基于各向异性磁电阻的非接触式转轴腐蚀电流检测技术研究

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舰船在海洋中航行时船壳会发生电化学腐蚀。采用阴极保护技术可以减小船壳腐蚀,但会产生腐蚀电流,并在舰船周围激发轴频电场。由于电场探测技术的发展和电场引信水雷的存在,轴频电场给舰船安全性带来了威胁。精确检测螺旋桨传动轴腐蚀电流的大小,是研究舰船外部电场和磁场的重要基础。然而传动轴腐蚀电流幅值变化范围大,检测环境复杂,干扰较大,精确测量转轴电流有较大难度。同时,为保证传动轴结构完整,不能使用采样电阻等简单方法进行电流测量。基于此,本文设计了一种非接触式的电流检测系统,具有高稳定性,高精度,抗干扰的特点。通电导线周围会产生环形磁场,通过检测磁场可以间接反映被测电流的大小。作者基于该原理,针对舰船螺旋桨传动轴腐蚀电流检测需求,设计了一个具有差分结构的空间测磁系统,实现在不接触传动轴的条件下间接检测传动轴腐蚀电流。作者选择性能优越、应用广泛的AMR(各向异性磁阻效应)传感器作为本系统的敏感元件。并使用双传感器对被测电流进行检测,通过差分处理后,可以消除环境磁场中对传感器产生的共模干扰。本文首先针对舰船螺旋桨传动轴电流产生的磁场进行了仿真,主要仿真了电流检测系统的可行性,传感器的安装方向,传感器的安装宽度,安装过程中的误差对实验结果的影响。针对这些仿真结果,对传感器安装条件提出了一些要求。然后,针对螺旋桨传动轴腐蚀电流检测范围和精度的要求,设计了高信噪比的硬件系统和信号处理软件。作者搭建了模拟的测试环境,对整个电流检测系统进行了实验验证。结果表明,系统可以检测±2A的电流,分辨率可达2mA,线性度优于全量程的0.5%,该系统能够有效检测螺旋桨传动轴腐蚀电流,并且系统具有良好的稳定性、线性度,以及较高的分辨率。在复杂的测量环境中,有一定的抗干扰能力。
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