专利名称：调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无损检测装置，具体涉及一种调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的
直O
背景技术：
与传统的锚杆检测方法相比，磁致伸缩导波检测范围大，检测精度高，尤其可以检 测到常规检测方法无法检测到的区域，同时磁致伸缩导波检测无需耦合，操作简单，可以在 高温腐蚀等恶劣环境下长期状态检测。基于这些优点，磁致伸缩导波检测广泛应用于水利 水电、城市建设、公路铁路建设等工程的锚杆锚固工程检测中。在磁致伸缩导波检测技术 中，合适的静态偏置磁场强度是实现检测的重要条件。其中偏置磁场的作用是保证电信号 和机械波的频率相同，提高磁致伸缩效应电能和机械能的换能效率，是实现检测的关键因 素之一。为了确定偏置磁场强度的大小，调节磁致伸缩效应使检测系统工作在最佳状态，可 由电磁铁或者永久磁铁两种方式来对偏置磁场进行调节。对比两种方法的特点，电磁铁操 作简单，但是会引入很大有源噪声，对信号产生很大干扰，永久磁铁磁场稳定，但是磁场大 小不好控制，使用不方便，专利申请号200810196822. 6提出一种测定导波检测工作点的方 法，但是只说可以调节永久磁铁或者电磁铁可以调节磁场大小，但是对于如何调节磁场没 有给出具体实现方法。

发明内容
本发明的目的在于提供一种调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的装置，该装置应用 于基于磁致伸缩效应的锚杆检测，使激励和接收线圈工作在同一个静态偏置磁场中，磁化 状态一致，通过调节静态偏置磁场强度，调节传感器电能和机械能的换能效率，使检测系统 工作在最佳状态。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是本发明包括磁致伸缩传感器部件、纵向静态偏置磁场部件和千分尺调节装置；其 中1)磁致伸缩传感器部件；包括激励线圈、接收线圈、线圈轴、屏蔽套筒、屏蔽端盖； 在线圈轴两端的凹槽内分别绕有激励线圈和接收线圈，线圈轴安装于屏蔽套筒和两端的屏 蔽端盖中，激励线圈和接收线圈的导线的端头，沿线圈轴两端的导槽经线圈轴端部的穿线 孔和屏蔽端盖穿线孔后，再与外部电路连接，被测锚杆安装在线圈轴孔内；2)纵向静态偏置磁场部件；包括两块可换鞍片、两块连接块、两块下软铁磁轭、两 块永磁体、上软铁磁轭、滑块；两块可换鞍片布置在磁致伸缩传感器部件的两侧并与被测锚 杆相接触，每块可换鞍片从下至下分别依次设有连接块、下软铁磁轭和永磁体，两端的永磁 体上共设一块上软铁磁轭，向内伸出的两块下软铁磁轭之间留有缝隙；3)千分尺调节装置包括千分尺，滑块和固定块；两块下软铁磁轭缝隙间设有一 块能在两块下软铁磁轭导轨槽上移动的滑块，滑块外侧设有与千分尺连接的连接轴，千分尺测量杆上开有与连接轴相连的通孔，固定块安装在其中一块的下软铁磁轭上，千分尺的 测量杆穿过固定块的孔后，与滑块上的连接轴连接。所述的缝隙为10mm 30mm的空气间隙。所述的可换鞍片与锚杆相接触的圆弧槽的圆弧直径根据被测工件设定。所述的纵向静态偏置磁场部件中的可换鞍片、连接块、下软铁磁轭、上软铁磁轭和 千分尺调节部件中的滑块均为软铁材料，千分尺调节部件中的千分尺和固定块均为铝合金 材料。与现有技术相比，本发明具有的有益效果是本发明的技术原理是偏置磁场的磁化强度影响磁致伸缩换能效率，对于铁磁性材 料，换能效率与偏置磁场的磁化强度存在类似抛物线的关系。传统确定偏置磁场强度的方 法是根据设计者经验来确定，专利申请号200810196822. 6提出一种测定导波检测工作点 的方法，但是只说可以调节永久磁铁或者电磁铁可以调节磁场大小，但是对于如何调节磁 场没有给出具体实现方法。本发明提出通过控制磁路回路气隙的大小来调节永磁体偏置磁 场大小，间隙大小可测，标记明确。将激励线圈和接收线圈放置在同一个偏置磁场下，使锚 杆内部磁畴偏转角度一致，具有最佳的机械能、电能换能效率。该方法使用操作简单，安全。


图1是磁致伸缩锚杆检测系统的安装示意图。图2是偏置磁体的结构示意图。图3是激励线圈和接收线圈的结构示意图。图4是本发明应用于直径20mm锚杆检测系统的检测信号。图5是回路气隙对应偏置磁场大小对检测系统工作状态的关系曲线。图中1、锚杆；2、可换鞍片；3、连接块；4、下软铁磁轭；5、永磁体；6、上软铁磁轭； 7、滑块；8、千分尺；9、固定块；10、激励线圈；11、线圈轴；12、接收线圈；13、屏蔽套筒；14、 导轨槽；15、凸台；16、连接轴；17、线圈轴通孔；18、导槽；19、穿线孔；20、屏蔽端盖；21、屏 蔽端盖穿线孔；22、电磁脉冲信号；23、首个非电磁脉冲信号。
具体实施例方式下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。如图1、图2、图3所示，本发明包括磁致伸缩传感器部件、纵向静态偏置磁场部件 和千分尺调节装置；其中1)磁致伸缩传感器部件；包括激励线圈10、接收线圈12、线圈轴11、屏蔽套筒13、 屏蔽端盖20 ；在线圈轴11两端的凹槽内分别绕有激励线圈10和接收线圈12，线圈轴11安 装于屏蔽套筒13和两端的屏蔽端盖20中，激励线圈10和接收线圈12的导线的端头，沿线 圈轴11两端的导槽18经线圈轴端部的穿线孔19和屏蔽端盖穿线孔21后，再分别与外部 激励电路和接收电路连接，被测锚杆1安装在线圈轴11孔内；2)纵向静态偏置磁场部件；包括两块可换鞍片2、两块连接块3、两块下软铁磁轭 4、两块永磁体5、上软铁磁轭6、滑块7 ；两块可换鞍片2布置在磁致伸缩传感器部件的两侧 并与被测锚杆1相接触，每块可换鞍片2从下至下分别依次设有连接块、下软铁磁轭4和永磁体5，两端的永磁体5上共设一块上软铁磁轭6，向内伸出的两块下软铁磁轭4之间留有 缝隙；静态偏置磁场由换鞍片2、两块连接块3、两块下软铁磁轭4、两块永磁体5、上软铁磁 轭6、滑块7结构组成。永磁体5采用钕铁硼材料，充磁强度为N35，但不局限为N35，可以根 据实际需求进行调整，永磁体5形状为立方体，大小可以根据实际需要选择。充磁方向为竖 直方向，左右两块永磁体的正向相反，永磁体5与两块下软铁磁轭4、上软铁磁轭6、导轨7 结构组成的磁路形成回路。永磁体5尺寸不宜过小，永磁体两级之间尺寸过小时会在永磁 体端部形成小回路，使通过永磁体5、下软铁磁轭4、上软铁磁轭6、导轨7回路中磁通量减 少。3)千分尺调节装置包括千分尺8，滑块7和固定块9 ；两块下软铁磁轭4缝隙间 设有一块能在两块下软铁磁轭导轨槽14上移动的滑块7，滑块7外侧设有与千分尺连接的 凸台15和连接轴16，千分尺8测量杆上开有与连接轴16相连的通孔，固定块9安装在其中 一块的下软铁磁轭4上，千分尺8的测量杆穿过固定块9的孔后，与滑块7上的连接轴16 连接。所述的缝隙为10mm 30mm的空气间隙。通过调节千分尺8尾部螺旋，使千分尺 测量杆纵向移动，在移动过程中，测量杆带着连接轴16和滑块7 —起移动，滑块移动使一侧 的下软铁磁轭与滑块7的之间产生回路气隙。使永磁体5与两块下软铁磁轭4、上软铁磁 轭6、导轨7结构组成的磁回路被回路气隙截断。形成两条支路，一条由永磁体5与两块下 软铁磁轭4、上软铁磁轭6、导轨7和回路气隙组成，另外一条由锚杆1、可换鞍片2、连接块 3、下软铁磁轭4、永磁体5、上软铁磁轭6组成。磁路将总是沿着磁阻小的方向传播。随着 回路气隙的增大，回路气隙的磁阻增大，磁路沿着永磁体5与两块下软铁磁轭4、上软铁磁 轭6、导轨7和回路气隙回路的分路磁通量减小，而沿着锚杆1、可换鞍片2、连接块3、下软 铁磁轭4、永磁体5、上软铁磁轭6回路的分路磁通量增加，锚杆上静态偏置磁场场强增加， 这样就将对静态磁场场强的控制转化为对磁回路回路气隙距离的控制，当回路气隙距离为 0时，磁路将全部在永磁体5、两块下软铁磁轭4、上软铁磁轭6、导轨7回路中通过，则通过 锚杆1、可换鞍片2、连接块3的磁通量几乎没有，锚杆1上的纵向静态偏置磁场场强几乎为 0，当回路气隙距离逐渐增大到最大值时，回路气隙的磁阻达到最大值，则通过永磁体5、两 块下软铁磁轭4、上软铁磁轭6、导轨7和回路气隙回路的磁通量达到最小值，而沿着锚杆1、 可换鞍片2、连接块3、下软铁磁轭4、永磁体5 ；上软铁磁轭6回路的磁通量达到最大值。锚 杆上静态偏置磁场场强达到最大值。所述的可换鞍片2与锚杆相接触的圆弧槽的圆弧直径根据被测工件设定。保证鞍 片2与锚杆1之间接触配合。所述的纵向静态偏置磁场部件中的可换鞍片2、连接块3、下软铁磁轭4、上软铁磁 轭6和千分尺调节部件中的滑块7均为软铁材料，千分尺调节部件中的千分尺8和固定块 9均为铝合金材料。作为本发明的衍生，调节调节千分尺8尾部螺旋，当回路气隙距离为0时，磁路将 全部在永磁体5、两块下软铁磁轭4、上软铁磁轭6、导轨7回路中通过，鞍片处磁力线很少几 乎为0，对外不表现磁性，方便偏置磁铁安装拆卸，存放安全。以下结合本发明的内容提供一个实施例。锚杆直径为20mm，两块下软铁磁轭之间空气间隙为10mm。在激励线圈10中通过
5频率60khz，周期个数4的半正弦波信号，由磁致伸缩效应，在锚杆1上激励出超声导波信 号，超声导波信号的反射信号又通过逆磁致伸缩效应，在接收线圈12上产生一个包含锚杆 物理信息的信号。将接收线圈12导线的端头连接收电路，采集到的信号经过放大、平均、滤 波等信号处理后，接入示波器可以读到如图4所示信号，包括电磁脉冲信号22，首个非电磁 脉冲信号23。记录图4中首个非电磁脉冲信号23的峰峰值Vpp来标记传感器系统的工作 状态，通过调节千分尺8尾部螺旋，使千分尺测量杆纵向移动，在移动过程中，测量杆带着 连接轴16和滑块7—起移动，滑块移动使一侧的下软铁磁轭与滑块7的产生回路气隙发生 改变，锚杆1上的纵向静态偏置磁场大小随着发生改变，首个非电磁脉冲信号23的峰峰值 Vpp随着发生改变。记录不同回路气隙值对应的Vpp值，得到下软铁磁轭4与滑块7间隙和 锚杆检测接收信号的关系曲线图5，Vpp最大值对应点的锚杆1纵向静态偏置磁场值为该系 统的最佳工作状态。
权利要求
一种调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的装置，其特征在于包括磁致伸缩传感器部件、纵向静态偏置磁场部件和千分尺调节装置；其中1)磁致伸缩传感器部件；包括激励线圈(10)、接收线圈(12)、线圈轴(11)、屏蔽套筒(13)、屏蔽端盖(20)；在线圈轴(11)两端的凹槽内分别绕有激励线圈(10)和接收线圈(12)，线圈轴(11)安装于屏蔽套筒(13)和两端的屏蔽端盖中，激励线圈(10)和接收线圈(12)的导线的端头，沿线圈轴(11)两端的导槽经线圈轴端部的穿线孔和屏蔽端盖穿线孔后，再分别与外部激励电路和接收电路连接，被测锚杆(1)安装在线圈轴(11)孔内；2)纵向静态偏置磁场部件；包括两块可换鞍片、两块连接块、两块下软铁磁轭、两块永磁体、上软铁磁轭(6)、滑块(7)；两块可换鞍片布置在磁致伸缩传感器部件的两侧并与被测锚杆(1)相接触，每块可换鞍片从下至下分别依次设有连接块、下软铁磁轭和永磁体，两端的永磁体上共设一块上软铁磁轭(6)，向内伸出的两块下软铁磁轭之间留有缝隙；3)千分尺调节装置包括千分尺(8)，滑块(7)和固定块(9)；两块下软铁磁轭缝隙间设有一块能在两块下软铁磁轭导轨槽上移动的滑块(7)，滑块(7)外侧设有与千分尺连接的连接轴(16)，千分尺(8)测量杆上开有与连接轴(16)相连的通孔，固定块(9)安装在其中一块的下软铁磁轭上，千分尺(8)的测量杆穿过固定块(9)的孔后，与滑块(7)上的连接轴(16)连接。
2.根据权利要求1所述的一种调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的装置，其特征在于 所述的缝隙为IOmm 30mm的空气间隙。
3.根据权利要求1所述的一种调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的装置，其特征在于 所述的可换鞍片与锚杆相接触的圆弧槽的圆弧直径根据被测工件设定。
4.根据权利要求1所述的一种调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的装置，其特征在于 所述的纵向静态偏置磁场部件中的可换鞍片、连接块、下软铁磁轭、上软铁磁轭(6)和千分 尺调节部件中的滑块(7)均为软铁材料，千分尺调节部件中的千分尺(8)和固定块(9)均 为铝合金材料。
全文摘要
本发明公开了一种调节磁致伸缩检测纵向静态磁场的装置。包括磁致伸缩传感器部件、纵向静态偏置磁场部件和千分尺调节装置。被测锚杆安装在磁致伸缩传感器部件的线圈轴孔内；纵向静态偏置磁场部件中的两块可换鞍片布置在磁致伸缩传感器部件的两侧被测锚杆相接触；千分尺调节装置能调节两块下软铁磁轭之间磁路回路气隙的距离。本发明提出通过控制磁路回路气隙的大小来调节永磁体偏置磁场大小，间隙大小可测，标记明确。将激励线圈和接收线圈放置在同一个偏置磁场下，使锚杆内部磁畴偏转角度一致，具有最佳的机械能、电能换能效率。该方法使用操作简单，安全。
文档编号G01N29/14GK101852775SQ20101019592
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者吕福在, 王飞, 竺冉, 项贻强 申请人:浙江大学