CN106052922A - 一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器，属于机械性能测试领域。采用三个或四个磁极在检测平面内分别构成正三角形或正方形，通过控制绕制在各个磁极上的励磁线圈的通断方式，实现对被测钢带不同方向的磁化，检测线圈位于多个磁极构成的正三角形或正方形几何对称中心，以拾取钢带磁化过程中产生的巴克豪森噪声信号。依据预先标定的钢带拉、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出钢带在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带内残余应力的主应力大小及方向。本发明结构简单，利用此两种传感器功能都可对钢带残余应力的主应力大小和方向进行检测。

Description

一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器
技术领域
本发明为一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器，属于机械性能测试领域，可适用于钢带残余应力的无损检测。
背景技术
钢带在轧制、热处理等加工过程中易产生残余应力。残余应力对钢带的力学性能有较大的影响，以硅钢为例，残余是钢带的铁损和矫顽力增加，磁导率降低，恶化钢带的电磁性能。由于钢带的厚度薄，现有的检测方法偏差比较大。因此为了确保产品的综合指标，选择合适的加工工艺，设计了一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器。
发明内容
本发明的目的为提供一种能够实现钢带残余应力大小及方向无损检测的多磁极微磁传感器。
为实现上述目的，本方案采用如下技术方案：一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器，采用三个或四个磁极在检测平面内分别构成正三角形或正方形，通过控制绕制在各个磁极上的励磁线圈的通断方式，实现对被测钢带(4)不同方向的磁化，检测线圈位于多个磁极构成的正三角形或正方形几何对称中心，以拾取钢带磁化过程中产生的巴克豪森噪声信号。依据预先标定的钢带拉、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出钢带在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带(4)内残余应力的主应力大小及方向。为配合多磁极微磁传感器(8)对被测钢带(4)残余应力的无损检测，采用信号发生器、功率放大器构成励磁装置，检测线圈输出的巴克豪森噪声信号经过前置放大器与带通滤波器处理后被采集卡采集和存储。被测钢带(4)由滚轴(3)带动沿长度方向移动，多磁极微磁传感器(8)固定安装在滑块(5)上，经丝杠(2)转动带动滑块(5)及多磁极微磁传感器(8)沿被测钢带(4)宽度方向平移，实现对被测钢带(4)不同位置处的残余应力检测，多磁极微磁传感器(8)通过三磁极微磁传感器底座(13)和四磁极微磁传感器底座(17)与连接轴(7)连接的，因为相互之间不需要承受较大载荷，因此选用螺纹连接。对于三磁极微磁传感器，三磁极微磁传感器顶座(10)和三磁极微磁传感器底座(13)与磁极a(11)是过盈配合，保证紧密连接，线圈a(12)紧密缠绕在磁极a(11)表面。对于四磁极微磁传感器，四磁极微磁传感器顶座(14)和四磁极微磁传感器底座(17)与磁极b(15)是过盈配合，保证紧密连接；线圈b(16)紧密缠绕在磁极b(15)表面。
三磁极微磁传感器能够测量0°、60°、120°三个方向上的残余应力大小，其中三磁极微磁传感器顶座(10)为非导磁材料，三磁极微磁传感器底座(13)为导磁材料。首先固定微磁探头在某一个测量位置，对第一磁极(11-1)的第一励磁线圈(12-1)和第二磁极(11-2)的第二励磁线圈(12-2)同时激励，被测钢带在0°方向被磁化，感应线圈(9)测得0°方向的巴克豪森噪声信号。之后，对第二磁极(11-2)的第二励磁线圈(12-2)和第三磁极(11-3)的第三励磁线圈(12-3)同时激励，被测钢带在60°方向被磁化，感应线圈(9)测得60°方向的巴克豪森噪声信号。然后，对第一磁极(11-1)的第一励磁线圈(12-1)和第三磁极(11-3)的第三励磁线圈(12-3)同时激励，被测钢带在120°方向被磁化，感应线圈(9)测得120°方向的巴克豪森噪声信号。最后，依据预先标定的钢带拉、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出被测钢带(4)在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带(4)内残余应力的主应力大小及方向。
四磁极微磁传感器能够测量0°、45°、90°的残余应力大小，其中四磁极微磁传感器顶座(14)为非导磁材料，四磁极微磁传感器底座(17)为导磁材料。首先固定微磁探头在在某一个测量位置，对第四磁极(15-1)的第四励磁线圈(16-1)和第六磁极(15-3)的第六励磁线圈(16-3)同时激励，被测钢带在0°方向被磁化，感应线圈(9)测得0°方向的巴克豪森噪声信号。之后，对第五磁极(15-2)的第五励磁线圈(16-2)和第七磁极(15-4)的第七励磁线圈(16-4)同时激励，被测钢带在90°方向被磁化，感应线圈(9)测得90°方向的巴克豪森噪声信号。然后，将第四磁极(15-1)和第五磁极(15-2)串联，第六磁极(15-3)和第七磁极(15-4)串联，对两组磁极接入相反方向的励磁信号，被测钢带在45°方向被磁化，感应线圈(9)测得45°方向的巴克豪森噪声信号。最后，依据预先标定的钢带拉应力、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出被测钢带(4)在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带(4)内残余应力的主应力大小及方向。
本发明采用以上技术方案，使得钢带多磁极微磁传感器具有测量残余应力的主应力方向和大小的双功能，并且结构简单，利用此两种传感器功能都可对钢带残余应力的主应力大小和方向进行检测。
附图说明
图1为本发明整体安装示意图。
图2为巴克豪森噪声最大幅值与应力的关系示意图。
图3为三磁极微磁传感器结构示意图。
图4为四磁极微磁传感器结构示意图。
图5为三磁极微磁传感器顶端磁场分布图。
图6为四磁极微磁传感器顶端磁场分布图。
图中：1-测量支架，2-丝杠，3-滚轴，4-被测钢带，5-滑块，6-电机，7-连接轴，8-多磁极微磁传感器，9-感应线圈，10-三磁极微磁传感器顶座，11-磁极a，12-线圈a，13-三磁极微磁传感器底座，14-四磁极微磁传感器顶座，15-磁极b，16-线圈b，17-四磁极微磁传感器底座。
具体实施方式
如图1为钢带微磁测量方法的整体装置示意图。图1中，将被测钢带(4)置于测量装置上，滚轴(3)带动被测钢带(4)以一定步长移动，电机(5)通过丝杠(2)带动滑块，经由连接轴带动多磁极微磁传感器(8)移动到测量残余应力指定y位置。信号发生器产生励磁信号，经过功率放大器将励磁信号施加在多磁极微磁传感器(8)上，最终采集到的信号经过采集卡输入PC机进行运算，得到残余应力的主应力大小和方向。
图3为三磁极微磁传感器结构示意图，三磁极微磁传感器能够测量0°、60°、120°三个方向上的残余应力大小，其中三磁极微磁传感器顶座(10)为非导磁材料，三磁极微磁传感器底座(13)为导磁材料。首先固定微磁探头在某一个测量位置，对第一磁极(11-1)的第一励磁线圈(12-1)和第二磁极(11-2)的第二励磁线圈(12-2)同时激励，被测钢带在0°方向被磁化，感应线圈(9)测得0°方向的巴克豪森噪声信号。之后，对第二磁极(11-2)的第二励磁线圈(12-2)和第三磁极(11-3)的第三励磁线圈(12-3)同时激励，被测钢带在60°方向被磁化，感应线圈(9)测得60°方向的巴克豪森噪声信号。然后，对第一磁极(11-1)的第一励磁线圈(12-1)和第三磁极(11-3)的第三励磁线圈(12-3)同时激励，被测钢带在120°方向被磁化，感应线圈(9)测得120°方向的巴克豪森噪声信号。最后，依据预先标定的钢带拉、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出被测钢带在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带内残余应力的主应力大小及方向。
图4为四磁极微磁传感器结构示意图，四磁极微磁传感器能够测量0°、45°、90°的残余应力大小，其中四磁极微磁传感器顶座(14)为非导磁材料，四磁极微磁传感器底座(17)为导磁材料。首先固定微磁探头在在某一个测量位置，对第四磁极(15-1)的第四励磁线圈(16-1)和第六磁极(15-3)的第六励磁线圈(16-3)同时激励，被测钢带在0°方向被磁化，感应线圈(9)测得0°方向的巴克豪森噪声信号。之后，对第五磁极(15-2)的第五励磁线圈(16-2)和第七磁极(15-4)的第七励磁线圈(16-4)同时激励，被测钢带在90°方向被磁化，感应线圈(9)测得90°方向的巴克豪森噪声信号。然后，将第四磁极(15-1)和第五磁极(15-2)串联，第六磁极(15-3)和第七磁极(15-4)串联，对两组磁极接入相反方向的励磁信号，被测钢带在45°方向被磁化，感应线圈(9)测得45°方向的巴克豪森噪声信号。最后，依据预先标定的钢带拉应力、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出钢带在不同磁化方向的应力，进而计算出钢带内残余应力的主应力大小及方向。
利用测量系统对标准试件进行标定，进而得到图2的应力和巴克豪森噪声最大值的曲线，PC机将采集到的被测钢带(4)巴克豪森噪声信号的最大值和曲线进行比对，得到准确的残余应力的值。

Claims (4)

1.一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器，其特征在于：采用三个或四个磁极在检测平面内分别构成正三角形或正方形，通过控制绕制在各个磁极上的励磁线圈的通断方式，实现对被测钢带(4)不同方向的磁化，检测线圈位于多个磁极构成的正三角形或正方形几何对称中心，以拾取钢带磁化过程中产生的巴克豪森噪声信号；
依据预先标定的钢带拉、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出钢带在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带(4)内残余应力的主应力大小及方向；
为配合多磁极微磁传感器(8)对被测钢带(4)残余应力的无损检测，采用信号发生器、功率放大器构成励磁装置，检测线圈输出的巴克豪森噪声信号经过前置放大器与带通滤波器处理后被采集卡采集和存储；被测钢带(4)由滚轴(3)带动沿长度方向移动，多磁极微磁传感器(8)固定安装在滑块(5)上，经丝杠(2)转动带动滑块(5)及多磁极微磁传感器(8)沿被测钢带(4)宽度方向平移，实现对被测钢带(4)不同位置处的残余应力检测，多磁极微磁传感器(8)通过三磁极微磁传感器底座(13)和四磁极微磁传感器底座(17)与连接轴(7)连接的，因为相互之间不需要承受较大载荷，因此选用螺纹连接；对于三磁极微磁传感器，三磁极微磁传感器顶座(10)和三磁极微磁传感器底座(13)与磁极a(11)是过盈配合，保证紧密连接，线圈a(12)紧密缠绕在磁极a(11)表面；对于四磁极微磁传感器，四磁极微磁传感器顶座(14)和四磁极微磁传感器底座(17)与磁极b(15)是过盈配合，保证紧密连接；线圈b(16)紧密缠绕在磁极b(15)表面。
2.根据权利要求1所述的一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器，其特征在于：三磁极微磁传感器能够测量0°、60°、120°三个方向上的残余应力大小，其中三磁极微磁传感器顶座(10)为非导磁材料，三磁极微磁传感器底座(13)为导磁材料；首先固定微磁探头在某一个测量位置，对第一磁极(11-1)的第一励磁线圈(12-1)和第二磁极(11-2)的第二励磁线圈(12-2)同时激励，被测钢带在0°方向被磁化，感应线圈(9)测得0°方向的巴克豪森噪声信号；之后，对第二磁极(11-2)的第二励磁线圈(12-2)和第三磁极(11-3)的第三励磁线圈(12-3)同时激励，被测钢带在60°方向被磁化，感应线圈(9)测得60°方向的巴克豪森噪声信号；然后，对第一磁极(11-1)的第一励磁线圈(12-1)和第三磁极(11-3)的第三励磁线圈(12-3)同时激励，被测钢带在120°方向被磁化，感应线圈(9)测得120°方向的巴克豪森噪声信号；最后，依据预先标定的钢带拉、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出被测钢带(4)在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带(4)内残余应力的主应力大小及方向。
3.根据权利要求1所述的一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器，其特征在于：四磁极微磁传感器能够测量0°、45°、90°的残余应力大小，其中四磁极微磁传感器顶座(14)为非导磁材料，四磁极微磁传感器底座(17)为导磁材料；首先固定微磁探头在在某一个测量位置，对第四磁极(15-1)的第四励磁线圈(16-1)和第六磁极(15-3)的第六励磁线圈(16-3)同时激励，被测钢带在0°方向被磁化，感应线圈(9)测得0°方向的巴克豪森噪声信号；之后，对第五磁极(15-2)的第五励磁线圈(16-2)和第七磁极(15-4)的第七励磁线圈(16-4)同时激励，被测钢带在90°方向被磁化，感应线圈(9)测得90°方向的巴克豪森噪声信号；然后，将第四磁极(15-1)和第五磁极(15-2)串联，第六磁极(15-3)和第七磁极(15-4)串联，对两组磁极接入相反方向的励磁信号，被测钢带在45°方向被磁化，感应线圈(9)测得45°方向的巴克豪森噪声信号；最后，依据预先标定的钢带拉应力、压应力与巴克豪森噪声信号的关系曲线或方程，确定出被测钢带(4)在不同磁化方向的应力，进而计算出被测钢带(4)内残余应力的主应力大小及方向。
4.根据权利要求1所述的一种钢带残余应力无损检测用的多磁极微磁传感器，其特征在于：利用测量系统对标准试件进行标定，进而得到应力和巴克豪森噪声最大值的曲线，PC机将采集到的被测钢带(4)巴克豪森噪声信号的最大值和曲线进行比对，得到准确的残余应力的值。
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