[发明专利]交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器结构参数的优化方法

说明书

本发明属于无损检测相关技术领域，其公开了一种交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器结构参数的优化方法，该方法包括以下步骤：(1)提供实验平台，并分别确定所述实验平台中的激励传感器的最佳激励偏置磁场强度及接收传感器的最佳接收偏置磁场强度；(2)基于最佳激励偏置磁场强度、最佳接收偏置磁场强度及固定覆盖率，分别确定激励传感器的环形线圈的最佳线径及接收传感器的环形线圈的最佳线径；(3)分别基于得到的最佳线径及磁场强度计算公式计算得到激励传感器的环形线圈的设计匝数及接收传感器的环形线圈的设计匝数，由此完成结构参数的优化，所述结构参数包括环形线圈的线径及匝数。本发明提高了传感器的换能效率，适用性较强。

技术领域

本发明属于无损检测相关技术领域，更具体地，涉及一种交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器结构参数的优化方法。

背景技术

目前，常用的磁致伸缩导波传感器分为非接触式和接触式两种类型，非接触式磁致伸缩导波传感器利用电磁耦合效应来实现非物理接触，仅适用于铁磁性构件的检测。接触式磁致伸缩导波传感器通过耦合剂将高饱和磁致伸缩带产生的振动传递到待测构件，不仅适用于铁磁性构件的检测，也适用于非铁磁性构件的检测。

在利用接触式磁致伸缩导波传感器激励和接收扭转导波时需要为磁致伸缩带提供偏置磁场，目前主要有两种形式的偏置磁场。一种是利用永磁铁在磁致伸缩带中产生静态偏置磁场，这种形式的偏置磁场虽然稳定，但磁场强度不可控且永磁铁不方便携带以及安装；一种是利用预磁化磁致伸缩带的剩磁来提供静态偏置磁场，这种形式的偏置磁场不稳定，会随时间发生衰减，不适用于进行长期监测，如专利US7573261B1公开了一种交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器，该传感器由高饱和磁致伸缩带、环形线圈和螺线管线圈三部分组成，环形线圈绕制在高饱和磁致伸缩带上，环形线圈中通直流电流，在磁致伸缩带中产生周向静态偏置磁场，可以通过调节环形线圈中电流的大小改变偏置磁场强度。

然而，在交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器中，高饱和磁致伸缩带的振动需要通过耦合剂和环形线圈传递到待测构件，环形线圈的结构参数直接影响到传感器的换能效率，因此环形线圈结构参数的设置尤为重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器结构参数的优化方法，其基于交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器的环形线圈的特点，研究及设计了一种能够提高传感器的换能效率的交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器结构参数的优化方法。所述优化方法优化得到环形线圈的线径和匝数，由此提高了传感器的换能效率，适用性较强，灵活性较好。

为实现上述目的，本发明提供了一种交叉线圈式磁致伸缩扭转导波传感器结构参数的优化方法，该优化方法包括以下步骤：

(1)提供实验平台，并分别确定所述实验平台中的激励传感器的最佳激励偏置磁场强度及接收传感器的最佳接收偏置磁场强度；

(2)基于最佳激励偏置磁场强度、最佳接收偏置磁场强度及固定覆盖率，分别确定激励传感器的环形线圈的最佳线径及接收传感器的环形线圈的最佳线径；

(3)分别基于得到的最佳线径及磁场强度计算公式计算得到激励传感器的环形线圈的设计匝数及接收传感器的环形线圈的设计匝数，由此完成结构参数的优化，所述结构参数包括环形线圈的线径及匝数。

进一步地，固定接收传感器的偏置磁场强度后，获取激励传感器的换能曲线，进而确定激励传感器的最佳激励偏置磁场强度。

进一步地，固定激励传感器的偏置磁场强度后，获取接收传感器的换能曲线，进而确定接收传感器的最佳接收偏置磁场强度。

进一步地，步骤(2)中，将激励传感器的偏置磁场强度固定为最佳激励偏置磁场强度，接收传感器的偏置磁场强度固定为最佳接收偏置磁场强度，固定覆盖率为一定值。

进一步地，覆盖率的计算公式为：