本發(fā)明涉及電磁層析成像，特別是涉及一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、由于其非侵入性、無輻射、低成本和非接觸的特點(diǎn)，電磁層析成像技術(shù)正被廣泛研究并應(yīng)用于多個領(lǐng)域。它特別適用于涉及材料導(dǎo)電性和磁導(dǎo)率的場景。例如，電磁層析成像技術(shù)可用于工業(yè)過程中的金屬缺陷檢測、離子水監(jiān)測、管道內(nèi)多相流的分析以及鐵氧體粉末的分離等。電磁層析成像技術(shù)還可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物成像領(lǐng)域，包括生物組織的分析和人類腦卒中的監(jiān)測等。電磁層析成像技術(shù)是基于電磁感應(yīng)原理，通過多個電磁線圈之間的與導(dǎo)電材料之間耦合而產(chǎn)生的多個電信號，經(jīng)過信號重建算法之后獲得圖像。相比于其他非接觸的成像方法，如聲學(xué)法、熱成像法和可見光成像，電磁層析成像方法兼顧了時(shí)間快速性和準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，大大提高了測量效率。

2、有研究提出了一種平行電磁層析成像傳感器的設(shè)計(jì)，其中大尺寸的激勵線圈包圍了物體空間，產(chǎn)生了均勻的平行激勵磁場。這種設(shè)計(jì)提高了成像空間中心的可檢測性，但獨(dú)立測量的數(shù)量有限，無法獲得準(zhǔn)確的成像圖像。有學(xué)者提到并分析了多極幾何結(jié)構(gòu)。通過將鐵氧體芯插入線圈中以集中磁通量，從而增強(qiáng)了測量信號。然而上述研究主要集中在相對大尺寸目標(biāo)的應(yīng)用上，對小型目標(biāo)(如小尺寸鋼棒和銅線)的監(jiān)測研究仍然不足。

3、電磁層析成像檢測由于具有響應(yīng)快、非接觸、對電磁特性靈敏度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于金屬材料的無損檢測。電磁重建算法并可分為兩類：非迭代算法和迭代算法。非迭代算法，如線性反投影和tikhonov正則化，具有簡單和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，適用于實(shí)時(shí)成像。迭代算法，如共軛梯度法和landweber迭代法，通常提供更高質(zhì)量的圖像。不同的電磁重建算法會產(chǎn)生不同的質(zhì)量的成像圖像，盡管現(xiàn)有研究開發(fā)和改進(jìn)了不同的算法以提高精度和響應(yīng)速度，但它們在區(qū)分不同尺寸的物體方面仍然效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置及方法，能夠?qū)π〕叽鐚?dǎo)電或?qū)Т挪牧线M(jìn)行準(zhǔn)確的位置檢測和尺寸區(qū)分，為工業(yè)生產(chǎn)中對小尺寸目標(biāo)檢測的研究和應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，包括依次連接的電磁層析成像傳感器、多通道渦流儀器和計(jì)算機(jī)端；

4、電磁層析成像傳感器包括圓形成像區(qū)域、n個線圈和多個pcb板；pcb板兩端設(shè)有多組觸點(diǎn)，pcb板一端的多組觸點(diǎn)與線圈對應(yīng)連接，pcb板的另一端的多組觸點(diǎn)與多通道渦流儀器的通道連接；n個線圈中，(n-2)個線圈圍繞所述圓形成像區(qū)域均勻分布，且位于同一平面，(n-2)個線圈所在的平面上下纏繞2個水平方向平行的線圈，其中n為大于2的正整數(shù)。

5、優(yōu)選的，n＝10，多個線圈包括第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈、第九線圈、第十線圈；第一線圈至第八線圈圍繞圓形成像區(qū)域均勻分布，第九線圈、第十線圈在第一線圈至第八線圈所在的平面上按照水平方向平行的方式上下纏繞。

6、優(yōu)選的，第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈的直徑小于第九線圈、第十線圈。

7、優(yōu)選的，多個pcb板包括第一pcb板、第二pcb板，第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第十線圈與第一pcb板的多組觸點(diǎn)連接，第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈、第九線圈與第二pcb板的多組觸點(diǎn)連接。

8、優(yōu)選的，電磁層析成像傳感器還包括多個鐵芯，鐵芯分別設(shè)置在第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈內(nèi)。

9、一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感方法，應(yīng)用于上述任一項(xiàng)的一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，包括：

10、將待測物體垂直放入電磁層析成像傳感器的成像區(qū)域內(nèi)，多通道渦流儀器產(chǎn)生交變電流依次通入各個線圈中，產(chǎn)生激勵磁場；待測物體在激勵磁場的作用下感應(yīng)出渦流，渦流將產(chǎn)生次級磁場；

11、線圈在激勵磁場和次級磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電壓；在每個工作周期內(nèi)，所述多通道渦流儀器采集線圈的感應(yīng)電壓，并將采集數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)端，計(jì)算機(jī)端的程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)待測物體的檢測和尺寸區(qū)分。

12、優(yōu)選的，在一個工作周期內(nèi)，第一線圈至第八線圈被輪流通入交流電作為激勵線圈產(chǎn)生激勵磁場，剩余的線圈則作為感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

13、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

14、(1)本發(fā)明通過縮小電磁層析成像傳感器的整體尺寸，特別是將成像區(qū)域直徑縮小至7.5mm，保證了各激勵線圈磁場能夠作用于各感應(yīng)線圈，使其能夠靈敏地捕獲小型物體產(chǎn)生的微弱信號。因此相比現(xiàn)有的檢測技術(shù)，該傳感器在小型物體的檢測方面具有更高的精度。

15、(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的傳感器采用新型的線圈排布，增加了傳統(tǒng)傳感器所不具備的水平線圈。水平線圈產(chǎn)生的垂直磁場對于放入檢測區(qū)域物體的橫截面尺寸較為敏感，檢測物體的大小能直觀反映在水平線圈的測量值中，進(jìn)一步規(guī)范了重建圖像對物體尺寸的判斷，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電磁層析成像傳感器難以區(qū)分物體尺寸的不足。同時(shí)，由于水平線圈產(chǎn)生的垂直磁場在檢測區(qū)域內(nèi)近似均勻分布，物體放置在不同位置時(shí)能保持測量值的相對穩(wěn)定。

技術(shù)特征：

1.一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，其特征在于，包括依次連接的電磁層析成像傳感器、多通道渦流儀器和計(jì)算機(jī)端；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，其特征在于，所述n＝10，所述多個線圈包括第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈、第九線圈、第十線圈；所述第一線圈至第八線圈圍繞所述圓形成像區(qū)域均勻分布，所述第九線圈、第十線圈在所述第一線圈至第八線圈所在的平面上按照水平方向平行的方式上下纏繞。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，其特征在于，所述第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈的直徑小于所述第九線圈、第十線圈。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，其特征在于，所述多個pcb板包括第一pcb板、第二pcb板，所述第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第十線圈與所述第一pcb板的多組觸點(diǎn)連接，所述第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈、第九線圈與所述第二pcb板的多組觸點(diǎn)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，其特征在于，所述電磁層析成像傳感器還包括多個鐵芯，所述鐵芯分別設(shè)置在所述第一線圈、第二線圈、第三線圈、第四線圈、第五線圈、第六線圈、第七線圈、第八線圈內(nèi)。

6.一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-5任一所述的一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感方法，其特征在于，在一個工作周期內(nèi)，所述第一線圈至第八線圈被輪流通入交流電作為激勵線圈產(chǎn)生激勵磁場，剩余的線圈則作為感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于小尺寸金屬檢測的電磁層析成像傳感裝置及方法，所述裝置包括依次連接的電磁層析成像傳感器、多通道渦流儀器和計(jì)算機(jī)端；所述電磁層析成像傳感器包括多個線圈和多個PCB板；PCB板兩端設(shè)有多組觸點(diǎn)，PCB板一端的多組觸點(diǎn)與線圈對應(yīng)連接，PCB板的另一端的多組觸點(diǎn)與多通道渦流儀器的通道連接。本發(fā)明能夠?qū)π〕叽鐚?dǎo)電或?qū)Т挪牧线M(jìn)行準(zhǔn)確的位置檢測和尺寸區(qū)分，為工業(yè)生產(chǎn)中對小尺寸目標(biāo)檢測的研究和應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒迅,申嘉龍,尹武良,丁政,楊凱,孟征兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6