脉冲漏磁传感器的优化设计与试验验证

脉冲漏磁检测技术 (Pulsed magnetic flux leakage，PMFL)是一种新型电磁无损检测技术，其有效地集成了漏磁检测[1-2]和脉冲涡流检测[3-4]各自的优点，既实现了对铁磁性材料的磁化，增强了激励场对检测结构的穿透效果，同时又利用了脉冲激励所特有的频率成分丰富的优点，对表面及深层缺陷有很好的检测效果。对带保温层、涂覆层的板材及管道的腐蚀、裂纹等缺陷，PMFL也有很大优势。目前，PMFL[5-8]已成为当前发展趋势迅猛的一种新型电磁无损检测技术。

通过对传统的PMFL传感器结构设计[9-11]进行分析，发现其励磁方式存在较大缺陷，导致即使加载很大的激励源，输出的检测信号依旧很微弱，其主要原因就是在传统的传感器励磁结构中，缠绕在U型磁芯横梁上的激励线圈在产生磁化被测试件所需磁场的同时，还会在激励线圈周围产生大量泄漏，从而形成背景噪声磁场。背景噪声磁场对漏磁信号具有磁场压缩作用，致使信噪比下降，从而影响传感器对缺陷信息的检测精度。

对于此问题，目前解决办法主要是采取被动消噪的方法:一是对采集到带有噪声的信号进行复杂繁冗的去噪处理，然后提取漏磁信号;二是在检测器件附近加屏蔽装置，减小噪声对缺陷漏磁信号的干扰。但两者结果都不能很好地达到降噪的效果。笔者设想运用主动降噪法，即通过寻求最佳结构，把噪声源减小，从而达到减小噪声，提高信噪比的效果。通过对多种不同励磁结构的脉冲漏磁传感器进行仿真分析，提出了一种新型PMFL传感器结构，在保证被测试件磁化效果的同时，很大程度上减少了由于激励磁场泄漏而产生的背景噪声磁场，提高了检测效果。在仿真的基础上，研制了新型传感器，并对标准试件进行了测试。试验证明了传感器设计的正确性及有效性。

1传感器结构优化仿真分析

为了提高检测系统的信噪比，则需在提高漏磁检测信号的同时减小背景噪声磁场。而漏磁检测信号的强弱与渗人到被测试件内的磁通量直接相关，同时背景噪声磁场主要是由激励源产生的磁场泄漏到空气中形成。因此，要提高信噪比就必须对传感器结构中的这两个核心器件进行研究分析。然而在经过一定研究分析后发现，随着激励线圈在磁芯上面缠绕位置的不同，其渗人到被测试件中的磁通量以及在空气中形成的泄漏磁场会有很大变化。因此通过对比不同结构传感器模型的信噪比，可以找到一个最佳结构，从而提高传感器的检测灵敏度以及对带一定厚度保温层试件的检测精度。在得到最佳设计结构的同时，通过研究发现，脉冲激励源的系统参数以及磁芯材料的电磁参数均会影响到检测信号的强弱，因此也需要对其进行最优的选择。所以在前期理论分析的基础上进行如下的仿真研究。