房间热敏磁性传感器在各领域的开发和使用的通信、地质勘探、医疗诊断、无损评价(NDE),和安全控制( 1- - - - - - 10]。这些传感器通常是在无屏蔽的环境大背景干扰,如电源线干扰。测量小信号在大背景干扰,良好的传感系统的线性度很重要。否则,大背景干扰可能会引起信号的畸变,增加系统的噪声。

濒死经历的磁传感器的应用,一些可能会产生强烈的磁场和铁磁材料样品引起的饱和磁传感器。反馈方法常用于增加磁传感器的动态范围和提高磁传感器的线性度 11- - - - - - 13]。

使用(铁_0.06有限公司_0.94)_72.5如果_12.5B₁₅(FeCoSiB)非晶线的直径0.1毫米和5毫米的长度,我们开发了一种高灵敏度magnetoimpedance (MI)传感器 14]。没有电气连接与非晶态。直流偏置电流和直接的交流电流线圈。在本文中,我们提出我们的新的高灵敏度MI结果传感器和反馈的方法来提高动态范围的线性磁传感系统。我们还构建了涡流检测(ECT)与磁传感器和系统用它来评估3 d打印的钛合金的裂纹缺陷和钢板。

图 1显示的原理框图MI磁场传感器用FeCoSiB非晶线和驱动电路没有反馈。FeCoSiB的传感元件是由非晶线和一个线圈缠绕。不同于正常的MI传感器,与非晶线没有电气连接。使它能够测量应用的直流磁场、直流偏置电流和交流偏置电流驱动电路中使用。电感L_D的电容C1和C2是用来隔离直流偏置电流、交流偏置电流,线圈的电压信号。磁传感器是用来测量磁场的方向非晶态。

在我们的实验中,FeCoSiB无定形的线的长度是5毫米,直径是0.1毫米。无定形的线圈缠绕线30转包装使用铜线直径为0.1毫米。线圈的直径约为0.6毫米。直流偏置电流约为50 mA,交流偏置电流的振幅是大约20 mA。交流偏置电流的频率范围从100千赫至5 MHz,和最大信号振幅达到1 MHz频率时,2 MHz。在本文中,我们使用1 MHz的频率。

图 2显示了 B - - - - - - H 曲线的FeCoSiB无定形电线和MI磁场传感器的原则。直流偏置电流 我 直流 在图 1产生直流磁场 H 直流 交流偏置电流 我 交流 在图 1产生交流磁场 H 交流 , V 交流 是无定形的电压线圈缠绕电线。如果 H 直流 很小,在线性传感器元素的一部分吗 B - - - - - - H 曲线的振幅 V 交流 并没有改变与外部应用直流或低频磁场。它不能被用来测量直流磁场。如果直流偏置电流增加, H 直流 接近饱和的角落吗 B - - - - - - H 曲线的振幅 V 交流 与外部直流或低频磁场改变了。

图 3(一个)显示电压信号当外部磁场应用高斯是0。信号幅度约为100 mV。图 3 (b)显示了外部磁场应用时电压信号1高斯。信号幅度约为80 mV。应用的信号振幅改变直流磁场。

在驱动电路如图 1的前置放大器30 dB的增益是用来放大1 MHz交流电压信号。解调是用于获取振幅信号的交流电压信号,输出电压的 V 出 被用来测量外部直流或低频磁场。我们测量的输出电压变化的外部磁场应用。图 4显示了结果。之间的外部磁场应用-0.7高斯和+ 0.7高斯的磁场响应磁传感器几乎是线性的。

图 5显示了磁场与非晶磁传感器的噪声谱线。磁场噪声频谱测量在一个三层坡莫合金屏蔽盒。光谱的峰值是50赫兹推理及其谐波。磁场的分辨率大约20 pT /√赫兹。

观察扭曲的磁场传感器的输出信号,我们应用30 Hz正弦波磁场传感器,传感器的亥姆霍兹线圈的中心,和亥姆霍兹线圈与30 Hz正弦波电流源。传感器没有反馈,如果应用领域小,线性范围的磁场传感器,信号的失真很小。图 6显示了输出信号的振幅30 Hz应用磁场是0.2高斯(0.02吨)。如果应用领域大大超过了磁场传感器的线性范围,大信号的失真。图 7显示了输出信号的振幅30 Hz应用磁场是2高斯(0.2吨)。

图 8显示的输出信号的频谱30 Hz应用磁场的振幅2高斯。由于信号畸变,谐波的振幅相当大。

总谐波失真(THD)通常是用来评估的非线性磁传感系统( 15- - - - - - 17]。当一个正弦磁场应用于磁传感器,输出的近似信号可以被定义 (1) 野 = 一个 2 2 + 一个 3 2 + ⋯ 一个 1 , 在哪里 一个 1 是基本的信号振幅频率 f ; 一个 2 , 一个 3 ,…的振幅与频率的谐波 2 f , 3 f …,可以测量频谱分析仪。

图 9显示了实验装置测量GMI的拉力传感器。线圈与正弦波发生器是用来生产应用的磁场。的谐波失真信号发生器产生的下面 5 × 10 − 4 。用频谱分析仪测量的THD MI磁场传感器的输出信号。准确的测量小的谐波信号,必须减少基频信号的影响。电机是用于抑制MI的基频信号传感器输出。通过这种方法,输入信号的谐波的影响也可以减少。

在测量,电阻R1的首次调整使MI磁场传感器的输出等于电压正弦波发生器;然后,电阻微调R2调整取消基本传感器输出的信号。我们估计,我们测量的相对误差约为10%。

图 10显示的传感器没有反馈的THD 30 Hz应用磁场。它与应用磁场的振幅增加。

磁反馈方法是一个很好的方式来增加磁传感器的线性度 18]。图 11显示了框图MI磁场传感器的反馈。解调后和一个放大器,使用了一个积分器。一个反馈电流产生的积分器的输出和反馈电阻器 R F 被送到了线圈缠绕在非晶态。磁场产生的反馈电流自动补偿应用磁场。因此,MI磁场传感器的操作点是固定的。通过这种方式,动态范围和系统的线性可以显著改善。开关西南时,放大器的驱动电路操作的模式。输出电压 V 放大器对磁场。开关西南时,驱动电路的反馈模式。一个反馈电流 V 出 / R F 生产,反馈电流产生的磁场等于应用磁场。因此,输出电压 V 出 应用磁场成正比。

图 12显示了MI磁场传感器的输出电压与反馈改变外部磁场应用。我们可以看到的线性很好应用外部磁场之间-10高斯,+ 10高斯。相比之下,图 4、动态范围和线性都大大提高。

反馈,MI磁场传感器的磁场解析相似与没有反馈。检查磁场解析,一个小30 Hz磁场的振幅约2元是应用。图 13显示了MI磁传感器的输出信号。把50 Hz推理,观察带宽约为40 Hz。

图 14显示了MI磁场传感器的输出信号与反馈30 Hz应用磁场的振幅2高斯(0.2吨);和图 15显示了输出信号振幅时20高斯(2吨)。扭曲的信号非常小甚至为2吨的强磁场。方法的反馈是有效改善磁场传感器的线性度。

图 16显示的输出信号的频谱MI磁场传感器的反馈30 Hz应用高斯磁场的幅值2。与输出信号的频谱如图没有反馈 830 Hz谐波的振幅要小得多。

使用设置如图 9官,我们还测量了MI的磁传感器的反馈30 Hz应用磁场不同的振幅。图 17显示了结果。1高斯的振幅的近似信号和反馈 1.4 × 10 − 4 官,这是大约1%的价值没有反馈。可以大大改善了使用线性反馈方法。

图 18显示了ECT系统的框图使用MI磁场传感器和反馈。的励磁线圈是10把直径约1毫米,也缠绕在FeCoSiB无定形电线。的正弦波输出锁定放大器被送到励磁的励磁线圈产生的磁场。激励频率是20 kHz和当前振幅是20 mA。磁场的振幅在励磁线圈的中心是关于2高斯。MI磁场传感器是用来测量涡流产生的磁场在示例。样品放在一个 X - - - - - - Y 扫描的阶段。图 19显示了设置的照片。

图 20.显示了Ti-6L-4V钛合金示例所使用的3 d激光打印。样本的大小 50 × 50 × 10 毫米 。有两个表面缺陷从边缘的样本。缺陷的长度约为13毫米的深度约1.5毫米,和缺陷的宽度从0.2毫米至10 μb m。缺陷的长度大约是15毫米的深度约5毫米,和缺陷的宽度b从0.3毫米至10 μm。

图 21显示了使用非晶态金属磁传感器等结果。扫描区域 45 毫米 × 45 毫米 和扫描步骤是0.2毫米。锁定放大器的输出信号振幅被用来绘制2 d图。缺陷显示清楚。

我们也评估了钢板使用ECT系统的缺陷。钢板的厚度是3毫米。钢板,有一个小洞缺陷的大小约1.5毫米,约2毫米的深度。钢板产生的强磁场5高斯。MI磁传感器反馈可以扫描期间运作良好。励磁线圈的直径约3毫米。

激励频率的确定是一个重要的因素等,因为渗透涡流集肤效应是有限的。被定义为皮肤深度 δ = π f μ σ − 1 / 2 ,在那里 δ 是皮肤深度, μ 磁导率, σ 是导电性, f 是频率。钢板的导电性 σ 是关于 2 × 106年 S / m,相对渗透率约为100,穿透深度约2.7毫米在170赫兹的频率。

探测深度缺陷的钢板,较低的激发频率170赫兹。励磁电流的振幅是大约20 mA。图 22显示了缺陷信号的扫描,和图 23显示了二维扫描的结果。

一个反馈方法MI磁场传感器的开发。使用反馈的方法,提高了MI传感器的动态范围±0.7高斯±10高斯和的线性磁传感系统也得到了改善。输出信号与反馈的THD官约1%的没有反馈。

如果使用MI传感器在工业环境中,50赫兹线干扰的振幅可达1 μt . MI的传感器没有反馈,信号失真引起的非线性是大约10元,这是大到足以影响检测的准确性。MI与反馈传感器,信号失真是大约100 pT,靠近磁场噪声的GMI传感器和检测的准确性的影响较小。因此,对于应用在工业环境中,MI传感器与反馈是必要的。

我们构建了ECT系统使用MI磁场传感器和反馈。因为它的大动态范围,它可以用来评估缺陷钢板。我们会发现更多的工业应用磁场传感系统。