[发明专利]一种铁磁材料早期损伤检测用高灵敏度电磁混频传感器

权利要求书

1.一种铁磁材料早期损伤检测用高灵敏度电磁混频传感器，包括传感器磁芯(3)、激励线圈(4)、检测线圈(5)，其特征在于：激励线圈(4)绕置于磁芯(3)的顶部横梁位置，检测线圈(5)绕置于传感器磁芯(3)的两磁极位置。

2.根据权利要求1所述的一种铁磁材料早期损伤检测用高灵敏度电磁混频传感器，其特征在于：传感器磁芯(3)为硅钢材料，励磁线圈(4)与检测线圈(5)均为铜材料；同时，传感器磁芯(3)与被测试件(2)之间无提离距离；被测试件(2)、传感器磁芯(3)、激励线圈(4)、检测线圈(5)均是在空气域1中。

3.根据权利要求1所述的一种铁磁材料早期损伤检测用高灵敏度电磁混频传感器，其特征在于：其结构的具体设计步骤如下，

定义电磁混频传感器的结构设计参量，包括：混频励磁方式、磁芯结构尺寸和混频信号采集方式；对于磁芯结构尺寸的设计，包括磁芯材料、磁极高度、磁极间距和磁极形状的优化；

定义混频检测信号中用于表征材料早期损伤的特征参数，当利用电磁混频检测方法进行无损检测时，考虑到能量的损耗特性，检测信号中的一阶和频(f₁+2f₂)与差频(f₁-2f₂)分量作为特征参数；两混频分量的强度和一致性均会影响电磁混频检测信号的敏感程度；获取幅值较强且一致性较高的混频分量更有利于提高电磁混频检测方法的检测能力；根据统计学计数法，采用变异系数D₁评价磁混频分量的强度；

式中，A_i^f1+2f2和A_i^f1-2f2分别为混频检测信号一阶和频与差频分量的幅值；N为单次仿真中的检测信号提取个数；变异系数D₁作为一个偏小型指标，其值越小，混频分量的强度越高；对于两混频分量的一致性，利用相关系数D₂进行评价；

式中，和分别表示一阶和频与差频分量幅值的平均值；M为仿真模拟次数；相关系数D₂作为一个偏大型指标，其值越大，两一阶混频分量幅值的差异性越小；

步骤一：选择混频励磁方式；混频激励方式分为两种，一种是在单激励线圈中通入高低频叠加的交变电信号，另一种是分别在两激励线圈中通入一个高频交变电信号和一个低频交变电信号；对比两种混频激励方式对电磁混频检测的影响，从而优选较优的混频励磁方式；

步骤二：选择磁芯材料；磁芯结构在电磁传感器中用于增强激励与检测线圈的电磁感应强度，提高激励电压的磁场转换效率；利用检测信号混频分量幅值计算两个混频特征参数，用于分析磁芯材料对混频效应的影响；

步骤三：优化磁极高度；根据电磁混频效应对磁极高度进行优选；考虑传感器的外形尺寸，磁极间距和磁极形状不变，磁极高度的区间在16mm-28mm的范围内；

步骤四：优化磁极间距；与步骤三相似，磁极高度和磁极形状不变，将磁极间距的优化区间控制为30mm-42mm，基于有限元模型，根据两混频特征参数随磁极间距变化的结果，选择磁极间距值；

步骤五：优化磁极形状；与步骤三相似，磁极高度和磁极间距不变，改变磁芯与被测试件接触的位置处磁极的形状；此时，磁芯与被测试件接触截面积会发生变化，试件内的磁通量会随之改变；根据两混频特征参数随磁极间距形状变化的结果，选择磁极形状；

步骤六：优化混频信号采集方式；在进行电磁混频检测时，被测试件上的磁化场强度在随时间变化的同时，也会因检测位置的差异而不同；在混频激励方式与磁芯结构选定的条件下，选择混频信号检测线圈的位置。

4.根据权利要求2所述的一种铁磁材料早期损伤检测用高灵敏度电磁混频传感器，其特征在于：步骤六中，两种电磁混频检测方式分别是将检测线圈绕于磁极底部，以及绕于磁极下方的被测试件上；根据两种检测位置混频特征参数的对比结果，选择混频检测位置。