CN109725049B - 一种力磁场信号采集方法及基于其的在线应力检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种力磁场信号采集方法及基于其的在线应力检测方法，用以解决现有技术中因力‑磁效应响应磁场信号影响因素过多而导致采用响应磁场信号对在线应力的定量表征能力准确度较低的技术问题。包括以下步骤：a1、以预定频率和强度的交流磁场对待测构件进行交流磁化，并采集一个周期内的激发磁场信号；a2、将待测构件一个周期内的激发磁场信号减去与待测构件同种材料试件在无应力状态下的激发磁场信号，得到待测构件的力磁场信号；a3、根据事先标定的待测构件所属材质的应力～力磁场信号的定量关联关系，并根据步骤a2中获得的待测构件的力磁场信号，定量评定出待测构件所受应力。与现有技术相比，本发明提高了在线应力测量的准确度和适用范围。

Description

一种力磁场信号采集方法及基于其的在线应力检测方法
技术领域
本发明涉及金属材料的无损检测技术领域，尤其涉及一种金属材料的力磁场信号采集方法及基于其的在线应力检测方法。
背景技术
应力是造成机械结构损伤和破坏的关键因素，构件正在承受的应力(即在线应力)的定量检测及评定不仅对确保结构安全至关重要，还对预估结构寿命、降低结构生产、维护成本发挥重要作用。上个世纪，人们发现应力可以导致铁磁材料磁特性的变化，这种现象被广泛成为力-磁效应。力-磁效应为定量评定应力提供了极具潜力的挖掘空间，催生了一系列的应力磁评定技术。例如磁记忆检测、漏磁场检测、涡流检测及巴克豪森检测等技术，以上技术均通过采集力-磁效应响应磁场信号，并从中寻求能够表征应力的定量检测与评定参数。但由于力-磁效应的响应磁场信号影响因素众多，且只能适应于铁磁材料，因此以上基于力-磁效应响应磁场信号的技术对在线应力的定量表征能力的准确度及适应范围均较低。
发明内容
为解决现有技术中因力-磁效应响应磁场信号影响因素过多而导致采用响应磁场信号对在线应力的定量表征能力准确度较低的技术问题，本发明提供一种力磁场信号采集方法及基于其的在线应力检测方法。
为解决上述技术问题，首先，本发明提供一种力磁场信号采集方法，包括以下步骤：
a1、以预定频率和强度的交流磁场对待测样品进行交流磁化，并采集一个周期内的激发磁场信号；
a2、采用步骤a1中的交流磁场对与待测样品同材质的样品在无应力状态下进行交流磁化；并提取其一个周期内的激发磁场信号；
a3、将待测样品一个周期内的激发磁场信号减去与待测构件同材质的样品在无应力状态下的激发磁场信号，获得待测样品的力磁场信号。
其次，本发明提供一种基于力磁信号采集方法的在线应力检测方法，包括以下步骤：
b1、以预定频率和强度的交流磁场对待测构件进行交流磁化，并采集其力磁场信号；
b2、根据事先标定的待测构件所属材质的应力～力磁场信号的定量关联关系，并根据步骤b1中获得的待测构件的力磁场信号，定量评定出待测构件所受应力。
较佳地，步骤b2中，事先标定的应力～力磁场信号的定量关联关系，由以下步骤确定：
b11、采用与待测构件同材质的材料，制作测试试样；
b12、对测试试样进行不同应力的加载，同时采用与步骤a1相同参数的交流磁场对测试试样进行交流磁化，并采集测试试样在不同应力状态下相对应的力磁场信号；
b13、将测试试样在不同应力状态下的应力值与其相对应的力磁场信号进行匹配，标定出测试试样所属材质的应力～力磁场信号定量关联关系。
在力-磁效应中，金属构件应力的变化会对激发磁场信号产生影响，本发明基于力-磁效应，从激发磁场信号中，提取出力磁场信号，即将测试样品一个周期内的激发磁场信号减去测试试样无应力时的激发磁场信号，用于金属构件在线应力的无损检测与定量评定，包括铁磁构件及铝材等非铁磁构件。
本发明有益效果包括：
与现有技术中基于力-磁效应中的响应磁场信号对在线应力进行定量表征的技术相比，本发明通过采集测试试样不同应力状态下力-磁效应中的激发磁场信号，进而获测试试样不同应力状态下的力磁场信号，标定出测试试样所属材质的应力～力磁场信号定量关联关系，将此定量关系应用于与测试试样同材质构件的在线应力无损定量评定，由于激发磁场信号的影响因素较少，因此本发明的方法提高了准确度及适用范围。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明具体实施例中力磁场与激发磁场的关联关系；
图2为本发明具体实施例中应力～力磁场信号平均值的定量关联关系。
具体实施方式
下面结合附图，用具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明具体实施例提供基于力磁场信号采集方法的在线应力检测方法，包括以下两个阶段：
阶段1：关系模型建立及参数测定阶段：包括以下步骤：
b11、采用与待测构件同材质的材料，本具体实施例采用硅钢材质，制作测试试样；
b12、参阅图1所示，对测试试样分别加载20MPa、40MPa、60MPa、80MPa、100MPa、120MPa、140MPa、160MPa、180MPa及200MPa的弹性应力，同时采用频率为300Hz，预定强度的交流磁场对测试试样在上述不同应力状态下进行交流磁化，并采集相对应的力磁场信号；力磁场信号，通过采集测试试样在上述不同应力状态下一个周期内的激发磁场信号H(V)；并采集测试试样在无应力状态下一个周期内的激发磁场信号；将测试试样在不同应力状态下一个周期内的激发磁场信号减去测试试样无应力时的激发磁场信号，得到测试试样在不同应力状态下的力磁场信号Hσ(V)，进而获得测试试样在不同应力状态下的力磁场-激发磁场关联关系；
b13、参阅图2所示，对测试试样在同一应力状态下的力磁场信号Hσ(V)取平均值Hσ *(V)，将测试试样在不同应力状态下的应力值σ与相对应的力磁场信号平均值Hσ *(V)进行匹配，标定出测试试样所属材质的应力-力磁场信号平均值定量关联关系，本具体实施例中为硅钢。
阶段2：待测构件在线应力评定阶段，包括以下步骤：
b1、以与评定阶段相同频率和强度的交流磁场对待测构件进行交流磁化，并采集一个周期内的激发磁场信号；
b2、将待测构件一个周期内的激发磁场信号减去与待测构件同种材质试件在无应力状态下的激发磁场信号，得到待测构件的力磁场信号；
b3、根据阶段1中标定的待测构件所属材质的应力-力磁场信号平均值定量关联关系，并根据步骤a2中获得的待测构件的力磁场信号，定量评定出待测构件所受应力。
综上所述，与现有技术中基于力-磁效应中的响应磁场信号对在线应力进行定量表征的技术相比，本发明实施例通过采集测试试样不同应力状态下力-磁效应中的激发磁场信号，进而获测试试样不同应力状态下的力磁场信号，标定出测试试样所属材质的应力～力磁场信号定量关联关系，将此定量关系应用于与测试试样同材质构件的在线应力无损定量评定，由于激发磁场信号的影响因素较少，因此本发明实施例提高了准确度及适用范围。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种力磁场信号采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
a1、以预定频率和强度的交流磁场对待测样品进行交流磁化，并采集一个周期内的激发磁场信号H(V)；
a2、采用步骤a1中的交流磁场对与待测样品同材质的样品在无应力状态下进行交流磁化；并提取其一个周期内的激发磁场信号；
a3、将待测样品一个周期内的激发磁场信号H(V)减去与待测构件同材质的样品在无应力状态下的激发磁场信号，获得待测样品的力磁场信号
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
2.一种基于如权利要求1所述的力磁场信号采集方法的在线应力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
阶段1：关系模型建立及参数测定阶段：包括以下步骤：
b11、采用与待测构件同材质的材料，制作测试试样；
b12、对测试试样分别加载不同应力σ，同时采用预定频率和强度的交流磁场，对测试试样在上述不同应力σ状态下进行交流磁化，并采集测试试样在不同应力σ状态下相对应的力磁场信号
Figure 538922DEST_PATH_IMAGE001
；
b13、对测试试样在同一应力状态下的力磁场信号
Figure 618873DEST_PATH_IMAGE001
取平均值
Figure 706915DEST_PATH_IMAGE002
，将测试试样在不同应力状态下的应力值
Figure DEST_PATH_IMAGE003
与相对应的力磁场信号平均值
Figure 505107DEST_PATH_IMAGE002
进行匹配，标定出测试试样所属材质的应力-力磁场信号平均值定量关联关系；
阶段2：待测构件在线应力评定阶段，包括以下步骤：
b21、以与阶段1中相同频率和强度的交流磁场对待测构件进行交流磁化，并采集一个周期内的激发磁场信号；
b22、将待测构件一个周期内的激发磁场信号减去与待测构件同种材质试件在无应力状态下的激发磁场信号，得到待测构件的力磁场信号；
b23、根据阶段1中标定的待测构件所属材质的应力~力磁场信号平均值的定量关联关系，并根据步骤b22中获得的待测构件的力磁场信号，定量评定出待测构件所受应力。
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