[实用新型]一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，属于电磁检测装置领域。

背景技术

电涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的一种常规无损检测方法。电涡流检测的原理是：当导体处于变化的磁场中或相对于磁场运动时，导体内部会产生感应电流，电流的流通路径往往犹如水中的漩涡，因此称为涡电流或者电涡流，简称涡流。涡流的大小、相位及分布受试件的影响，反作用于线圈，使检测线圈阻抗发生变化，通过测定检测线圈阻抗变化，就可以获得被测试件的内部结构、材质分布、是否存在缺陷以及试件与线圈的耦合情况等信息。若保持系统的若干参数不变，就可以对另外一些参数做出评估。常规涡流检测一般使用线圈式检测探头，线圈式探头适合检测导体材料中深度较浅、尺寸较大的缺陷，缺点是低频性能较差，降低激励频率会导致探头灵敏度大幅减弱，这意味着线圈式探头不适合检测深层微小缺陷。另外，在常规涡流检测中，线圈式探头一般在沿着能明显切断涡流流通路径的方向上扫描时才可以有效检出缺陷，而且通常只使用单个探头进行检测，这些因素都不同程度地制约了涡流检测系统效率的提高。

本实用新型选用最新一代磁场传感器——隧穿磁阻（Tunneling Magnetoresistance, TMR）传感器作为检测探头阵列单元。TMR磁场传感器与巨磁电阻（Giant Magneto Resistance, GMR）传感器相比，在更微弱的磁场下就能获得显著的电阻改变，可以利用其研制和开发更多适用于各种场合的高性能新式探头。

发明内容

针对上述现有技术，为解决探头不适合检测深层微小缺陷、传统的单一涡流检测探头检测效率较低、常规线圈式探头在检测深层缺陷时灵敏度与空间分辨率无法兼得、常规线圈式探头对缺陷方向的依赖性的问题，本实用新型提供了一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头。

本实用新型的技术方案是：一种基于TMR磁场传感器阵列的涡流检测探头，包括矩形双层印刷电路板1、平面直角螺旋线圈Ⅰ2、平面直角螺旋线圈Ⅱ3、平面直角螺旋线圈Ⅲ4、平面直角螺旋线圈Ⅳ5、TMR磁场传感器组Ⅰ6、TMR磁场传感器组Ⅱ7、TMR磁场传感器组Ⅲ8、TMR磁场传感器组Ⅳ9、一维线形传感器阵列10、跳线Ⅰ11、跳线Ⅱ12、跳线Ⅲ13；

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Ⅰ2、平面直角螺旋线圈Ⅱ3、平面直角螺旋线圈Ⅲ4、平面直角螺旋线圈Ⅳ5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Ⅰ6、TMR磁场传感器组Ⅱ7、TMR磁场传感器组Ⅲ8、TMR磁场传感器组Ⅳ9；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Ⅰ11、跳线Ⅱ12、跳线Ⅲ13，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。

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。