一种基于交流磁桥回路的位移传感方法和装置与流程

本发明属于无损检测技术领域，更具体地，涉及一种基于交流磁桥回路的位移传感方法与装置。

背景技术：

位移测量大量应用在工业中。但很多传感器正对测量平面能够获得较高的精度，当测量曲面凸点位移时，工件的晃动将产生测量误差。例如，在连续油管椭圆度和直线度、钢轨直线度和轮廓等测量中，采用常规的涡流位移传感器就难以实施。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于交流磁桥回路的位移传感方法与装置，其结构简单，抗干扰性好。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于交流磁桥回路的位移传感方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将交流磁桥回路的测量探头对准待测金属面，其中，所述测量探头包括磁芯、接收线圈及多组激励线圈，所述磁芯整体呈h形，其包括两竖部及连接这两竖部的横部，每个所述竖部的上下两端分别穿装一组所述激励线圈，所述横部的中部穿装所述接收线圈；

2)给每组所述激励线圈分别加载交流激励，则多组激励线圈在磁芯的横部中产生方向相反的交流磁场；

3)接收线圈测量磁芯中的磁通量，获取交流电压的峰峰值；

4)根据待测金属面的位移值与交流电压的峰峰值成倒数的对应关系获得待测金属面的位移值。

优选地，所述的交流激励为正弦或余弦电流激励。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于交流磁桥回路的位移传感装置，其特征在于，所述位移传感装置包括交流激励源、测量探头、放大器、滤波器、a/d采集卡和计算机，所述测量探头包括磁芯、接收线圈及多组激励线圈，所述磁芯整体呈h形，其包括两竖部及连接这两竖部的横部，每个所述竖部的上下两端分别穿装一组所述激励线圈，所述横部的中部穿装所述接收线圈，所述交流激励源分别与每组所述激励线圈电连接，所述放大器与所述接收线圈电连接，以用于放大电压信号，并且所述放大器还依次连接所述滤波器、a/d采集卡和计算机；

所述交流激励源通过对每组所述激励线圈加载交流激励，在磁芯的横部中产生方向相反的磁场，通过接收线圈测量磁芯中的磁通量，接收线圈输出的电压经过放大器放大后再经过滤波器滤波、a/d采集卡进行信号转换后传输至计算机进行处理，从而获得待测金属面的位移值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明的测量装置结构简单，抗干扰性好，对待测物表面粗糙度要求低。

2)本发明中测量装置输出与位移值的倒数成线性关系，数据处理简单，效率高。

附图说明

图1为本发明中测量探头结构及磁场示意图；

图2为本发明中测量数据线性拟合图；

图3为本发明中位移传感装置进行位移检测时的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图3，一种基于交流磁桥回路的位移传感方法，包括以下步骤：

1)将交流磁桥回路的测量探头2对准待测金属面7，其中，所述测量探头2包括磁芯21、接收线圈22及多组激励线圈23，所述磁芯21整体呈h形，其包括两竖部及连接这两竖部的横部，每个所述竖部的上下两端分别穿装一组所述激励线圈23，所述横部的中部穿装所述接收线圈22；

2)给每组所述激励线圈23分别加载交流激励，则多组激励线圈23在磁芯21的横部中产生方向相反的交流磁场；

3)接收线圈22测量磁芯21中的磁通量，获取交流电压的峰峰值；

4)根据待测金属面7的位移值与交流电压的峰峰值成倒数的对应关系获得待测金属面7的位移值，由于存在倒数关系，则根据两个点的值即可得到待测金属面7的位移值与交流电压的峰峰值对应关系的整条曲线。

进一步，所述的交流激励为正弦或余弦电流激励。

进一步，交流电压的峰峰值v与位移值的关系如下：

式中，v为接收线圈22电压信号峰峰值，n代表单组激励线圈23匝数，i代表激励电流，r为两个竖部的对应端的两个激励线圈23(上端的两个激励线圈23)间空气磁阻，μ为空气的磁导率，s为磁芯21桥臂的截面积，l为待测位移值。式中，当测量探头2的结构确定后，仅v和l为变量。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于交流磁桥回路的位移传感装置，所述位移传感装置包括交流激励源1、测量探头2、放大器3、滤波器4、a/d采集卡5和计算机6，所述测量探头2包括磁芯21、接收线圈22及多组激励线圈23，所述磁芯21整体呈h形，其包括两竖部及连接这两竖部的横部，每个所述竖部的上下两端分别穿装一组所述激励线圈23，所述横部的中部穿装所述接收线圈22，所述交流激励源1分别与每组所述激励线圈23电连接，所述放大器3与所述接收线圈22电连接，以用于放大电压信号，并且所述放大器3还依次连接所述滤波器4、a/d采集卡5和计算机6；

所述交流激励源1通过对每组所述激励线圈23加载交流激励，在磁芯21的横部中产生方向相反的磁场，通过接收线圈22测量磁芯21中的磁通量，接收线圈22输出的电压经过放大器3放大后再经过滤波器4滤波、a/d采集卡5进行信号转换后传输至计算机6进行处理，从而获得待测金属面7的位移值。

图2显示的是一组测量数据的线性拟合结果，其拟合优度r²＝0.9996，说明所述的对应关系为接收线圈22获得的信号峰峰值电压与位移值的倒数呈线性关系。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明属于无损检测技术领域，并公开了一种基于交流磁桥回路的位移传感方法与装置，该方法包括以下步骤：1)将测量探头对准待测金属面；2)给每组激励线圈分别加载交流激励，则多组激励线圈在磁芯的横部产生方向相反的交流磁场；3)接收线圈测量磁芯中的磁通量，获取交流电压的峰峰值；4)根据待测金属面的位移值与交流电压的峰峰值成倒数的对应关系获得待测金属面的位移值；该装置包括交流激励源、测量探头、放大器、滤波器、A/D采集卡和计算机，测量探头分别与交流激励源和放大器电连接，放大器还依次连接滤波器、A/D采集卡和计算机；本发明的装置结构简单，抗干扰性好，对待测物表面粗糙度要求低，而且数据处理简单，效率高。

技术研发人员：康宜华;张继楷;王荣彪
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2017.11.23
技术公布日：2018.04.13