海洋工程結(jié)構(gòu)中常使用大量電化學(xué)性能不同的異種金屬材料，異種金屬材料間所存在的電位差會(huì)引發(fā)電偶腐蝕，而在腐蝕性極強(qiáng)的海水介質(zhì)條件下電偶腐蝕效應(yīng)會(huì)加強(qiáng)。腐蝕電流檢測(cè)方法需要具有非常高的靈敏度、較強(qiáng)的抗干擾能力，且孔徑尺寸大、開合式方便拆卸等特點(diǎn)。磁通門傳感器因其測(cè)量精度較高、成本較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且技術(shù)較為成熟，成為了腐蝕電流測(cè)量的首選。
據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，針對(duì)海洋工程中迫切需要的大孔徑開合式腐蝕電流檢測(cè)方法，海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種基于磁通門原理的大孔徑開合式腐蝕電流檢測(cè)探頭，并通過有限元仿真驗(yàn)證了不同探頭參數(shù)下磁通門脈沖特性，為大孔徑開合式磁通門電流傳感器的探頭設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《儀表技術(shù)與傳感器》期刊。
(相關(guān)資料圖)
磁通門電流傳感器探頭主要由激勵(lì)源、磁通門探頭、后處理電路和被測(cè)柱體組成。其中磁通門探頭部分由一個(gè)雙邊開合式環(huán)形磁芯C和繞制在磁芯上的激勵(lì)線圈ω1和檢測(cè)線圈ω2組成，磁通門探頭正常工作時(shí)，激勵(lì)源向激勵(lì)線圈ω1通入交變電流，使得磁芯C在正負(fù)飽和狀態(tài)之間不斷變化，此時(shí)檢測(cè)線圈ω2上會(huì)產(chǎn)生正負(fù)變化的感應(yīng)電流，當(dāng)被測(cè)柱體電流I不為0時(shí)，感應(yīng)電流的正負(fù)變化不對(duì)稱，后處理電路通過解調(diào)感應(yīng)電流中的不對(duì)稱偏置，檢測(cè)出被測(cè)柱體電流I。
開合式磁通門電流傳感器探頭原理圖
磁通門效應(yīng)直接使得磁通門脈沖的正負(fù)不對(duì)稱，而磁通門傳感器的檢測(cè)精度也很大程度上依賴磁通門脈沖的峰值大小，在實(shí)際的傳感器參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，需要考慮不同參數(shù)對(duì)脈沖的影響，令磁通門脈沖峰值達(dá)到合理程度。
研究人員通過將待測(cè)電流帶來的磁場(chǎng)偏置影響代入磁芯磁導(dǎo)率，聯(lián)立磁芯磁路方程和檢測(cè)線圈的電路方程，結(jié)合相量法得出了開合式磁通門電流傳感器的檢測(cè)線圈電流脈沖計(jì)算公式，為大孔徑開合式磁通門電流傳感器的探頭設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，同時(shí)結(jié)合COMSOL仿真軟件建立了有限元仿真分析模型，以720 mm孔徑的磁通門電流傳感器為例，從繞線方式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面分析計(jì)算了待測(cè)電流引起的磁場(chǎng)偏置，討論了不同探頭參數(shù)對(duì)磁通門脈沖的影響，包括磁芯的半徑r，氣隙大小lg，磁芯截面積S，磁芯相對(duì)磁導(dǎo)率μr1，激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈匝數(shù)N1、N2，檢測(cè)線圈負(fù)載R、L，以及激勵(lì)電流幅值A(chǔ)，頻率ω。
磁芯半徑對(duì)磁通門脈沖的影響
氣隙對(duì)磁通門脈沖的影響
磁芯截面積對(duì)磁芯上平均磁通量的影響
磁芯相對(duì)磁導(dǎo)率對(duì)磁通門脈沖的影響
激勵(lì)線圈匝數(shù)對(duì)磁通門脈沖的影響
檢測(cè)線圈匝數(shù)對(duì)磁通門脈沖的影響
檢測(cè)線圈電阻分量對(duì)磁通門脈沖的影響
檢測(cè)線圈電感分量對(duì)磁通門脈沖的影響
激勵(lì)電流幅值對(duì)磁通門脈沖的影響
不同激勵(lì)頻率下對(duì)磁通門脈沖的影響
這項(xiàng)研究為大孔徑開合式磁通門電流傳感器的探頭設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，對(duì)于傳感器后處理電路的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
