CN101493435B - 一种测量铁磁材料应力的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种测量铁磁材料应力的方法与装置，在激磁线圈中通过电流产生磁场，使被测对象磁化，根据磁路平均导磁率的变化获取应力信息。向激磁线圈馈入时序衔接的两组脉冲电流，一组是幅值衰减的交变电流，另一组是幅值波动的单极性脉冲电流，感应线圈输出与被测材料应力相关的电压信号；测量装置包括时序脉冲电流发生器和脉冲电压信号处理器。可以缩短铁磁材料应力测量周期，降低测量系统功耗，减少测试设备体积与重量，实现多种钢铁制品在线应力测量，例如用于悬索桥钢缆承载、起重设备钢索动态负荷、传动系统转轴扭矩以及建筑结构应力分布等非接触测量。
Description
技术领域 本发明属于检测技术，具体涉及一种测量铁磁材料应力的方法与装置。
背景技术 目前测量铁磁材料(例如低碳钢制造的轴、钢筋及钢缆等)内部应力的典型技术，是利用交流电源向环绕在被测对象磁路上的激磁线圈供电，在感应线圈两端产生与被测对象内部磁感应强度变化率成正比的电压信号，这种信号经过积分运算之后获得与磁感应强度成正比的电压信号，利用计算机技术分析其与激磁电流之间的函数关系，计算出磁化过程中被测对象的导磁率，根据导磁率与应力的对应关系测量被测物件内部的应力。陈述这种技术的典型文献如：
E Martin，J M Zamarro and J Rivas，An automatic System for the measurement ofdynamic hysteresis loops，J.Phys.E：Sci.Instrum.，Vol.15，1982.
这种方法可以实现铁磁材料内部应力的非接触测量。然而不足之处是，测量周期过长，传感器消耗功率过多，以及测试设备体积庞大。
发明内容 本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种新的方法与装置，更加简便地以非接触方式测量铁磁材料内部的应力。利用本发明，可以显著减小传感器消耗的功率，缩短测量周期，并减小测试装置的体积与重量。
本发明的方法是，采用互相隔离的激磁线圈〔1〕和感应线圈〔2〕，向激磁线圈〔1〕馈入激磁电流使被测铁磁材料磁化，通过激磁线圈的电流是两组时序衔接的脉冲电流，第一组脉冲电流是幅值由极大值逐渐减小到零的交变电流，第二组脉冲电流是幅值周期性脉动的单极性脉冲电流，在第一组脉冲电流幅值降低为零之后馈入第二组脉冲电流，感应线圈两端在第二组脉冲电流持续期间输出幅值与被测铁磁材料应力相关的电压信号。
实现本发明的装置包括互相隔离的激磁线圈〔1〕和感应线圈〔2〕，产生幅度由最大幅值逐渐减小至零的交流电流脉冲发生器，产生幅值周期性脉动的单极性脉冲电流发生器，时序脉冲电流合成器，感应线圈输出电压信号处理单元和以感应线圈为温度传感器的温度测量单元。
本发明的技术方案与现有技术方案相比较，其有益效果是，可以缩短铁磁材料应力测量过程持续的时间，减轻测试装置的功率负荷，实现在线连续实时检测。依据本发明，可以制造用于多种对象的非接触磁应力检测装置，为桥梁、建筑结构、动力系统和起重设备安全运行提供必要的监测技术手段。
附图说明
图1示出本发明采用的通过激磁线圈的电流波形
图2示出矩形波脉冲电流与等幅正弦波电流线性叠加合成的脉动脉冲电流波形
图3示出矩形波脉冲电流与等幅矩形波交变电流线性叠加合成的脉动脉冲电流波形
图4示出本发明测量装置电路框图
图5示出单极性脉动脉冲电流发生器电路框图
图6示出转接开关与测量系统的连接图
图7示出感应线圈输出电压信号检测器电路框图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的方法与装置作详细描述。
测量过程中向激磁线圈〔1〕供电的脉冲电流由时序衔接的两组脉冲电流构成，如图1所示(图1中横坐标T表示时间，纵坐标I1表示向激磁线圈馈入的电流)，其中一组是幅值逐渐减小到零的交变电流脉冲〔3〕，另一组是矩形波电流脉冲与等幅正弦波电流线性叠加合成的脉动电流脉冲〔4〕，如图2所示(图2中横坐标T表示时间，纵坐标I2表示矩形波电流脉冲与等幅正弦波电流线性叠加合成的脉冲电流)，或矩形波电流脉冲与等幅矩形波交变电流线性叠加合成的脉动电流脉冲〔5〕，如图3所示(图3中横坐标T表示时间，纵坐标I3表示矩形波电流脉冲与等幅矩形波交变电流线性叠加合成的脉动电流脉冲)。电流脉冲〔3〕的最大幅值在0.1到200安培之间、频率在0.5至1000赫兹之间、交变电流脉冲幅值从最大值逐渐减小到零的持续时间在0.2至60秒之间。电流脉冲〔4〕或〔5〕的峰值在0.2至400安培之间、脉冲持续时间在0.1至20秒之间、脉动频率在0.5至10000赫兹之间。感应线圈〔2〕同时作为温度传感器，在不馈入激磁电流时以其欧姆电阻的变化探测感应线圈〔2〕的温度值。
测量装置包括互相隔离的激磁线圈〔1〕和感应线圈〔2〕，输出幅度由最大值逐渐减小到零的交变电流脉冲发生器〔6〕，输出幅值周期性脉动的单极性脉冲电流发生器〔7〕，时序脉冲电流合成器〔8〕和电压信号处理单元〔9〕，如图4所示。单极性脉动脉冲电流发生器〔7〕由矩形波脉冲电压发生器〔10〕、等幅正弦波电压发生器〔11〕或等幅矩形波电压发生器〔12〕、电压脉冲合成器〔13〕和功率放大器〔14〕构成，如图5所示。感应线圈〔2〕在不同的时段分别通过转换开关〔15〕与电压信号处理单元〔9〕或测温器〔16〕相连，如图6所示。电压信号处理单元〔9〕包括检波器〔17〕、滤波器〔18〕和采样保持器〔19〕，如图7所示。交变电流脉冲发生器〔6〕或矩形波脉冲电压发生器〔10〕、或等幅正弦波电压发生器〔11〕、或等幅矩形波电压发生器〔12〕都有一个可以调节输出信号幅度的装置。
Claims (10)
1.一种测量铁磁材料应力的方法，使用互相隔离的激磁线圈【1】和感应线圈【2】，向激磁线圈【1】馈入激磁电流使被测铁磁材料磁化，其特征是，通过激磁线圈【1】的电流是两组时序衔接的脉冲电流，第一组脉冲电流是幅值由极大值逐渐减小到零的交变电流，第二组脉冲电流是幅值周期性脉动的单极性脉冲电流，第一组脉冲电流幅值降低为零之后馈入第二组脉冲电流，在第二组脉冲电流持续期间感应线圈【2】两端输出幅值与被测铁磁材料应力相关的电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种测量铁磁材料应力的方法，其特征是，所述的幅值周期性脉动的单极性脉冲电流是矩形波电流脉冲与等幅正弦波电流或等幅矩形波电流线性叠加合成的电流脉冲。
3.根据权利要求1所述的一种测量铁磁材料应力的方法，其特征是，所述的幅值逐渐减小到零的交变电流脉冲最大幅值在0.1到200安培之间，频率在0.5到1000赫兹之间，幅值从最大值减小到零的持续时间在0.2到60秒之间。
4.根据权利要求1所述的一种测量铁磁材料应力的方法，其特征是，所述的幅值周期性脉动的单极性脉冲电流持续时间在0.1到20秒之间，峰值在0.1到400安培之间，脉动频率在0.5至10000赫兹之间。
5.根据权利要求1所述的一种测量铁磁材料应力的方法，其特征是，所述的感应线圈【2】在不馈入电流时同时做为温度传感器，以其欧姆电阻的变化探测感应线圈【2】的温度值。
6.一种测量铁磁材料应力的装置，包括互相隔离的激磁线圈【1】和感应线圈【2】，其特征是，还包括输出幅度由最大值逐渐下降到零的交变电流脉冲发生器【6】，输出幅值周期性脉动的单极性脉冲电流发生器【7】，时序脉冲 电流合成器【8】和电压信号处理单元【9】。
7.根据权利要求6所述的一种测量铁磁材料应力的装置，其特征是，所述的输出幅值周期性脉动的单极性脉冲电流发生器【7】由矩形波脉冲电压发生器【10】，等幅正弦波电压发生器【11】，电压脉冲合成器【13】和功率放大器【14】构成；或由矩形波脉冲电压发生器【10】，等幅矩形波电压发生器【12】，电压脉冲合成器【13】和功率放大器【14】构成。
8.根据权利要求7所述的一种测量铁磁材料应力的装置，其特征是，所述的输出幅度由最大值逐渐下降到零的交变电流脉冲发生器【6】、或矩形波脉冲电压发生器【10】、或等幅正弦电压发生器【11】、或等幅矩形波电压发生器【12】有一个调节输出幅值的装置。
9.根据权利要求6所述的一种测量铁磁材料应力的装置，其特征是，感应线圈【2】与转换开关【15】相连，转换开关【15】分别与电压信号处理单元【9】或测温器【16】相连。
10.根据权利要求6所述的一种测量铁磁材料应力的装置，其特征是，所述的电压信号处理单元【9】包括检波器【17】、滤波器【18】和采样保持器【19】。
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