CN207379978U - 一种基于脉冲涡流的电导率仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于脉冲涡流的电导率仪，包括电涡流传感探头、方波脉冲发生器、功率放大器、信号放大器和处理器，所述方波脉冲发生器通过功率放大器与电涡流传感探头的输入端相连，所述电涡流传感探头的输出端通过信号放大器与处理器相连，所述处理器还与方波脉冲发生器相连；所述处理器将电涡流传感探头产生的传感信号与参考信号进行处理得到电导率值。本实用新型能够提高对不规则表面工件的电导率测量的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属电导率测量技术领域，特别是涉及一种基于脉冲涡流的电导率仪。
背景技术
导电性是金属材料的基本属性，电导率是金属材料的一项基本物理参数。它与金属的组成成分、工作状态、温度等密切相关。在无损检测领域，常可通过测量电导率判断金属工件的受力、疲劳或热处理状态。金属电导率测量方法主要有四电极法和电涡流法，其中，电涡流法具有灵敏度高、操作简便等优点。
多数的涡流电导率测量仪使用单频正弦激励，通过测量线圈阻抗幅值与(或)相角的变化，通过标定获得电导率值。但是，提离距离、探头倾斜、工件粗糙度、工件表面曲率对耦合具有很大影响，从而也影响了线圈的阻抗，造成测量误差。有些为了适应工件表面的曲率变化，要求探头做得很小以更好地与被测工件贴合，这给具有不规则表面的工件的电导率测量带来很极高的要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于脉冲涡流的电导率仪，能够提高对不规则表面工件的电导率测量的准确性。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于脉冲涡流的电导率仪，包括电涡流传感探头、方波脉冲发生器、功率放大器、信号放大器和处理器，所述方波脉冲发生器通过功率放大器与电涡流传感探头的输入端相连，所述电涡流传感探头的输出端通过信号放大器与处理器相连，所述处理器还与方波脉冲发生器相连；所述处理器将电涡流传感探头产生的传感信号与参考信号进行处理得到电导率值。
所述功率放大器的放大倍数为10。
所述处理器为ARM处理器，至少具有两路模拟信号输入端，且内部AD至少具有16位以上的分辨率。
所述电涡流传感探头包括激励线圈、磁传感器和外壳；所述激励线圈安装在外壳内部，并且使激励线圈的测量端面受到所述外壳保护；所述磁传感器置于所述激励线圈的中心，并靠近测量端面的一端；所述激励线圈通过导线与功率放大器的输出端相连，所述磁传感器的输出端通过导线与信号放大器的输入端相连。
所述激励线圈为空心线圈，由漆包线绕制，漆包线直径0.19mm。
所述激励线圈的高度大于外径，外径为16mm，内径为6mm，高度为20mm。
所述磁传感器为线性霍尔传感器，测量磁场方向为激励线圈轴线方向。
所述外壳采用非金属材料制成。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型通过处理器对测量信号与参考信号进行比较，利用两者的差分信号得到电导率，使得最终的测量结果不受工件表面粗糙度、表面曲率和不规则性的影响，同时也不受提离效应影响，提离变化0～2mm，测量误差1％以下，还不受工作厚度影响，当电涡流趋肤深度大于工作厚度时，测量结果仍然准确，误差在2％以下。另外，本实用新型的测试探头具有外壳可以有效对测量端面进行保护，从而确保测试的准确性。
附图说明
图1是本实用新型的结构方框图；
图2是本实用新型中电涡流传感探头的结构示意图；
图3是本实用新型实施例中参考曲线和测量曲线图；
图4是本实用新型实施例中差分信号和差分延拓信号图；
图5是本实用新型实施例中的差分延拓信号的幅频曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实用新型的实施方式涉及一种基于脉冲涡流的电导率仪，如图1所示，包括电涡流传感探头、方波脉冲发生器、功率放大器、信号放大器和处理器，所述方波脉冲发生器通过功率放大器与电涡流传感探头的输入端相连，所述电涡流传感探头的输出端通过信号放大器与处理器相连，所述处理器还与方波脉冲发生器相连；所述处理器将电涡流传感探头产生的传感信号与参考信号进行处理得到电导率值。
如图2所示，所述电涡流传感探头包括激励线圈、磁传感器和外壳；所述激励线圈安装在外壳内部，并且使激励线圈的测量端面受到所述外壳保护；所述磁传感器置于所述激励线圈的中心，并靠近测量端面的一端；所述激励线圈通过导线与功率放大器的输出端相连，所述磁传感器的输出端通过导线与信号放大器的输入端相连。值得一提的是，本实施方式中两根导线放置于电缆4内，通过电缆4与功率放大器和信号放大器连接，从而使得接线更为简单方便。
本实施方式中，激励线圈采用空心线圈，并由漆包线绕制，且激励线圈的高度大于外径，本实施方式中外径为16mm，内径为6mm，高度为20mm。磁传感器采用线性霍尔传感器，其测量磁场方向为线圈轴线方向。外壳采用非金属材料制成，如可以选用塑料或聚四氟乙烯等。方波脉冲发生器用于产生一定频率和一定占空比的方波信号，在本实施方式中，方波频率为120Hz，占空比为0.2，电压峰峰值为2V，产生的方波信号经过功率放大器加载于激励线圈，在本实施方式中，功率放大器的放大倍数为10。在激励线圈的作用，磁传感器开始工作检测磁场信号，并将检测到的磁场信号经信号放大器放大后传输到处理器中进行AD转换。本实施方式中，处理器采用ARM处理器，至少具有两路模拟信号输入端，其中，一路用于接收磁传感信号，另一路用于接收参考信号，并且该ARM处理器内部AD至少具有16位以上的分辨率。
下面通过具体的实施例来进一步说明本实用新型。
测量时，先将电涡流传感探头置于空气中，采集得到一组磁场信号，并对其归一化处理，这组信号为参考信号。然后将电涡流传感探头接近被测试件，采集得到另一组磁场信号，也对其归一化处理，这组信号称为测量信号，两者曲线如图3所示。测量信号与参考信号进入ARM处理器后，先进行差分处理得到两者的差分信号，该差分信号经过信号延拓得到差分延拓信号(见图4)，对差分延拓信号进行FFT变换得到差分信号的幅频曲线(见图5)。值得注意的是，利用ARM处理器进行差分处理、信号延拓处理以及FFT变换处理均是现有技术，本申请未对上述处理过程进行改进因此不做赘述。
在一个实施例中，ARM处理器的AD转换精度为16位，一组信号长度为8192个数据，延拓倍数为8。在另一个实施例中，AD转换精度为16位，一组信号长度为8192个数据，延拓倍数为32。
计算特征频率点的幅值比，在一个实施例中，特征频率点为f2和f4，计算的幅值比γ＝Af2/Af4，Af2为特征频率点为f2的幅值，Af4为特征频率点为f4的幅值。在另一个实施例中，特征频率点为f3和f5，计算的幅值比γ＝Af3/Af5，Af3为特征频率点为f3的幅值，Af5为特征频率点为f5的幅值。根据幅值比γ和标定数据即可得到被测试件的电导率。在一个实施例中，电导率与幅值比的表达式为：δ＝0.2765γ3-1.28γ2+2.0114γ-1.0512。需要说明的是，利用ARM处理器进行数学运算是一种非常成熟的现有技术。
基于脉冲涡流的电导率测量仪对非铁磁性金属电导率进行测量，测量结果不受提离距离、粗糙度、曲率、表面不规则性等影响，对提离有很大的适应能力，稳定性高、测量结果准确，可用于测量金属的电导率或者检测工件疲劳、受力或者腐蚀等可能引起电导率变化的状况。
Claims (8)
1.一种基于脉冲涡流的电导率仪，包括电涡流传感探头、方波脉冲发生器、功率放大器、信号放大器和处理器，其特征在于，所述方波脉冲发生器通过功率放大器与电涡流传感探头的输入端相连，所述电涡流传感探头的输出端通过信号放大器与处理器相连，所述处理器还与方波脉冲发生器相连；所述处理器将电涡流传感探头产生的传感信号与参考信号进行处理得到电导率值。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲涡流的电导率仪，其特征在于，所述功率放大器的放大倍数为10。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲涡流的电导率仪，其特征在于，所述处理器为ARM处理器，至少具有两路模拟信号输入端，且内部AD至少具有16位以上的分辨率。
4.根据权利要求1所述的基于脉冲涡流的电导率仪，其特征在于，所述电涡流传感探头包括激励线圈、磁传感器和外壳；所述激励线圈安装在外壳内部，并且使激励线圈的测量端面受到所述外壳保护；所述磁传感器置于所述激励线圈的中心，并靠近测量端面的一端；所述激励线圈通过导线与功率放大器的输出端相连，所述磁传感器的输出端通过导线与信号放大器的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的基于脉冲涡流的电导率仪，其特征在于，所述激励线圈为空心线圈，由漆包线绕制，漆包线直径0.19mm。
6.根据权利要求4所述的基于脉冲涡流的电导率仪，其特征在于，所述激励线圈的高度大于外径，外径为16mm，内径为6mm，高度为20mm。
7.根据权利要求4所述的基于脉冲涡流的电导率仪，其特征在于，所述磁传感器为线性霍尔传感器，测量磁场方向为激励线圈轴线方向。
8.根据权利要求4所述的基于脉冲涡流的电导率仪，其特征在于，所述外壳采用非金属材料制成。
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