[发明专利]一种铁磁构件无方向交流电磁场应力测量传感器

说明书

本发明涉及一种铁磁构件无方向交流电磁场应力测量传感器，包括：包括正交激励模块和正交检测模块，所述正交激励模块包括两个激励线圈和两个U型骨架，所述正交激励模块用于在被检工件表面感生匀速旋转的匀强交流电磁场，所述正交检测模块包括四个检测线圈和一个检测骨架，所述正交检测模块用于拾取工件表面应力信息。本发明两个激励线圈互相正交且分别通以频率/幅度相同、相位差90度的正弦信号，产生旋转匀强交流电磁场，使得传感器对任何方向应力均具有较高检测灵敏度，两组正交线圈组相差45度角互相垂直放置构成检测单元，实现一次扫查便可判定主应力方向，同时提高了传感器的测量效率和灵敏度。

技术领域

本发明涉及无损应力测量领域，尤其涉及一种铁磁构件无方向交流电磁场应力测量传感器。

背景技术

铁磁构件广泛应用于航空航天、高速铁路、建筑、造船及汽车等行业，构件在服役过程中受外部载荷和周围环境等影响极易产生应力集中，导致构件使用性能改变最终萌生微裂纹，因此需要测量构件的应力集中状态尤其是裂纹产生前的临界应力-应变状态。

目前，铁磁构件应力的无损测量技术有多种，其中金属磁记忆检测技术可以检测应力状态以及确定构件应力集中部位，但量化测量尚有不足。X射线衍射法对构件表面宏观或微观残余应力较为敏感，但检测效果受材料晶粒度影响大且设备价格昂贵。超声测量法必须使用耦合剂且检测结果受材料组织结构影响较大。中国专利ZL201310469512.8提出了一种铁磁构件应力测量装置及其测量方法，提高了应力测量速度且该方法可以判定主应力方向，但只对构件主应力方向敏感且需要进行多次扫查才能确定主应力方向，不适用一些需要高效率、高灵敏度且应力方向未知的检测场合。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种铁磁构件无方向交流电磁场应力测量传感器，两个激励线圈互相正交且分别通以频率/幅度相同、相位差90度的正弦信号，产生旋转匀强交流电磁场，使得传感器对任何方向应力均具有较高检测灵敏度，两组正交线圈组相差45度角互相垂直放置构成检测单元，实现一次扫查便可判定主应力方向，同时提高了传感器的测量效率和灵敏度。

为至少解决上述技术问题之一，本发明采取的技术方案为：

一方面，本发明提出了一种铁磁构件无方向交流电磁场应力测量传感器，包括正交激励模块和正交检测模块，所述正交激励模块包括两个激励线圈和两个U型骨架，所述正交激励模块用于在被检工件表面感生匀速旋转的匀强交流电磁场，所述正交检测模块包括四个检测线圈和一个检测骨架，所述正交检测模块用于拾取工件表面应力信息。

进一步的，两个所述U型骨架正交放置且几何中心重合，两个所述U型骨架的长度、宽度、厚度、高度、横截面积及体积相等，所述U型骨架材质为锰锌铁氧体或电工纯铁。

进一步的，两个所述激励线圈分别缠绕在两个所述U型骨架水平部分且呈正交关系，两个所述激励线圈的中心轴线互相垂直且相交，两个所述激励线圈的几何中心重合，两个所述激励线圈的长度、宽度、厚度、匝数、电阻、电感、横截面积和体积值相同。

进一步的，四个所述检测线圈沿所述检测骨架周向交叉缠绕在所述检测骨架上且缠绕方向一致，四个所述检测线圈的几何中心重合，四个所述检测线圈横截面之间夹角为45度，其中两个呈正交放置的所述检测线圈构成一组正交检测线圈组，另两个呈正交放置的所述检测线圈构成另一组正交检测线圈组，两组所述正交检测线圈组之间夹角为45度。

进一步的，四个所述检测线圈的长度、宽度、厚度、匝数、电阻、电感、横截面积和体积值相同，四个所述检测线圈的形状为矩形或者圆形，四个所述检测线圈纵向截面积均小于所述检测骨架纵向截面积。

进一步的，所述检测骨架的形状为圆柱体形或者球形，所述检测骨架由绝缘材料制成，所述检测骨架刻有八个矩形槽，且八个所述矩形槽呈“米”型周向分布于所述检测骨架上。

进一步的，两个所述激励线圈与四个所述检测线圈的几何中心在一条直线上，四个所述检测线圈的纵截面均经过两个所述激励线圈的几何中心。