CN111380948A - 一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法 - Google Patents

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    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/725—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables by using magneto-acoustical effects or the Barkhausen effect

Abstract

本发明公开了一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其主要特征是直接实现从压应力连续变化到拉应力过程中磁巴克豪森噪声信号的采集，标定出磁巴克豪森噪声特征参量与连续拉压应力的关系。实际测试时，首先，将磁巴克豪森噪声传感器内插入防屈曲夹具以与平板试件表面良好接触；其次，利用F型卡具将磁巴克豪森噪声传感器夹持固定在防屈曲夹具外侧；最后将平板试件安装于万能实验机上的夹头以进行连续拉压实验，并采用常规的磁巴克豪森噪声检测装置同步获取不同拉、压应力作用下的磁巴克豪森噪声信号。通过上述方法，为准确地实验标定磁巴克豪森噪声信号特征参量与连续拉压应力的关系提供了有效手段。

Description

一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，可实现单个试件连续拉压过程中磁巴克豪森噪声特征参量与应力关系的标定。
背景技术
磁巴克豪森噪声对铁磁性材料的拉、压应力都敏感，是应力无损评价的重要手段之一。在利用磁巴克豪森噪声对应力检测检测时，必须预先开展标定实验，确定磁巴克豪森噪声信号特征参量与拉、压应力的关系。
目前的大部分研究，例如文献《Jgadish C,Clapham L,Atherton D L.Influenceof uniaxial elastic stress on power spectrum and pulse height distribution ofsurface Barkhausen noise in pipeline steel[J].Magnetics IEEE Transactions on,1990,26(3):1160-1163》、《郑阳,沈功田,谭继东,等.磁巴克豪森应力检测仪研制[J].传感技术学报,2018,31(4):649-656》、《高铭,王平,黄凯,等.基于巴克豪森原理的Q235钢沿深度方向应力分布检测[J].无损检测,2015,37(11):22-25》和《程志远,宋凯,门平,等.磁巴克豪森噪声重构磁滞参数的硬度测定方法[J].仪器仪表学报,2018(10):15》等都只基于《GB T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法标准》，标定了拉伸应力与磁巴克豪森噪声的关系，没有研究压应力对MBN信号的影响。
利用四点弯曲试件可以实现上下表面应力(或应变)符号的互异，但在试件截面内应力并不均匀而是呈梯度下降。在MBN技术可检测深度范围内，拉、压应力(或应变)的准确值难以估计，易导致较大的标定实验误差。
另一种方法是依据国家标准分别制备拉伸和压缩试件，先后在两个试件中进行磁巴克豪森噪声分别与拉应力、压应力的关系，最后将两组实验数据进行拼接。但往往受两个试件材质、几何尺寸和残余应力等差异导致两组实验数据在零应力位置不连续，无法准确获得从压应力连续过渡到拉应力区间的磁巴克豪森噪声信号特征参量变化规律，影响实际的应力测量精度。
针对现有方法的不足，本发明采用了防屈曲夹具及内插入防屈曲夹具的磁巴克豪森噪声传感器，在单一试件中，实现从压应力连续变化到拉应力过程中，磁巴克豪森噪声信号的检测。可以有效克服分段标定方法的不足，准确标定出磁巴克豪森噪声特征参量与连续拉压应力的关系。
发明内容
本发明目的是一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，以解决无法标定连续拉压应力的问题。
针对本发明所要解决的技术问题，设计了一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定装置，该装置包括信号发生器、双极性电源、磁巴克豪森传感器、万能试验机、平板试件、F型卡具、防屈曲夹具、信号调理电路和多通道数据采集卡。实验标定的实现方式是：首先对平板试件5安装专用防屈曲夹具7，然后将磁巴克豪森噪声传感器3的U型磁路插入防屈曲夹具7的某一侧向支撑块内，并经F型卡具6夹持固定在防屈曲夹具7外侧。利用万能试验机4对安装有防屈曲夹具7的平板试件5进行连续拉压，信号发生器1产生正弦波经双极性电源2放大后通入磁巴克豪森噪声传感器3的激励线圈，以提供交变磁场沿平板试件长度方向进行励磁，接收线圈输出的磁巴克豪森噪声电压信号经信号调理电路8处理后被多通道采集9卡接收。
在上述的方案中，防屈曲夹具最好采用不导磁的材料制作，如铝等材料。
在上述的方案中，所述的信号调理电路包括信号前置放大、信号滤波、信号后置放大模块，其中信号放大为微小信号放大模块，信号滤波为高通滤波或者带通滤波模块，用于信号的放大和滤波处理。
在上述的方案中，所述磁巴克豪森噪声传感器3的铁芯最好采用高导磁材料制成，如硅钢片材料等。
一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，采用防屈曲夹具及内插入防屈曲夹具的磁巴克豪森噪声传感器，防屈曲夹具能够随试件拉压变形调整自身尺寸，对压缩过程中的平板试件提供侧向夹持力防止试件屈曲，确保平板试件进行准静态连续拉压，而从压应力连续变化到拉应力过程中，磁巴克豪森噪声传感器可检测平板试件表面的磁巴克豪森噪声信号，具体标定实验的实施步骤如下：
a、将磁巴克豪森噪声传感器的U型磁路插入防屈曲夹具的某一侧向支撑块内，并经F型卡具夹持固定在防屈曲夹具外侧；
b、万能试验机对安装有防屈曲夹具的平板试件进行连续拉压，信号发生器产生正弦波经双极性电源放大后通入磁巴克豪森噪声传感器的激励线圈，以提供交变磁场沿平板试件长度方向进行励磁，接收线圈输出的磁巴克豪森噪声电压信号调理电路处理后被多通道数据采集卡接收；
c、从采集的磁巴克豪森噪声信号中提取特征参量，特征参量随拉、压应力连续变化的拟合曲线在零应力位置不出现阶跃而保持连续，则曲线拟合方程作为磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定结果。
在上述的方案中，提取特征参量包括均方根值、滑动平均所得包络线峰值、半峰宽。
在上述的方案中，防屈曲夹具由两组对称的侧向支撑块经组装螺栓紧固而成，每组侧向支撑块包括由两个平行的预紧定位销进行紧固的多片金属薄板叠层，每片薄板一端加工有供预紧定位销穿过的通孔，另一端为U形开放型切口。
在上述的方案中，相邻薄板相对彼此旋转180°叠放安装于两个平行的预紧定位销，而含U形开放型切口端与预紧定位销的相对位置随平板试件拉压变形而调整。
在上述的方案中，为配合磁巴克豪森噪声检测，一个侧向支撑块内的一片金属薄板将从中间切断，含通孔和U形开放型切口的两段薄板仍叠放在原有位置，但两段薄板间空气间隙的长度大于磁巴克豪森噪声传感器U型磁路跨距。
本发明通过以上技术方案，能够建立起铁磁性材料的连续拉压应力与磁巴克豪森噪声特征值之间的关系，为连续拉压应力的标定提供了一种新的方法。
附图说明
图1标定实验装置示意图；
图2防屈曲夹具结构示意图；
图3侧向支撑块结构示意图；
图4磁巴克豪森噪声传感器及其F型卡具示意图；
图5磁巴克豪森噪声信号与应力的关系示意图；
图中：1-信号发生器 2-双极性电源 3-磁巴克豪森传感器 4-万能试验机 5-平板试件 6-F型卡具 7-防屈曲夹具 8-信号调理电路 9-多通道数据采集卡 10-组装螺栓 11-侧支撑块 12-预紧定位销 13-薄板
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。
1、图1所示为标定实验用基本所需的仪器设备。利用万能试验机4对安装有防屈曲夹具7的平板试件5进行连续拉压，信号发生器1产生正弦励磁信号(10-200Hz)经双极性电源2放大后，通入已插入防屈曲夹具7的磁巴克豪森噪声传感器3的激励线圈，以提供交变磁场沿平板试件长度方向进行励磁，接收线圈输出的磁巴克豪森噪声电压信号经信号调理电路8处理后被多通道采集卡9接收。
2、如图2，3所示安装防屈曲夹具。防屈曲夹具7由两组对称的侧向支撑块11经组装螺栓10紧固而成，每组侧向支撑块内包括由两个平行的预紧定位销12进行紧固的多片金属薄板叠层，其中每片薄板13一端加工有供预紧定位销穿过的通孔，另一端为U形开放型切口，相邻薄板相对彼此旋转180°叠放安装于两个平行的预紧定位销，而含U形开放型切口端与预紧定位销的相对位置随平板试件拉压变形而调整。
3、如图4所示为磁巴克豪森噪声传感器3及其F型卡具。其中磁巴克豪森噪声传感器3的U型磁路可以插入防屈曲夹具7的某一侧向支撑块内与平板试件6直接接触，而后经F型卡具6夹持固定在防屈曲夹具7外侧。
4、如图5所示为拉压应力的标定实验结果。从采集的磁巴克豪森噪声信号中提取特征参量(如均方根值、滑动平均所得包络线峰值、半峰宽等)，特征参量随拉、压应力连续变化的拟合曲线在零应力位置不出现阶跃而保持连续，则曲线拟合方程作为磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定结果，如图中实线所示，而拉应力、压应力分别标定则在零应力位置出现阶跃，无法保持连续，如图中虚线所示。

Claims (8)

1.一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，采用防屈曲夹具及内插入防屈曲夹具的磁巴克豪森噪声传感器，防屈曲夹具能够随试件拉压变形调整自身尺寸，对压缩过程中的平板试件提供侧向夹持力防止试件屈曲，确保平板试件进行准静态连续拉压，而从压应力连续变化到拉应力过程中，磁巴克豪森噪声传感器可检测平板试件表面的磁巴克豪森噪声信号，具体标定实验的实施步骤如下：
a、将磁巴克豪森噪声传感器的U型磁路插入防屈曲夹具的某一侧向支撑块内，并经F型卡具夹持固定在防屈曲夹具外侧；
b、万能试验机对安装有防屈曲夹具的平板试件进行连续拉压，信号发生器产生正弦波经双极性电源放大后通入磁巴克豪森噪声传感器的激励线圈，以提供交变磁场沿平板试件长度方向进行励磁，接收线圈输出的磁巴克豪森噪声电压信号调理电路处理后被多通道数据采集卡接收；
c、从采集的磁巴克豪森噪声信号中提取特征参量，特征参量随拉、压应力连续变化的拟合曲线在零应力位置不出现阶跃而保持连续，则曲线拟合方程作为磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定结果。
2.根据权利要求1所述的一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，提取特征参量包括均方根值、滑动平均所得包络线峰值、半峰宽。
3.根据权利要求1所述的一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，防屈曲夹具由两组对称的侧向支撑块经组装螺栓紧固而成，每组侧向支撑块包括由两个平行的预紧定位销进行紧固的多片金属薄板叠层，每片薄板一端加工有供预紧定位销穿过的通孔，另一端为U形开放型切口。
4.根据权利要求3所述的一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，相邻薄板相对彼此旋转180°叠放安装于两个平行的预紧定位销，而含U形开放型切口端与预紧定位销的相对位置随平板试件拉压变形而调整。
5.根据权利要求3所述的一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，为配合磁巴克豪森噪声检测，一个侧向支撑块内的一片金属薄板将从中间切断，含通孔和U形开放型切口的两段薄板仍叠放在原有位置，但两段薄板间空气间隙的长度大于磁巴克豪森噪声传感器U型磁路跨距。
6.根据权利要求1所述的一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，防屈曲夹具采用铝材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，信号调理电路包括信号前置放大、信号滤波、信号后置放大模块，其中信号放大为微小信号放大模块，信号滤波为高通滤波或者带通滤波模块，用于信号的放大和滤波处理。
8.根据权利要求1所述的一种磁巴克豪森噪声与连续拉压应力关系的标定方法，其特征在于，磁巴克豪森噪声传感器的铁芯采用硅钢片材料制成。
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