专利名称：扫描样品无损检测多极激励场发生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种扫描SQUID或由其它磁性敏感元件组成多极无损检测系统的技术领域，其中包括敏感元件平衡，降低环境噪声和对被测样品中缺陷的分辨率等技术问题。
背景技术：
在超导技术研究中，扫描SQUID无损检测有着广泛的应用前景，而且是极具发展潜力。无损检测是材料、机械、航空等领域广泛使用的一种无破坏性鉴别被测物品是否存在缺陷的方法，虽然目前无损检测的方法很多，例如超声波检测、X射线检测、热波检测、涡流检测等，但是每一种方法都具有局限性，随着工业技术的不断发展，新的检测手段也在不断更新。SQUID无损检测正是这种新型检测技术的代表，由于它高的空间分辨率(200μm)和对深层缺陷检测的高灵敏度，使得它可能成为一种极具潜力的检测方法。这种检测方法利用SQUID传感元件，因此对缺陷的识别是建立在缺陷与磁场的对应关系上，通常有两种情况适合用这种检测方法，一种是对静态磁场的检测，一种是对涡流场的探测。有些材料的局部损伤如擦伤、疲劳、凹陷损伤或者受到外力作用发生应变后，会产生残余磁场，一般受应力越大，产生的残余磁场也越大，因此通过测量该磁场的分布就能判断出材料受损伤的程度。涡流检测是常规无损检测中的一种重要手段。但SQUID对涡流场的检测比常规的涡流检测具有更高的灵敏度和检测深度，例如对超过26mm深度的缺陷，常规无损检测是无能为力的。应用SQUID检测涡流场成像，这种方法可广泛用于检测无磁导体材料中的表面缺陷或深层缺陷。当电磁波在导体中传播时，根据愣次定律，导体中将产生涡流，涡流的分布及大小与导体的导电特性有关，如果导体中存在缺陷，该缺陷将严重影响导体的导电性能，例如导体块中如果存在裂缝，涡流在导体中流动时会绕过裂缝而重新分布，因此通过检测重新分布的涡流所产生的磁场，就可得到有关缺陷的信息。在实验中，绕制的电磁激发线圈为双D型线圈，即梯度线圈，它由对称的并且绕向相反的两个半圆环构成(也可选用其他类型的线圈)，例如圆形线圈或四极线圈等。当样品在SQUID与电磁线圈中间被扫描时，样品的边界以及存在缺陷的位置、涡电流的分布将有所改变，SQUID探测到的磁场分布也是有变化的，这些信号与样品中没有缺陷的其他位置的信号是有差别的。由于电磁波在材料中传播存在趋肤效应，而且电流向导体内部呈指数衰减J＝jse-d/δ，其中δ为趋肤深度，其物理含义是电磁波从材料表面进入到导体中深度为δ时，电磁波幅度减小到原来是1/e，其相位改变π。由于趋肤深度δ与频率f的平方根成反比，δ=503/fμσ,]]>其中μ和σ分别是导体材料的磁导率和电导率，因此如果要探测较深的缺陷，则必须使用较低的激发的频率，然而梯度线圈难以满足这样的要求。
实用新型内容针对上述存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种扫描样品无损检测多极激励场发生装置，该装置能够探测较深的缺陷。
为实现上述目的，本实用新型一种扫描样品无损检测多极激励场发生装置激励线圈的磁芯采用4片具有高磁导率的坡莫合金(1J85)叶片对接制成，每只叶片为U型，夹角为90°，所述叶片包括底边、竖边和横边，底边和竖边相互垂直，横边与竖边的夹角为120°～160°，4片横边的顶端之间间隔适当距离；所述叶片之间相互绝缘，叶片的底边和竖边上缠绕有漆包线，相邻两个叶片的上的漆包线缠绕方向相反。
进一步地，所述叶片至少包括一层。
本实用新型采用四极激发线圈代替双D型线圈，能够测量较深的缺陷，并且还具有如下优点①场随空间衰减更快，所以噪声小；②在SQUID器件处更易平衡；③只需要一个磁强计(省去了梯度计)即可，使器件工艺大大简化。
图1为本实用新型磁芯的结构示意图。
图2为本实用新型磁芯每个叶片展开的形状。
图3为激励场中线圈中电流方向和电流产生的磁场的方向示意图。
图4为扫描SQUID无损检测实验装置原理框图。
具体实施方式
本实用新型的核心是用多极激励线圈(四极激励线圈)代替常用的圆形或双D型的激励线圈，用于高温DC SQUID的无损检测实验。
如图1所示，本实用新型激励线圈的磁芯采用4片具有高磁导率的坡莫合金(1J85)叶片1对接制成，每只叶片1为U型，夹角为90°，叶片1包括底边2、竖边3和横边4，底边2和竖边3相互垂直，横边4与竖边3的夹角为120°～160°，4片横边4的顶端之间间隔适当距离；叶片1之间相互绝缘，叶片1的底边2、竖边3上缠绕有漆包线(未示出)，相邻两个叶片1上的漆包线缠绕方向相反，从而形成相邻两个叶片的磁极方向相反。具体的作法如下图2是四极激励线圈的磁芯叶片展开后的形状，材料为具有高磁导率的坡莫合金(1J85)，分别设计三个不同的线圈，其叶片的尺寸分别为2×2.4×0.4mm3，14×13×1.6mm3，25×22×1.6mm3(a×b×h，h为磁芯的厚度)三种，其中第一个为单层磁芯，后两个为4层磁芯。
做好立体磁芯支架后，要按照一定的方向在四个叶片上绕制漆包线，相邻两个叶片上的绕线方向相反，而且要尽量使绕线电阻大一些，以便于和锁相放大器的振荡器输出电阻匹配，我们研制的四极激励线圈的是No1.用直径为0.13mm绕在尺寸为2×2.4×0.4mm3的磁芯上，每个叶片的匝数为40匝；No2.用直径为0.06mm的漆包线绕制在尺寸为14×13×1.6mm3的磁芯上，每个叶片的匝数为700匝；No3.用直径为0.06mm的漆包线绕制在尺寸为25×22×1.6mm3的磁芯上，每个叶片800匝；在此过程中要保证叶片和绕在上面的漆包线之间的绝缘，而且要尽量绕制多匝使其电阻尽量大，串联一定的电阻和同轴线连接，基本做到和锁相放大器振荡器的输出电阻相匹配，最后要用环氧树脂密封固化，并将封装好的激励线圈表面打磨抛光，以备使用。图3为激励场中线圈中电流方向和电流产生的磁场的方向示意图。
图4为扫描SQUID无损检测实验装置原理框图。它包括计算机控制与数据处理系统10，XY扫描微型步进电机14，四极激励线圈15，激励线圈15的固定与调节平台16，SQUID测量探头18，锁相放大器11，低温液氮杜瓦13，待扫描样品17以及样片探杆和高温SQUID电子学系统12；SQUID18探测到的信号经过SQUID电子学系统12和锁相放大器11后采集记录到计算机10中，同时计算机10控制步进电机14带动被扫描样品17做二维运动，这样就可以记录一定范围内的磁场分布。
权利要求1.一种扫描样品无损检测多极激励场发生装置，其特征在于，激励线圈的磁芯采用4片具有高磁导率的坡莫合金叶片对接制成，每只叶片为U型，夹角为90°，所述叶片包括底边、竖边和横边，底边和竖边相互垂直，横边与竖边的夹角为120°～160°，4片横边的顶端之间间隔适当距离；所述叶片之间相互绝缘，叶片的底边和竖边上缠绕有漆包线，相邻两个叶片的上的漆包线缠绕方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种扫描样品无损检测多极激励场发生装置，其特征在于，所述叶片至少包括一层。
专利摘要本实用新型公开了一种扫描样品无损检测多极激励场发生装置，激励线圈的磁芯采用4片具有高磁导率的坡莫合金(1J85)叶片对接制成，每只叶片为U型，夹角为90°，所述叶片包括底边、竖边和横边，底边和竖边相互垂直，横边与竖边的夹角为120°～160°，4片横边的顶端之间间隔适当距离；所述叶片之间相互绝缘，叶片的底边和竖边上缠绕有漆包线，相邻两个叶片的上的漆包线缠绕方向相反。本实用新型采用四极激发线圈代替双D型线圈，能够测量较深的缺陷，并且还具有如下优点①场随空间衰减更快，所以噪声小；②在SQUID器件处更易平衡；③只需要一个磁强计(省去了梯度计)即可，使器件工艺大大简化。
文档编号H01F7/06GK2888445SQ200520142119
公开日2007年4月11日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者任育峰, 孔祥燕, 杨乾声, 杨国桢, 陈赓华 申请人:中国科学院物理研究所