[发明专利]用于高温、窄缝条件下金属间隙、缺陷检测的涡流传感器

说明书

技术领域

本发明的涡流传感器，属于检测技术领域。

背景技术

涡流传感器，是一种利用电涡流原理以金属材料作为检测对象进行金属间隙、缺陷、振动频率等参数的检测装置。该装置具有检测精度高、元件简单易用，且不破坏检测对象的功能、表面质量等特点，在航空、仪器仪表、机械制造等行业有重要的应用价值。

传统的电涡流传感器一般采用在单层线圈中通入激励信号，产生交变磁场使线圈阻抗发生变化，当阻抗为线圈到金属测量目标之间的距离的单值函数时，便可将位移量转化成电量实现间隙测量。当金属表面存在缺陷时线圈阻抗大小也受影响，因此同样可以实现金属缺陷的检测。采用单层线圈时由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈匝数多，厚度较大，并且线圈分布电容大，要求输入信号频率较高，容易受到干扰。

对于常用的电涡流传感器，线圈一般采用漆包线绕制成螺旋状，由于铜线直径大、匝数多，传感器测头直径与厚度均超过6-10毫米，对于一些特殊情况下的检测，如窄缝(小于5毫米)、高温(300℃以上)条件下，由于测头尺寸大，难以达到检测位置；另外在高温下铜线绝缘层失效造成电气导通及线圈氧化，使测量结果失真、甚至不能测量。具体如航空发动机叶片检测、螺栓榫头、磁悬浮轴承间隙控制等场合，由于工作间隙小、条件恶劣、测量速度要求高，难以采用激光、三坐标测量仪等设备进行检测。为了克服以上问题，有必要提出新的涡流检测方案，以实现窄缝、高温等条件下的检测。

发明内容

本发明针对常用电涡流传感器测头尺寸大，检测线圈高温下易失效、难以实现窄缝、高温条件下的检测要求，提出一种可以在窄缝、高温条件下实现金属间隙、缺陷检测的电涡流传感器，其工作原理是利用通电平面线圈的互感实现。为保证测头的厚度、直径小于2-4毫米，微平面线圈为螺旋结构，采用UV-LIGA(紫外光刻电铸)技术制作，线圈线距小于30-50微米、线宽小于60-80微米、线圈厚度小于100微米。材质为电铸镍，可以承受600℃以上的高温。为提高线圈能量传递效率，采用电铸制造工艺制作了镍铁合金铁芯，铁芯中间有圆柱突起，侧边上均布着4个缺口作为引线。将两层微平面线圈与磁芯相叠加。两层微平面线圈分别作为驱动线圈与敏感线圈。其特征包括：

(1)、采用UV-LIGA(紫外光刻电铸)技术制作了微米尺度平面线圈；

(2)、采用电铸制造工艺制作了镍铁合金铁芯；

(3)、提出了两层微平面线圈与磁芯相叠加的电涡流传感器结构。

两层分别为驱动线圈与敏感线圈，两者之间采用绝缘材料实现电气隔断。每个线圈两端有引线引出，分别用来输入激励信号与检测信号。

附图说明

图1是微平面线圈示意图。

图2是传感器工作原理示意图。

图3是传感器结构示意图。

其中标号名称：1、微平面线圈，2、驱动线圈，3、铁芯，4、敏感线圈，5、测量目标，6、绝缘层7、磁链，8、涡电流

具体实施方式

图1，为传感器微平面线圈的结构。材料为镍，采用紫外光刻电铸技术制作。

图2，为传感器工作原理，驱动线圈2与敏感线圈4安装在铁芯3中，在线圈两端输入交流激励信号，敏感线圈4中将产生感应电压信号，当测量目标5与传感器间隙变化或测量目标5表面存在缺陷时，敏感线圈4两端的信号将发生变化。通过读取敏感线圈4的输出信号，可以确定测量目标5与传感器的间隙大小或测量目标5表面缺陷信息。

本发明的具体实施步骤为：

1.首先制作出驱动线圈2与敏感线圈4，采用键合技术分别在线圈两端进行引线供输入激励信号、输出检测信号使用，线圈、铁芯尺寸可根据测量要求调节。

2.参考图3，采用电铸技术加工镍铁合金材质的铁芯3，控制铁成分在20％左右、铁芯厚度小于1毫米。对的铁芯3表面进行绝缘处理，把驱动线圈2装配到铁芯3中，再进行绝缘处理，将敏感线圈4装入。安装时注意将引线对准铁芯3边缘缺口。

3.将线圈、铁芯3及线圈输入输出引线固定至合适位置即可。