[发明专利]一种高信噪比的无损检测探头系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高信噪比的无损检测探头系统。

背景技术

电涡流检测技术是无损检测技术的一种，它可以实现对材料及工件实施检测时不对试件本身产生损害或不影响其未来使用功能，具有检测成本低、检测速度快等优点，目前在航空航天、飞机轮船汽车等建造工业领域已被广泛应用于关键部件的检测及故障诊断。

航空航天等行业对安全性要求极高，为了减少事故发生，必须及时检测关键系统、关键零部件的疲劳裂纹，尤其是隐藏在多层导电结构深层的以及位于零部件、铆钉孔边缘的疲劳裂纹和腐蚀等。由于趋附效应的限制，在检测某一试件时，缺陷越深，检测系统的工作频率越低，导致探头输出信号的变化率也越小；缺陷越靠近边缘和铆钉孔，边缘效应对探头输出信号影响越大。然而快速准确的识别及定量化检测多层或者较厚导电结构深层缺陷、导电结构边缘及铆钉孔边缘缺陷是航空航天、核电等领域的关键部件检测中经常遇到的问题，因此，电涡流检测技术在深层缺陷以及边缘缺陷检测方面的应用仍然是一项挑战性课题。

为了解决深层缺陷和边缘缺陷检测的难题，需要研制高灵敏度的电涡流探头。要检测深层缺陷，必须降低激励频率以增加渗透深度；常规式电涡流探头采用线圈或者霍尔传感器芯片等作为磁场传感器，采用线圈作为磁场传感器，其灵敏度与磁场的变化率成正比，降低激励频率的同时也降低了电涡流探头的灵敏度，而采用霍尔传感器虽然具有成本低、应用广泛的优点，但其灵敏度较低、偏移大、温度稳定性低。近年来，基于巨磁电阻效应(巨磁电阻效应是指在有外加磁场作用时相比无外加磁场作用有些特定结构的磁性材料的电阻率存在巨大变化的现象)原理制作的磁场传感器--巨磁电阻(Giant magnetoresistance,GMR)芯片，因其具有灵敏度高、损耗低、尺寸小等优点，在电涡流无损检测技术领域日益受到重视。与线圈式电涡流探头不同的是，巨磁电阻电涡流探头采用灵敏度很高的巨磁电阻芯片作为磁场传感器，它直接测量磁场大小，灵敏度与磁场的交变频率无关，在很宽的频率范围(DC到几MHz)内具有很高的灵敏度，且灵敏度几乎不变，因此巨磁电阻电涡流探头特别适用于多层导电结构深层缺陷检测。

为了解决多层导电结构深层缺陷和边缘缺陷检测的问题，需要设计一种高灵敏度的巨磁电阻涡流探头，通常提高灵敏度的方法是选用灵敏度更高的测量磁场的传感器或者改变电涡流探头的相关结构。目前，灵敏度优于GMR的有AMR(各向异性磁阻传感器)和超导量子干涉(SQUID)仪，AMR灵敏度比较高，响应快，但其可测量磁场范围小，抗干扰能力差；而基于超导量子干涉原理的磁场传感器虽然灵敏度非常高，但是其结构复杂，体积庞大且价格昂贵，目前多用于医疗及磁性材料研究领域。目前，电涡流探头的结构通常是一个单一的激励线圈，由于巨磁电阻芯片在感应涡流场的同时也会对通入交流电后的激励线圈产生的激励场作出感应，而此时的激励场是作为一种干扰信号存在，为了检测结果的准确性，需要尽可能地将干扰信号降到最低。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种高信噪比的无损检测探头系统。本发明通过对探头结构及相应外围电路的改进，大大提高了信噪比，提高了探头探测的灵敏度，使其可用于航空航天等重要领域的多层导电结构里层和深层缺陷的无损检测与评估。

本发明的技术方案如下：

一种高信噪比的无损检测探头系统，如图1所示，包括正弦波发生模块、功率放大模块、无损检测电涡流探头、信号调理模块和数据采集处理模块，所述无损检测电涡流探头包括线圈和位于线圈底部的巨磁电阻传感芯片，所述线圈包括激励线圈和位于激励线圈内部的消除线圈，消除线圈与激励线圈为同轴线圈且串联；所述激励线圈的一端连接功率放大模块的输出端，另一端与消除线圈的一端相连，消除线圈的另一端接地，巨磁电阻传感芯片的输出端连接信号调理模块的输入端；

正弦波发生模块产生一定幅值和频率的正弦波，经过功率放大模块以提高电路的驱动能力，然后传输至无损检测电涡流探头，探头用于检测待测金属是否存在缺陷，探头输出的信号微弱，需经过信号调理模块处理后再输入数据采集处理模块进行分析和处理。

进一步地，所述激励线圈的匝数为500～1500，消除线圈的匝数为100～300。

进一步地，所述激励线圈和消除线圈均由直径为0.19～0.45mm的漆包线绕制而成，其线圈骨架为圆柱形。

进一步地，所述施加在激励线圈和消除线圈两端的交流电频率为500～1500Hz。

进一步地，所述信号调理模块包括放大电路、滤波电路、锁相放大电路和低通滤波电路。