專利名稱：調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無損檢測裝置，具體涉及一種調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的
直O(jiān)
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的錨桿檢測方法相比，磁致伸縮導波檢測范圍大，檢測精度高，尤其可以檢 測到常規(guī)檢測方法無法檢測到的區(qū)域，同時磁致伸縮導波檢測無需耦合，操作簡單，可以在 高溫腐蝕等惡劣環(huán)境下長期狀態(tài)檢測?；谶@些優(yōu)點，磁致伸縮導波檢測廣泛應用于水利 水電、城市建設、公路鐵路建設等工程的錨桿錨固工程檢測中。在磁致伸縮導波檢測技術(shù) 中，合適的靜態(tài)偏置磁場強度是實現(xiàn)檢測的重要條件。其中偏置磁場的作用是保證電信號 和機械波的頻率相同，提高磁致伸縮效應電能和機械能的換能效率，是實現(xiàn)檢測的關(guān)鍵因 素之一。為了確定偏置磁場強度的大小，調(diào)節(jié)磁致伸縮效應使檢測系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，可 由電磁鐵或者永久磁鐵兩種方式來對偏置磁場進行調(diào)節(jié)。對比兩種方法的特點，電磁鐵操 作簡單，但是會引入很大有源噪聲，對信號產(chǎn)生很大干擾，永久磁鐵磁場穩(wěn)定，但是磁場大 小不好控制，使用不方便，專利申請?zhí)?00810196822. 6提出一種測定導波檢測工作點的方 法，但是只說可以調(diào)節(jié)永久磁鐵或者電磁鐵可以調(diào)節(jié)磁場大小，但是對于如何調(diào)節(jié)磁場沒 有給出具體實現(xiàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的裝置，該裝置應用 于基于磁致伸縮效應的錨桿檢測，使激勵和接收線圈工作在同一個靜態(tài)偏置磁場中，磁化 狀態(tài)一致，通過調(diào)節(jié)靜態(tài)偏置磁場強度，調(diào)節(jié)傳感器電能和機械能的換能效率，使檢測系統(tǒng) 工作在最佳狀態(tài)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是本發(fā)明包括磁致伸縮傳感器部件、縱向靜態(tài)偏置磁場部件和千分尺調(diào)節(jié)裝置；其 中1)磁致伸縮傳感器部件；包括激勵線圈、接收線圈、線圈軸、屏蔽套筒、屏蔽端蓋； 在線圈軸兩端的凹槽內(nèi)分別繞有激勵線圈和接收線圈，線圈軸安裝于屏蔽套筒和兩端的屏 蔽端蓋中，激勵線圈和接收線圈的導線的端頭，沿線圈軸兩端的導槽經(jīng)線圈軸端部的穿線 孔和屏蔽端蓋穿線孔后，再與外部電路連接，被測錨桿安裝在線圈軸孔內(nèi)；2)縱向靜態(tài)偏置磁場部件；包括兩塊可換鞍片、兩塊連接塊、兩塊下軟鐵磁軛、兩 塊永磁體、上軟鐵磁軛、滑塊；兩塊可換鞍片布置在磁致伸縮傳感器部件的兩側(cè)并與被測錨 桿相接觸，每塊可換鞍片從下至下分別依次設有連接塊、下軟鐵磁軛和永磁體，兩端的永磁 體上共設一塊上軟鐵磁軛，向內(nèi)伸出的兩塊下軟鐵磁軛之間留有縫隙；3)千分尺調(diào)節(jié)裝置包括千分尺，滑塊和固定塊；兩塊下軟鐵磁軛縫隙間設有一 塊能在兩塊下軟鐵磁軛導軌槽上移動的滑塊，滑塊外側(cè)設有與千分尺連接的連接軸，千分尺測量桿上開有與連接軸相連的通孔，固定塊安裝在其中一塊的下軟鐵磁軛上，千分尺的 測量桿穿過固定塊的孔后，與滑塊上的連接軸連接。所述的縫隙為10mm 30mm的空氣間隙。所述的可換鞍片與錨桿相接觸的圓弧槽的圓弧直徑根據(jù)被測工件設定。所述的縱向靜態(tài)偏置磁場部件中的可換鞍片、連接塊、下軟鐵磁軛、上軟鐵磁軛和 千分尺調(diào)節(jié)部件中的滑塊均為軟鐵材料，千分尺調(diào)節(jié)部件中的千分尺和固定塊均為鋁合金 材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明的技術(shù)原理是偏置磁場的磁化強度影響磁致伸縮換能效率，對于鐵磁性材 料，換能效率與偏置磁場的磁化強度存在類似拋物線的關(guān)系。傳統(tǒng)確定偏置磁場強度的方 法是根據(jù)設計者經(jīng)驗來確定，專利申請?zhí)?00810196822. 6提出一種測定導波檢測工作點 的方法，但是只說可以調(diào)節(jié)永久磁鐵或者電磁鐵可以調(diào)節(jié)磁場大小，但是對于如何調(diào)節(jié)磁 場沒有給出具體實現(xiàn)方法。本發(fā)明提出通過控制磁路回路氣隙的大小來調(diào)節(jié)永磁體偏置磁 場大小，間隙大小可測，標記明確。將激勵線圈和接收線圈放置在同一個偏置磁場下，使錨 桿內(nèi)部磁疇偏轉(zhuǎn)角度一致，具有最佳的機械能、電能換能效率。該方法使用操作簡單，安全。


圖1是磁致伸縮錨桿檢測系統(tǒng)的安裝示意圖。圖2是偏置磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是激勵線圈和接收線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明應用于直徑20mm錨桿檢測系統(tǒng)的檢測信號。圖5是回路氣隙對應偏置磁場大小對檢測系統(tǒng)工作狀態(tài)的關(guān)系曲線。圖中1、錨桿；2、可換鞍片；3、連接塊；4、下軟鐵磁軛；5、永磁體；6、上軟鐵磁軛； 7、滑塊；8、千分尺；9、固定塊；10、激勵線圈；11、線圈軸；12、接收線圈；13、屏蔽套筒；14、 導軌槽；15、凸臺；16、連接軸；17、線圈軸通孔；18、導槽；19、穿線孔；20、屏蔽端蓋；21、屏 蔽端蓋穿線孔；22、電磁脈沖信號；23、首個非電磁脈沖信號。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括磁致伸縮傳感器部件、縱向靜態(tài)偏置磁場部件 和千分尺調(diào)節(jié)裝置；其中1)磁致伸縮傳感器部件；包括激勵線圈10、接收線圈12、線圈軸11、屏蔽套筒13、 屏蔽端蓋20 ；在線圈軸11兩端的凹槽內(nèi)分別繞有激勵線圈10和接收線圈12，線圈軸11安 裝于屏蔽套筒13和兩端的屏蔽端蓋20中，激勵線圈10和接收線圈12的導線的端頭，沿線 圈軸11兩端的導槽18經(jīng)線圈軸端部的穿線孔19和屏蔽端蓋穿線孔21后，再分別與外部 激勵電路和接收電路連接，被測錨桿1安裝在線圈軸11孔內(nèi)；2)縱向靜態(tài)偏置磁場部件；包括兩塊可換鞍片2、兩塊連接塊3、兩塊下軟鐵磁軛 4、兩塊永磁體5、上軟鐵磁軛6、滑塊7 ；兩塊可換鞍片2布置在磁致伸縮傳感器部件的兩側(cè) 并與被測錨桿1相接觸，每塊可換鞍片2從下至下分別依次設有連接塊、下軟鐵磁軛4和永磁體5，兩端的永磁體5上共設一塊上軟鐵磁軛6，向內(nèi)伸出的兩塊下軟鐵磁軛4之間留有 縫隙；靜態(tài)偏置磁場由換鞍片2、兩塊連接塊3、兩塊下軟鐵磁軛4、兩塊永磁體5、上軟鐵磁 軛6、滑塊7結(jié)構(gòu)組成。永磁體5采用釹鐵硼材料，充磁強度為N35，但不局限為N35，可以根 據(jù)實際需求進行調(diào)整，永磁體5形狀為立方體，大小可以根據(jù)實際需要選擇。充磁方向為豎 直方向，左右兩塊永磁體的正向相反，永磁體5與兩塊下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁軛6、導軌7 結(jié)構(gòu)組成的磁路形成回路。永磁體5尺寸不宜過小，永磁體兩級之間尺寸過小時會在永磁 體端部形成小回路，使通過永磁體5、下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁軛6、導軌7回路中磁通量減 少。3)千分尺調(diào)節(jié)裝置包括千分尺8，滑塊7和固定塊9 ；兩塊下軟鐵磁軛4縫隙間 設有一塊能在兩塊下軟鐵磁軛導軌槽14上移動的滑塊7，滑塊7外側(cè)設有與千分尺連接的 凸臺15和連接軸16，千分尺8測量桿上開有與連接軸16相連的通孔，固定塊9安裝在其中 一塊的下軟鐵磁軛4上，千分尺8的測量桿穿過固定塊9的孔后，與滑塊7上的連接軸16 連接。所述的縫隙為10mm 30mm的空氣間隙。通過調(diào)節(jié)千分尺8尾部螺旋，使千分尺 測量桿縱向移動，在移動過程中，測量桿帶著連接軸16和滑塊7 —起移動，滑塊移動使一側(cè) 的下軟鐵磁軛與滑塊7的之間產(chǎn)生回路氣隙。使永磁體5與兩塊下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁 軛6、導軌7結(jié)構(gòu)組成的磁回路被回路氣隙截斷。形成兩條支路，一條由永磁體5與兩塊下 軟鐵磁軛4、上軟鐵磁軛6、導軌7和回路氣隙組成，另外一條由錨桿1、可換鞍片2、連接塊 3、下軟鐵磁軛4、永磁體5、上軟鐵磁軛6組成。磁路將總是沿著磁阻小的方向傳播。隨著 回路氣隙的增大，回路氣隙的磁阻增大，磁路沿著永磁體5與兩塊下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁 軛6、導軌7和回路氣隙回路的分路磁通量減小，而沿著錨桿1、可換鞍片2、連接塊3、下軟 鐵磁軛4、永磁體5、上軟鐵磁軛6回路的分路磁通量增加，錨桿上靜態(tài)偏置磁場場強增加， 這樣就將對靜態(tài)磁場場強的控制轉(zhuǎn)化為對磁回路回路氣隙距離的控制，當回路氣隙距離為 0時，磁路將全部在永磁體5、兩塊下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁軛6、導軌7回路中通過，則通過 錨桿1、可換鞍片2、連接塊3的磁通量幾乎沒有，錨桿1上的縱向靜態(tài)偏置磁場場強幾乎為 0，當回路氣隙距離逐漸增大到最大值時，回路氣隙的磁阻達到最大值，則通過永磁體5、兩 塊下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁軛6、導軌7和回路氣隙回路的磁通量達到最小值，而沿著錨桿1、 可換鞍片2、連接塊3、下軟鐵磁軛4、永磁體5 ；上軟鐵磁軛6回路的磁通量達到最大值。錨 桿上靜態(tài)偏置磁場場強達到最大值。所述的可換鞍片2與錨桿相接觸的圓弧槽的圓弧直徑根據(jù)被測工件設定。保證鞍 片2與錨桿1之間接觸配合。所述的縱向靜態(tài)偏置磁場部件中的可換鞍片2、連接塊3、下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁 軛6和千分尺調(diào)節(jié)部件中的滑塊7均為軟鐵材料，千分尺調(diào)節(jié)部件中的千分尺8和固定塊 9均為鋁合金材料。作為本發(fā)明的衍生，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)千分尺8尾部螺旋，當回路氣隙距離為0時，磁路將 全部在永磁體5、兩塊下軟鐵磁軛4、上軟鐵磁軛6、導軌7回路中通過，鞍片處磁力線很少幾 乎為0，對外不表現(xiàn)磁性，方便偏置磁鐵安裝拆卸，存放安全。以下結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供一個實施例。錨桿直徑為20mm，兩塊下軟鐵磁軛之間空氣間隙為10mm。在激勵線圈10中通過
5頻率60khz，周期個數(shù)4的半正弦波信號，由磁致伸縮效應，在錨桿1上激勵出超聲導波信 號，超聲導波信號的反射信號又通過逆磁致伸縮效應，在接收線圈12上產(chǎn)生一個包含錨桿 物理信息的信號。將接收線圈12導線的端頭連接收電路，采集到的信號經(jīng)過放大、平均、濾 波等信號處理后，接入示波器可以讀到如圖4所示信號，包括電磁脈沖信號22，首個非電磁 脈沖信號23。記錄圖4中首個非電磁脈沖信號23的峰峰值Vpp來標記傳感器系統(tǒng)的工作 狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)千分尺8尾部螺旋，使千分尺測量桿縱向移動，在移動過程中，測量桿帶著 連接軸16和滑塊7—起移動，滑塊移動使一側(cè)的下軟鐵磁軛與滑塊7的產(chǎn)生回路氣隙發(fā)生 改變，錨桿1上的縱向靜態(tài)偏置磁場大小隨著發(fā)生改變，首個非電磁脈沖信號23的峰峰值 Vpp隨著發(fā)生改變。記錄不同回路氣隙值對應的Vpp值，得到下軟鐵磁軛4與滑塊7間隙和 錨桿檢測接收信號的關(guān)系曲線圖5，Vpp最大值對應點的錨桿1縱向靜態(tài)偏置磁場值為該系 統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的裝置，其特征在于包括磁致伸縮傳感器部件、縱向靜態(tài)偏置磁場部件和千分尺調(diào)節(jié)裝置；其中1)磁致伸縮傳感器部件；包括激勵線圈(10)、接收線圈(12)、線圈軸(11)、屏蔽套筒(13)、屏蔽端蓋(20)；在線圈軸(11)兩端的凹槽內(nèi)分別繞有激勵線圈(10)和接收線圈(12)，線圈軸(11)安裝于屏蔽套筒(13)和兩端的屏蔽端蓋中，激勵線圈(10)和接收線圈(12)的導線的端頭，沿線圈軸(11)兩端的導槽經(jīng)線圈軸端部的穿線孔和屏蔽端蓋穿線孔后，再分別與外部激勵電路和接收電路連接，被測錨桿(1)安裝在線圈軸(11)孔內(nèi)；2)縱向靜態(tài)偏置磁場部件；包括兩塊可換鞍片、兩塊連接塊、兩塊下軟鐵磁軛、兩塊永磁體、上軟鐵磁軛(6)、滑塊(7)；兩塊可換鞍片布置在磁致伸縮傳感器部件的兩側(cè)并與被測錨桿(1)相接觸，每塊可換鞍片從下至下分別依次設有連接塊、下軟鐵磁軛和永磁體，兩端的永磁體上共設一塊上軟鐵磁軛(6)，向內(nèi)伸出的兩塊下軟鐵磁軛之間留有縫隙；3)千分尺調(diào)節(jié)裝置包括千分尺(8)，滑塊(7)和固定塊(9)；兩塊下軟鐵磁軛縫隙間設有一塊能在兩塊下軟鐵磁軛導軌槽上移動的滑塊(7)，滑塊(7)外側(cè)設有與千分尺連接的連接軸(16)，千分尺(8)測量桿上開有與連接軸(16)相連的通孔，固定塊(9)安裝在其中一塊的下軟鐵磁軛上，千分尺(8)的測量桿穿過固定塊(9)的孔后，與滑塊(7)上的連接軸(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的裝置，其特征在于 所述的縫隙為IOmm 30mm的空氣間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的裝置，其特征在于 所述的可換鞍片與錨桿相接觸的圓弧槽的圓弧直徑根據(jù)被測工件設定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的裝置，其特征在于 所述的縱向靜態(tài)偏置磁場部件中的可換鞍片、連接塊、下軟鐵磁軛、上軟鐵磁軛(6)和千分 尺調(diào)節(jié)部件中的滑塊(7)均為軟鐵材料，千分尺調(diào)節(jié)部件中的千分尺(8)和固定塊(9)均 為鋁合金材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)節(jié)磁致伸縮檢測縱向靜態(tài)磁場的裝置。包括磁致伸縮傳感器部件、縱向靜態(tài)偏置磁場部件和千分尺調(diào)節(jié)裝置。被測錨桿安裝在磁致伸縮傳感器部件的線圈軸孔內(nèi)；縱向靜態(tài)偏置磁場部件中的兩塊可換鞍片布置在磁致伸縮傳感器部件的兩側(cè)被測錨桿相接觸；千分尺調(diào)節(jié)裝置能調(diào)節(jié)兩塊下軟鐵磁軛之間磁路回路氣隙的距離。本發(fā)明提出通過控制磁路回路氣隙的大小來調(diào)節(jié)永磁體偏置磁場大小，間隙大小可測，標記明確。將激勵線圈和接收線圈放置在同一個偏置磁場下，使錨桿內(nèi)部磁疇偏轉(zhuǎn)角度一致，具有最佳的機械能、電能換能效率。該方法使用操作簡單，安全。
文檔編號G01N29/14GK101852775SQ20101019592
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者呂福在, 王飛, 竺冉, 項貽強 申請人:浙江大學