一种基于电磁感应的信号采集装置及其制作、使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子信息采集技术，用于检测可导电材料从表面到内部的物理特性。
【背景技术】
[0002]根据电磁场理论，变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场。而电磁感应正是基于电场与磁场之间的相互转化。电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面都有着广泛应用。当给定一个线圈时，在线圈上通以交变电流，会引起线圈附近磁场的变化；同样，如果线圈周围的磁场发生变化，通过线圈的磁通量就会发生变化，在线圈上就会产生感应电动势，感应电动势的大小与线圈所处环境有关，可通过电子技术进行采集，从而达到信号采集的目的。当把加载有交变电流的线圈放在导电材料附近时，可由于线圈与导电材料的电磁感应，使导电材料本身一些特性，如电阻率的高低、内部是否存在有裂缝等缺陷得以反映。当加载的交变电流的频率较高时，由于趋肤效应，可以反映导电材料表面的信息；当加载的交变电流的频率较低时，可以使电磁信号深入到导电材料内部，并反映出导电材料内部的信息。
【发明内容】
[0003]为了实现对导电材料从表面到内部物理特性的检测，本发明提出了一种基于电磁感应的信号采集装置及其制作方法，作为新的基于电磁感应的信号采集方案，当在梯度仪上加载一定频率的信号时，会在周围的导体产生电磁感应，并对感应的磁场产生响应。响应信号与导体的物理状态有关，而且加载信号频率的不同，响应信号所反映的导体的深度也不同。当加载的信号是从低频到高频的扫频信号时，就可实现对被测物体从内部到表面的检测。
[0004]本发明提出了一种基于电磁感应的信号采集装置，该装置的基本结构包括三组线圈，即一组初级线圈3和两组次级线圈；其中所述次级线圈包括第一次级线圈41和第二次级线圈42 ;所述第一次级线圈41和第二次级线圈42分别位于初级线圈3的两侧等距离的位置，且与初级线圈3平行，而且第一次级线圈41与第二次级线圈42的缠绕方向相反、匝数相同、首尾相接；
[0005]当把上述装置放置于可导电的待检测材料附近时，初级线圈产生一个感生磁场，待检测材料在所述感生磁场的作用下，产生涡电流；所述涡电流形成一个次级磁场，所述次级磁场在周围的金属线圈中形成感应，在两组次级线圈中形成一个附加的感生电动势。
[0006]当所述装置用于低频时，在靠近所述第一次级线圈41处还设置有磁阻抗传感器8，形成一种改进结构。为了保证所述磁阻抗传感器的工作状态，需要在次级线圈中通以直流电，为磁阻抗传感器提供磁场工作点。
[0007]本发明还提出了一种基于电磁感应的信号采集装置的制造方法，该方法包括以下步骤:
[0008]选用绝缘柱形材料，在上面等距绕制三组线圈，其中初级线圈位于中间，第一次级线圈(41)和第二次级线圈(42)分别位于两侧。
[0009]本发明再提出了一种基于电磁感应的信号采集装置实现的物体探测使用方法，该方法包括以下步骤:
[0010]将所述基于电磁感应的信号采集装置放置于待检测可导电的待检测材料附近；
[0011]当该装置在激励信号的频率高于2kHz下工作时，在初级线圈产生的初级磁场作用下，在待检测物体中产生涡电流；涡电流也形成一个次级磁场；该次级磁场在两组次级线圈中都会形成一个附加的感生电动势；
[0012]当该装置在激励信号的频率低于2kHz下工作时，磁阻抗传感器开始工作，同时次级线圈为磁阻抗传感器提供磁场工作点；此时，初级线圈上加载的交变信号在待检测材料中产生涡电流，该涡电流形成的磁场会被磁阻抗传感器检测到，引起其阻抗的变化；通过对磁阻抗传感器阻抗的检测，得到待检测材料性状的信息。
[0013]与现有技术相比，本发明可实现对周围磁场梯度变化的检测，通过改变信号的频率，能够实现在不同深度进行测量。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的基于电磁感应的信号采集装置的基本结构示意图；其中:1、感生磁场；2、祸电流；3、初级线圈；4、次级线圈；5、初级磁场；
[0015]图2为本发明的基于电磁感应的信号采集装置的制作过程示意图；其中:6、次级线圈缠绕位置；7、初级线圈缠绕位置；
[0016]图3为本发明的用于低频的基于电磁感应的信号采集装置改进结构示意图；其中:8、磁阻抗传感器；3、初级线圈；41、第一次级线圈；42、第二次级线圈；9、待测导体。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明，但本发明的实施范围并不局限于此。
[0018]如图1所示，本发明的基于电磁感应的信号采集装置的基本结构包含了三组线圈，一组初级线圈(LP)3，两组次级线圈(LS#PLSL)41、42，两组次级线圈41、42分别位于初级线圈3的两侧等距离的位置，且与初级线圈3平行，而且两组次级线圈41、42的缠绕方向相反、匝数相同、首尾相接。
[0019]如图2所示，为本发明的基于电磁感应的信号采集装置的制作过程示意图:为了有效地制作出满足上述要求的梯度仪，在实施时可选用聚四氟乙烯圆柱，在上面开出三个槽，其中第一个槽距离圆柱端面的距离为a，这三个槽之间的距离相等，均为b，每个槽的宽度均为C，槽的直径为d。这三个槽中，位于中间的一个，用于缠绕初级线圈，位于两侧的两个，用于缠绕次级线圈。
[0020]本发明的梯度仪的工作过程如下:
[0021]在较高频率下工作时，在本发明的基于电磁感应的信号采集装置的初级线圈上加载交变信号Ulttim，根据电磁场理论，在初级线圈周围会产生变化的初级磁场，其频率与Uprim相同。这个变化的初级磁场在次级线圈Ls#p Ls冲将会感生出感应电动势(感生磁场)，但由于两组次级线圈的缠绕方向相反、匝数相同，所以在LS#P LsJ:的感应电动势大小相等，方向相反，因此次级线圈的电压输出Ums= Oo
[0022]当把上述装置放置于可导电的材料(待检测材料)附近时，由于初级线圈产生的交变磁场的作用，在待检测材料中就会产生涡旋电流，简称涡电流。涡电流也会形成一个磁场，即图1中所示的次级磁场。次级磁场也会在周围的金属线圈中形成感应，因此，在两组次级线圈Lsu和Ls^都会形成一个附加的感生电动势。但由于两组次级线圈与待检测材料的距离不同，因此次级磁场形成的感生电场也存在较大的差别。这样，就使次级线圈的电压输出Ums不再为0，其大小要受到待检测材料的电导率、尺寸、待检测材料与基于电磁感应的信号采集装置之间的距离等多种因素的影响，经综合判断后就会得出待检测材料性状的综合信息。
[0023]在较低频率下工作时，磁阻抗传感器开始工作，同时次级线圈为磁阻抗传感器提供磁场工作点。此时，初级线圈上加载的交变信号在待检测材料中产生涡电流，该涡电流形成的磁场会被磁阻抗传感器检测到，引起