本发明涉及水下无损检测技术领域，特别涉及一种水下结构物缺陷交流电磁场三维成像检测探头。
背景技术：
海洋结构物在资源开发、船舶运输、港口建设等领域有着广泛的应用，是海洋工程开发的重要工具和平台。由于海洋水下服役的特殊环境，水下结构物很容易产生各种类型的缺陷。交流电磁场检测技术是一种新型的电磁无损检测技术，具有提离不敏感、精确定量缺陷、无需标定等有点，非常适合水下结构物缺陷的检测。
传统交流电磁场检测探头采用特征信号或者蝶形图的方式判断缺陷的存在，可视化程度低，需要对人员进行培训，采用两个特征信号bx、bz只能反映缺陷的深度、长度信息，不能直观反映缺陷的三维畸变磁场和缺陷三维尺寸(深度、长度和宽度)信息。传统交流电磁场探头采用线圈式传感器，零度敏差，精度低，对于微小缺陷的识别能力有限，且线圈式传感器受到制作工艺限制，很难使阵列传感器的精度、灵敏度一致，引起成像显示的背景不均匀，带来缺陷的误判。传统激励线圈或单u型载流线圈在结构物表面产生的均匀电流区域小，对阵列传感器很容易检测到非均匀区域的电场，引入缺陷误判和干扰因素，不利于缺陷的可视化成像。传统交流电磁场检测探头内部只包含激励线圈和传感器，未包含缺陷信号的处理模块，在检测探头与信号处理装置信号线过长时微弱的缺陷信号衰减严重，且电缆或探头的扰动即可引起很大的畸变缺陷信号，可造成缺陷的漏检或误判。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对现有技术不足，提供了一种海洋结构物缺陷交流电磁场三维成像检测探头，采用高精度三轴隧道磁电阻磁场(tmr)传感器有效解决缺陷检测灵敏度和精度问题，能够绘制空间畸变bx、by和bz，实现缺陷三维畸变磁场的实时显示和高精度成像，为缺陷三维尺寸(长度、宽度和深度)反演提供可靠的数据支撑，采用双u型激励结构，有效增大激励均匀电流区域，在探头内部封装信号处理模块，减少缺陷的漏检和误判。
一种海洋结构物缺陷交流电磁场三维成像检测探头，包括水密封接头、密封垫，其特征在于：还包括壳体、与壳体配合的底盖，安装在壳体内同等大小的u型磁芯甲和u型磁芯乙、缠绕在u型磁芯甲横梁的激励线圈甲、缠绕在u型磁芯乙横梁的激励线圈乙、安装一排三轴tmr传感器的传感器电路板和信号处理电路板，所述u型磁芯甲和u型磁芯乙的横梁平行放置且之间设有一定的间距，u型磁芯甲和u型磁芯乙的腿与底盖上表面接触，激励线圈甲和激励线圈乙的漆包线缠绕方向相同，所述传感器电路板长度方向与u型磁芯甲的横梁方向垂直且传感器电路板宽度方向位于u型磁芯甲横梁的中心下方，三轴tmr传感器的x方向输出的磁场信号bx与信号处理电路板的bx信号处理阵列连接，三轴tmr传感器的y方向输出的磁场信号by与信号处理电路板的by信号处理阵列连接，三轴tmr传感器的z方向输出的磁场信号bz与信号处理电路板的bz信号处理阵列连接。
所述壳体上方两棱角设有圆角，所述水密封接头安装在壳体侧面且位于u型磁芯甲和u型磁芯乙之间，所述底盖通过螺母安装在壳体的凹槽内，密封垫安装在壳体密封槽甲与底盖密封槽乙之间形成的空腔内，所述壳体和底盖的材料均为尼龙塑料，所述传感器电路板安装在底盖的长槽内，三轴tmr传感器沿着传感器电路板长度方向紧密排布，三轴tmr传感器与底盖下表面提离高度为3mm，信号处理电路板利用螺钉安装在壳体上方的螺钉孔。
所述信号处理电路板设有bx信号处理阵列、by信号处理阵列和bz信号处理阵列，每一组信号处理阵列包含一级差分放大电路、偏置电路和二级放大滤波电路，所述一级差分放大电路通过偏置电路连接二级放大滤波电路，所述偏置电路通过其中电阻调节三轴tmr传感器的零漂，所述二级放大滤波电路中的滤波模块为四阶有源滤波，所述bx信号处理阵列对bx缺陷信号总的放大倍数为50倍，by信号处理阵列和bz信号处理阵列对缺陷信号by和bz总的放大倍数为100倍。
附图说明
附图1是本发明的整体结构图。
附图2是本发明的内部结构图。
附图3是本发明的剖视图。
附图4是本发明的双u型磁芯安装位置图。
附图5是本发明的探头壳体结构图。
附图6是本发明的信号处理电路板结构示意图。
附图7是本发明的信号处理电路图。
附图8是本发明的缺陷特征信号bx成像图。
附图9是本发明的缺陷特征信号by成像图。
附图10是本发明的缺陷特征信号bz成像图。
上图中：壳体(1)、圆角(1.1)、螺钉孔(1.2)、凹槽(1.3)、密封槽甲(1.4)、底盖(2)、凸起(2.1)、螺母(2.2)、长槽(2.3)、密封槽乙(2.4)、水密封接头(3)、传感器电路板(4)、三轴tmr传感器(5)、密封垫(6)、u型磁芯甲(7)、u型磁芯乙(8)、激励线圈甲(9)、激励线圈乙(10)、信号处理电路板(11)、螺钉(11.1)、bx信号处理阵列(11.2)、by信号处理阵列(11.3)、bz信号处理阵列(11.4)、一级差分放大电路(11.5)、偏置电路(11.6)、二级放大滤波电路(11.7)。
具体实施方式
结合附图1-7，对本发明作进一步的描述：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例和实施例中的特征可以相互组合。
如图1-6所示，本发明包括壳体(1)、与壳体(1)配合的底盖(2)，安装在壳体(1)内同等大小的u型磁芯甲(7)和u型磁芯乙(8)、缠绕在u型磁芯甲(7)横梁的激励线圈甲(9)、缠绕在u型磁芯乙(8)横梁的激励线圈乙(10)、安装一排三轴tmr传感器(5)的传感器电路板(4)和信号处理电路板(11)，所述u型磁芯甲(7)和u型磁芯乙(8)的横梁平行放置且之间设有一定的间距，u型磁芯甲(7)和u型磁芯乙(8)的腿与底盖(2)上表面接触，激励线圈甲(9)和激励线圈乙(10)的漆包线缠绕方向相同，所述传感器电路板(4)长度方向与u型磁芯甲(7)的横梁方向垂直且传感器电路板(4)宽度方向位于u型磁芯甲(7)横梁的中心下方，三轴tmr传感器(5)的x方向输出的磁场信号bx与信号处理电路板(11)的bx信号处理阵列(11.2)连接，三轴tmr传感器(5)的y方向输出的磁场信号by与信号处理电路板(11)的by信号处理阵列(11.3)连接，三轴tmr传感器(5)的z方向输出的磁场信号bz与信号处理电路板(11)的bz信号处理阵列(11.4)连接。
如图2-5所示，所述壳体(1)上方两棱角设有圆角(1.1)，所述水密封接头(3)安装在壳体(1)侧面且位于u型磁芯甲(7)和u型磁芯乙(8)之间，水密封接头(3)自带密封功能，所述底盖(2)通过螺母(2.2)安装在壳体(1)的凹槽(1.3)内，密封垫(6)安装在壳体(1)密封槽甲(1.4)与底盖(2)密封槽乙(2.4)之间形成的空腔内，底盖(2)压紧密封垫(6)形成底部防水密封，所述壳体(1)和底盖(2)的材料均为尼龙塑料，所述传感器电路板(4)安装在底盖(2)的长槽(2.3)内，三轴tmr传感器(5)沿着传感器电路板(4)长度方向紧密排布，三轴tmr传感器(5)与底盖(2)下表面提离高度为3mm，信号处理电路板(11)利用螺钉(11.1)安装在壳体(1)上方的螺钉孔(1.2)。
如图6-7所示，所述信号处理电路板(11)设有bx信号处理阵列(11.2)、by信号处理阵列(11.3)和bz信号处理阵列(11.4)，每一组信号处理阵列包含一级差分放大电路(11.5)、偏置电路(11.6)和二级放大滤波电路(11.7)，所述一级差分放大电路(11.5)通过偏置电路(11.6)连接二级放大滤波电路(11.7)，所述偏置电路(11.6)通过其中电阻调节三轴tmr传感器(5)的零漂，所述二级放大滤波电路(11.7)中的滤波模块为四阶有源滤波，所述bx信号处理阵列(11.2)对bx缺陷信号总的放大倍数为50倍，by信号处理阵列(11.3)和bz信号处理阵列(11.4)对缺陷信号by和bz总的放大倍数为100倍。
将同一正弦激励信号并联加载至激励线圈甲(9)和激励线圈乙(10)，两个激励线圈产生的交变磁场频率相同且每一时刻均沿着同一方向，两个磁场形成的和磁场可在水下金属结构物表面形成一个较大区域的均匀电场，当电场遇到结构物表面的缺陷时发生扰动，扰动电场引起空间磁场畸变，当探头扫过缺陷时，安装在底盖(2)上的阵列三轴tmr传感器(5)拾取结构物表面上方空间三维畸变磁场bx、by和bz，x方向的畸变磁场bx拾取并经过信号处理电路板(11)的bx信号处理阵列(11.2)处理，首先被一级差分放大电路放大5倍，其次经过偏置电路调零，保证三轴tmr传感器的每个方向测得磁场灵敏度、精度和偏置相同，才可以实现缺陷信号的均匀显示，最后经过二级放大滤波电路放大10倍并进行四阶有源滤波，最终缺陷x方向畸变磁场bx阵列传感器成像如图8所示，bx的深度信息d反映缺陷的深度信息；y方向的畸变磁场by经过信号处理电路板(11)的by信号处理阵列(11.3)处理，首先被一级差分放大电路放大10倍，其次经过偏置电路调零，最后经过二级放大滤波电路放大10倍并进行四阶有源滤波，最终缺陷y方向畸变磁场by阵列传感器成像如图9所示，by的宽度方向尺寸w反映缺陷的宽度尺寸；z方向的畸变磁场bz经过信号处理电路板(11)的bz信号处理阵列(11.4)处理，首先被一级差分放大电路放大10倍，其次经过偏置电路调零，最后经过二级放大滤波电路放大10倍并进行四阶有源滤波，最终缺陷z方向畸变磁场bz阵列传感器成像如图10所示，bz峰值和波谷之间的距离l反映缺陷的长度尺寸，实现缺陷的三维尺寸检测评估。
本发明的有益效果是：采用高精度三轴隧道磁电阻磁场(tmr)传感器有效解决缺陷检测灵敏度和精度问题，能够绘制空间畸变bx、by和bz，实现缺陷三维畸变磁场的实时显示和高精度成像，为缺陷三维尺寸(长度、宽度和深度)反演提供可靠的数据支撑，采用双u型激励结构，有效增大激励均匀电流区域，在探头内部封装信号处理模块，减少缺陷的漏检和误判。
本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均属于本发明的保护范围。