海洋工程結(jié)構(gòu)中常使用大量電化學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引發(fā)電偶腐蝕，而在腐蝕性極強的海水介質(zhì)條件下電偶腐蝕效應會加強。腐蝕電流檢測方法需要具有非常高的靈敏度、較強的抗干擾能力，且孔徑尺寸大、開合式方便拆卸等特點。磁通門傳感器因其測量精度較高、成本較低、結(jié)構(gòu)簡單且技術(shù)較為成熟，成為了腐蝕電流測量的首選。
據(jù)麥姆斯咨詢報道，針對海洋工程中迫切需要的大孔徑開合式腐蝕電流檢測方法，海軍工程大學電氣工程學院的研究人員設計了一種基于磁通門原理的大孔徑開合式腐蝕電流檢測探頭，并通過有限元仿真驗證了不同探頭參數(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計提供了理論依據(jù)。相關研究成果已發(fā)表于《儀表技術(shù)與傳感器》期刊。
(相關資料圖)
磁通門電流傳感器探頭主要由激勵源、磁通門探頭、后處理電路和被測柱體組成。其中磁通門探頭部分由一個雙邊開合式環(huán)形磁芯C和繞制在磁芯上的激勵線圈ω1和檢測線圈ω2組成，磁通門探頭正常工作時，激勵源向激勵線圈ω1通入交變電流，使得磁芯C在正負飽和狀態(tài)之間不斷變化，此時檢測線圈ω2上會產(chǎn)生正負變化的感應電流，當被測柱體電流I不為0時，感應電流的正負變化不對稱，后處理電路通過解調(diào)感應電流中的不對稱偏置，檢測出被測柱體電流I。
開合式磁通門電流傳感器探頭原理圖
磁通門效應直接使得磁通門脈沖的正負不對稱，而磁通門傳感器的檢測精度也很大程度上依賴磁通門脈沖的峰值大小，在實際的傳感器參數(shù)設計過程中，需要考慮不同參數(shù)對脈沖的影響，令磁通門脈沖峰值達到合理程度。
研究人員通過將待測電流帶來的磁場偏置影響代入磁芯磁導率，聯(lián)立磁芯磁路方程和檢測線圈的電路方程，結(jié)合相量法得出了開合式磁通門電流傳感器的檢測線圈電流脈沖計算公式，為大孔徑開合式磁通門電流傳感器的探頭設計提供了理論依據(jù)，同時結(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)設計等方面分析計算了待測電流引起的磁場偏置，討論了不同探頭參數(shù)對磁通門脈沖的影響，包括磁芯的半徑r，氣隙大小lg，磁芯截面積S，磁芯相對磁導率μr1，激勵線圈和檢測線圈匝數(shù)N1、N2，檢測線圈負載R、L，以及激勵電流幅值A，頻率ω。
磁芯半徑對磁通門脈沖的影響
氣隙對磁通門脈沖的影響
磁芯截面積對磁芯上平均磁通量的影響
磁芯相對磁導率對磁通門脈沖的影響
激勵線圈匝數(shù)對磁通門脈沖的影響
檢測線圈匝數(shù)對磁通門脈沖的影響
檢測線圈電阻分量對磁通門脈沖的影響
檢測線圈電感分量對磁通門脈沖的影響
激勵電流幅值對磁通門脈沖的影響
不同激勵頻率下對磁通門脈沖的影響
這項研究為大孔徑開合式磁通門電流傳感器的探頭設計提供了理論依據(jù)，對于傳感器后處理電路的設計具有一定的參考價值。
