[发明专利]一种十字结型蜿蜒花式涡流传感器及其线圈绕制方法

说明书

一种十字结型蜿蜒花式涡流传感器及其线圈绕制方法，包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；线圈组包括：绕制为“十”字型的激励线圈，所述“十”字型的每个凸部均包括由至少一个蜿蜒单元组成的蜿蜒折线；在“十”字型四个凸部分别绕制的四组检测线圈，所述一组检测线圈绕制在一个凸部的至少一个蜿蜒单元的间隙内。本发明能够在仅使用一个传感器的情况下就可以较为方便地、非接触地检测平面应力状态下的各种金属构件中的应力及应变。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种用于检测已知主应力方向的平面应力状态下的金属结构中相互垂直的两个主应力及主应变的十字结型蜿蜒花式涡流传感器。

背景技术

绝大多数机械结构是由金属材料制作而成的，有效检测这些金属结构的应力状态对于了解其服役状态和评估其剩余寿命均具有重要意义。

目前用于检测金属结构中应力状态的常用方法有应变片法、X射线法、超声波法和磁测法等。在这些方法中，应变片法需要接触式测量；X射线法设备昂贵，具有辐射危险，仅适用于实验室检测；超声波法需要耦合剂；磁测法仅适用于铁磁性材料的检测。

涡流检测方法具有操作简便、成本低廉、不需要耦合剂和可非接触测量等优点，已在检测金属结构的应力方面得到了较多应用。在材料的弹性范围内，金属结构的应变与应力成线性关系，因此，涡流检测方法也可以用于检测金属结构的应变。

现有的涡流应力检测研究仅局限于单向应力及应变的检测，缺少能够在已知主应力方向时检测平面应力状态下的金属结构中应力及应变的涡流传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在已知主应力方向的情况下检测平面应力状态下的金属结构中应力及应变的涡流传感器。

本发明采用以下技术方案：

一种用于检测应力及应变的十字结型蜿蜒花式涡流传感器，包括印刷电路板和印刷在印刷电路板上的线圈组；

所述线圈组包括：

绕制为“十”字型的激励线圈，所述“十”字型的每个凸部均包括由至少一个蜿蜒单元组成的蜿蜒折线；

在“十”字型四个凸部分别绕制的四组检测线圈，所述一组检测线圈绕制在一个凸部的至少一个蜿蜒单元的间隙内。

进一步，所述每个凸部内，蜿蜒单元内绕制的检测线圈距离形成该蜿蜒单元的导线的距离满足：通电情况下，检测线圈能够检测到形成凸起的导线激发出的涡流变化信息。

进一步，当所述“十”字型一个凸部的蜿蜒折线包括至少两个蜿蜒单元时，多个蜿蜒单元串联连接。

进一步，所述蜿蜒折线的每条边均为直线段，且相邻两边夹角为90°。

进一步，所述绕制在蜿蜒折线的每个蜿蜒单元间隙内的检测线圈为非闭合矩形，每个蜿蜒折线的至少两个蜿蜒单元间隙内的非闭合矩形可串联连接。

进一步，所述每组检测线圈均包括至少一个检测线圈，每个检测线圈至少绕制在蜿蜒折线的一个蜿蜒单元的间隙内，“十”字型结构相对的两个凸起中的检测线圈能够串联连接。

进一步，所述印刷电路板的至少两个板层上均设置位置对应、形状相同的三角形激励线圈，不同板层上的激励线圈串联连接；

所述印刷电路板的至少两个板层上均设置位置对应、形状相同的检测线圈，不同板层上的检测线圈串联连接；

所述激励线圈和检测线圈处于相同的板层上或者不同的板层上；当位于相同层上时，检测线圈与激励线圈不相交。

一种涡流传感器的线圈绕制方法：

包括激励线圈的绕制方法，以十字型结构的横边为x轴、竖边为y轴，所述激励线圈的绕制方法包括：