基于基波检测的正交磁通门传感器研究

发布时间：2020-08-31 16:43

　　管道运输业作为五大运输业之一,具有着连续、经济、低损耗、环境适应性强等诸多优点。但是,随着管龄的增长,管壁出现损伤是不可避免的。为了防止管壁损伤带来的安全隐患和经济损失,漏磁检测作为常用的方法被用于管壁损伤的高效排查。而磁敏传感器作为漏磁检测系统的核心器件,对损伤检测的效果起着重要作用。基波正交磁通门传感器是一种利用磁调制原理,工作在基波模式下的正交磁通门磁传感器,相比传统的霍尔元件磁传感器,它具有灵敏度高、定向性好、分辨率高、体积小、不易损坏等优点。本文调研了基波正交磁通门国内外研究现状后,基于其工作原理,开展基波正交磁通门传感器探头制作,设计系统电路,并对基波正交磁通门传感器优化,预期可以适用于漏磁检测系统。本文首先以基波正交磁通门工作原理为基础,用低矫顽力的钴基合金丝磁芯和漆包线绕制的线圈构造单磁芯单线圈的磁通门探头。进而,对基波正交磁通门传感器的激励电路和信号处理电路模块进行设计,并集成实验电路。随后,针对灵敏度优化制定实验方案,并依据实验方案探究激励参数(交流激励振幅I_(ac)、直流偏置I_(dc),交流激励频率f)与基波正交磁通门传感器灵敏度关系。实验结果表明,在保证基波工作模式下(I_(ac)I_(dc)),基波正交磁通门传感器灵敏度可以通过增加交流激励的振幅、减小直流偏置,并使交流激励频率选在谐振频率附近可以获得高灵敏度,优化后的灵敏度为53.004mV/μT,量程-51.7-51.7μT。考虑到基波正交磁通门传感器量程较小(与地磁场大小50.056μT相当),难以满足漏磁检测系统需求,引入积分反馈和直接反馈两种反馈机制来实现量程扩展。在反馈电阻为7kΩ时,积分反馈电路不仅没有降低基波正交磁通门传感器的灵敏度,而且把量程扩展了4.7倍。而受限于工作原理,采用直接反馈电路虽然能扩展量程,但会损害基波正交磁通门传感器灵敏度;直接反馈电阻增大到10kΩ时,尽管量程提高了2倍,但灵敏度却只保持原有的53.8%。可见,与直接反馈机制相比,积分反馈机制更适合于扩展基波正交磁通门传感器量程。本文研究为基波正交磁通门传感器应用于漏磁检测系统提供实验依据,为灵敏度优化和量程扩展提供有效方法。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U178;TP212
【部分图文】：

示意图,漏磁检测,系统原理,示意图

通过检测管道是否存在漏磁场发现缺陷的方法[9-11]，其检测原理如图1.1 所示，图（a）表示，正常无损管道面被磁化后，磁感应线均匀分布在管道壁内部，没有漏磁，磁传感器探头不会检测到漏磁场；图（b）表示，有损伤的管道壁磁化后，磁感应线会不规则分布，不仅分布在管壁内，还会分布在管道壁外，这就产生了漏磁现象，磁场传感器探头会测出漏磁大小。（a）（b）图 1.1 漏磁检测系统原理示意图Fig1.1 Principle diagram of magnetic leakage flux inspection漏磁检测技术中，操作者还可以根据对漏磁测量结果分析，推测出管道损伤形状、深度和位置等相关信息，而且漏磁检测具有检测速度快，效率高，精度准的优点，对缺陷可以进行量化处理

磁滞,回归线,软磁材料,磁芯

合肥工业大学专业硕士研究生学位论文的外磁场强度，即磁场强度大于 Hs 时，磁芯的磁感应强度将达到最大值 Bs，Bs又称作饱和磁化值；Br 代表剩余磁化值，即当外磁场不存在时，磁芯的磁感应强度值。一般磁通门磁芯材料会采用磁导率高，矫顽力小的软磁材料，因此为了分析方便，软磁材料的磁滞回归线可以进一步简化成如图 2.2（b），分段式简化模型。B

趋势图,磁芯,趋势,激励信号

（a）（b）图 2.3 （a）激励信号随时间变化趋势，（b）磁芯磁导率随时间变化趋势.3 (a) Dependence of excitation signal on time, (b) Dependence of permeability o以上分析，μ（t）是个周期偶函数，结合数学级数知识可知，μ（t）级数展开，且只有余弦分量；除此之外，图 2.3（b）显示μ（t）有直t）可以表示为： xiDitit1 cos 2 没有外磁场的情况下，即 Hx=0 时，将（4）式代入（1）式，可以得： NAitHtiitHdtdHHdtdHNAdtdtNAxiixiDieee cos2cos2sin2sin()0101222）

【参考文献】