定律可知在线圈的内部产生交变的磁场，产生的磁场沿磁轭7传递与被测试件间形成交变的磁回路，从而引起试件1内部磁畴翻转、移动，导致磁畴壁位错产生磁巴克豪森噪声信号，此时双股线11的其中一股接收磁巴克豪森噪声信号；当主控模块控制固定频率幅值的高频激励信号通入双股线11中的激励一股时，激励线圈9中继续通入低频激励信号将试件饱和磁化，高低频激励信号叠加，此时另一股线圈接收增量磁导率信号；在低频激励信号不通入磁轭上的激励线圈时定幅多频率的高频激励信号通入双股线11中的激励一股时，之前接收磁巴克豪森噪声信号的一股可以接收涡流信号，霍尔元件12接收试件表面的切向磁场信号，并经检测仪采集模块中多通道数据采集卡采集到上位机中。由此，共得到四类磁信号。

图2为适用于简单凹曲面(内圆柱面)磁轭与试件配合示意图，基于上述技术手段，更换传感器的磁轭以适应简单凹曲面试件的检测

图3为适用于复杂凹曲面传感器与双曲螺旋伞齿轮配合示意图，由于检测空间狭小，故励磁方式改为磁轭斜面励磁，设置局部凸台使得磁轭与凹曲面齿廓面更好贴合。

图5为微磁检测系统激励信号发生时序及检测信号示意图，由上述可知，不同的励磁信号组合激励，接收线圈可得到不同磁信号，结合检测线圈11接收到的磁巴克豪森噪声信号和霍尔元件12提取的切向磁场信号经信号处理可绘制磁巴克豪森噪声蝶形曲线；同理结合检测线圈11接收到的增量磁导率信号和霍尔元件12提取的切向磁场信号经信号处理可绘制增量磁导率蝶形曲线；通过对涡流信号进行正交解调信号处理可得到信号的实部和虚部信号。