[发明专利]基于巨磁电阻的电涡流检测传感器及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三巨磁电阻的电涡流检测传感器及其检测方法。

背景技术

涡流检测的基本原理是：当载有交变电流的激励线圈靠近被检导电物体时，根据法拉第电磁感应定律可知，被检导电物体中会产生电流，即涡流。电涡流的大小、相位和流动形式都会受到被检物体导电性能、形状等因素的影响，而电涡流产生的电磁场包含电涡流的大小、相位等信息。因此，可以通过检测磁场来分析被检物体的厚度、电导率等属性以及被检物体中有无缺陷。

基于电涡流的无损检测技术发展至今，已经在单层导电金属的表层缺陷的检测上取得了很大的成功，并开始广泛应用在军事、工业、交通等领域中。但是针对导电材料的深层缺陷检测或多层导电结构的缺陷检测，现有的线圈式电涡流检测传感器是无法适应的。而在某些场合，对多层或深层导电材料的缺陷检测是必需的，如：对飞机机翼的安全状况评估，涉及到多层导电材料的缺陷检测；对厚的金属铸件的安全状况评估，涉及到深层导电材料的缺陷检测。此外，现有的基于电涡流的无损检测技术一直无法实现对缺陷的定量化检测，往往出现发现了缺陷但无法评估其危害大小的情况，这严重影响了基于电涡流的无损检测技术的应用范围。因此，找到一种检测方法，能应用于多层或深层导电材料的缺陷检测，并能得到有利于定量的检测结果，是很有意义的。

常规电涡流检测装置是以导线线圈作为传感部件的，它能够解决一些表层的缺陷检测、厚度测量和电导率测量等问题，但是对于深层或多层的缺陷检测问题，导线线圈式的传感器就无能为力了。其主要原因是导线线圈传感器在理论上受制于电涡流的趋肤深度。电涡流检测中激励信号频率与电磁场渗透深度成反比，而导线线圈式的传感器对低频信号响应时分微弱，这样导线线圈式的传感器对多层或深层导电材料的缺陷很不敏感。为了检测多层或深层缺陷，导线线圈式的传感器需采取降低检测系统的激励频率、加大检测线圈的直径等措施，但是这样做会导致传感器灵敏度、分辨率降低，局部检测信号畸变增大，小于检测线圈直径的缺陷漏检等问题。而基于巨磁电阻(GMR)的电涡流传感器，直接测量的是磁场，就可以很好地解决上述难题。同时，在直接测量磁场的敏感元件中，巨磁电阻(GMR)拥有体积小、灵敏度高、温度稳定性好、价格低廉等优势。

基于单个传感器的传统电涡流检测装置还有的不足之处在于，很难对检测到的缺陷进行定量化，尤其是在针对深层或多层的缺陷的时候。例如单个导线线圈的传感器得到的信号可以认为是导线线圈内部的磁场变化量在导线线圈对称轴方向积分的结果。由于积分作用和单一的磁场方向，得到的检测数据包含的信息较少，很难得到缺陷大小和检测信号大小的对应关系，同时也需要更多的时间来计算检测结果。而采用三巨磁电阻，可同时检测三方向的电涡流分布，可显著提高缺陷的检出性，大大提高扫描检测速度，对于实现大型被检对象的快速扫查，具有重要的理论和应用价值。此外，基于使用三巨磁电阻(GMR)的电涡流传感器，由于能检测空间上三个方向的磁场大小，即得到了更多的已知量，这样就可以确定更多的方程来计算缺陷的长度、深度等未知量，所以这样的设计有利于解决缺陷定量化的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三巨磁电阻的电涡流检测传感器及其方法。

基于三巨磁电阻的电涡流检测传感器具有激励线圈、巨磁电阻I、巨磁电阻II、巨磁电阻III、放大电路I、放大电路II、放大电路III，巨磁电阻I、巨磁电阻II、巨磁电阻III以磁敏方向两两正交的方式放置，巨磁电阻I与放大电路I相连接，巨磁电阻II与放大电路II相连接，巨磁电阻III与放大电路III相连接，放大电路采用AD620放大芯片，且其数量与巨磁电阻个数相等。

所述的激励线圈使用正弦交流电压激励，信号频率为0～1MHz。巨磁电阻I、巨磁电阻II、巨磁电阻III，这三个以磁敏方向两两正交的方式放置的巨磁电阻的位置在激励线圈与被检测物体之间。