CN111965245A - 基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置及方法 - Google Patents

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路子翔
王平
邱鹏程
张政达
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Abstract

本发明公开了一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置及方法，包括：使用永磁体对被检试件进行磁化与退磁处理；产生指定频率的恒流激励信号，在永磁体对被检试件的磁化和退磁的过程中产生增量磁场，并由采集线圈提取增量磁导率信号；对增量磁导率信号进行处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。优点：本发明使用永磁体作为磁场发生装置，在使用永磁体进行磁化和退磁的过程中不会产生额外的功耗，同时永磁体磁性能稳定，能够提供稳定的磁化与退磁磁场。本发明具有仪器设备简单、操作方便，功耗低的特点。

Description

基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置及方法，属于铁磁性材料的电磁无损检测技术领域。
背景技术
铁磁材料在实际应用中往往处于复杂的物理环境下，因此很容易因为环境的腐蚀和材料的疲劳损耗而产生裂纹，当裂纹随时间增大到达一定值时材料会断裂、失效，可能导致严重的事故。因此铁磁性材料的残余应力和疲劳损伤等质量性能的检测和预报成为工程技术界亟待解决的关键问题之一。材料机械性能检测的传统方法是有损检测，可以获得较准确的结果，但会破坏材料增加成本且工序复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，包括：
磁场发生装置，用于通过永磁体提供能将被检试件非周期、非线性磁化或退磁的磁场；
激励信号发生装置，用于产生指定频率的恒流激励信号；
检测探头，用于接收恒流激励信号，并在被检试件的非周期、非线性磁化和退磁过程中产生增量磁场，并提取增量磁导率信号；
信号采集处理装置，用于接收增量磁导率信号，并对增量磁导率信号进行处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。
进一步的，所述磁场发生装置包括两个方形永磁体；
方形永磁体的NS极朝向平行于被检试件，同时两个方形永磁体的NS极摆放方向相反，且两个方形永磁体相互不接触放置；方形永磁体放置在被检样件上方，与样件保持固定提离。
进一步的，所述方形永磁体固定在移动小车上，两个方形永磁体的间隔距离根据永磁体磁化强度和永磁体大小设置；
通过改变所述移动小车的车轮大小改变方形永磁体与被检试件之间的提离大小。
进一步的，所述检测探头包括：激励线圈、采集线圈和圆形线圈骨架；
其中任意一个绕制在圆形线圈骨架的内测，另一个绕制在圆形线圈骨架的外侧；或者任意一个绕制在上方，另一个绕制在下方。
进一步的，所述检测探头位置固定在被检测样件下方的某处，并处于方形永磁体的移动路径上。
进一步的，所述激励信号发生装置包括DDS模块和交流恒流源模块；
DDS信号发生器输出指定频率fH的正弦信号到交流恒流源，并且为采集处理装置提供参考信号；交流恒流源的输出接入检测探头。
进一步的，所述信号采集处理装置包括锁定放大器、数据采集卡和计算机；
所述锁定放大器用于对增量磁导率信号进行滤波和放大处理，将滤波和放大后的输出信号传输给数据采集卡，数据采集卡再传输至计算机进行信号的处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。
一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测方法，包括：
通过永磁体对被检试件进行磁化与退磁处理；
产生指定频率的恒流激励信号，在被检试件的非周期、非线性磁化和退磁过程中产生增量磁场，并通过提取线圈提取增量磁导率信号；
对增量磁导率信号进行处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。
进一步的，采用永磁体对被检试件进行非周期、非线性磁化与退磁处理。
进一步的，所述对被检试件进行非周期、非线性磁化与退磁处理的方法为单向移动永磁体，移动距离为S，移动速度为v，恒流激励信号的频率为fh，则移动速度v不超过S×fH/100。
本发明所达到的有益效果：
本发明能够无损检测不会损害被检测对象的使用性，可以做到在线检测，采用提取增量磁导率的方法，能够更好的实现铁磁性材料机械特性的检测。本发明使用永磁体作为磁场发生装置，具有仪器设备简单、功耗低的特点，同时永磁体磁性能稳定，能够提供稳定的磁化与退磁磁场。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明还提供一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，包括：由两个方形永磁体构成的磁场发生装置，由DDS模块、交流恒流源模块构成的激励信号发生装置，由激励线圈、采集线圈和磁传感器构成的检测探头，由锁定放大器、数据采集卡和计算机构成的信号采集处理装置；
其中磁场发生装置负责提供能将被检试件非周期、非线性磁化的磁场；激励信号发生装置负责产生指定频率的恒流激励信号；所述检测探头中激励线圈和采集线圈绕制在同一骨架上，恒流激励信号通过激励线圈产生增量磁场，采集线圈负责提取增量磁导率信号；增量磁导率信号经过锁定放大器滤波和放大后的输出信号连接到数据采集卡的输入，数据采集卡的输出连接到计算机，由计算机负责信号的处理和分析。
其中，用两个方形永磁体作为磁场发生装置，其为无源磁场发生装置，功耗为零。永磁体的NS极朝向平行于样件，同时两个永磁体的NS极摆放方向相反，相隔一定距离，在空间中形成磁场，所形成磁场的切向磁场强度在永磁体的切线方向上的变化规律为：从永磁体A的外侧起，到永磁体A正下方，切向磁场强度从0逐渐变为正向最大值（或反向最大值），到永磁体A和B中间位置过程中切向磁场强度逐渐变为0，到永磁体B正下方过程中切向磁场强度逐渐变为反向最大值（或正向最大值），到永磁体B外侧过程中切向磁场大小逐渐变为0。
通过单向移动永磁体来实现对被检试件的非周期、非线性磁化与退磁，被检试件在磁场中的位置发生变化，所受的磁场大小也发生变化。通过移动永磁体，可以实现被检试件所受磁场从零变为正向最大，再从正向最大变为反向最大，最后回到零，从而实现对被检试件的磁化和退磁。移动距离为S，移动速度为v，则移动时间t=S/v，定义fL=1/t，fL不超过恒流激励信号的频率fH的1/100，则速度v不超过S×fH/100。
所述永磁体的移动方式通过装载有小滚轮的小车实现，永磁体固定在小车上，永磁体与被检样件保持固定提离，可调节小车车轮大小来改变永磁体与被检试件之间的提离大小。永磁体之间的间隔距离根据永磁体磁化强度和永磁体大小设置，通常间距在1到3倍永磁体在移动方向的边长，可调整固定方式改变两块永磁体之间的距离。
所述检测探头既包含激励线圈也包含采集线圈，线圈内径11mm，外径15mm，激励线圈的圈数为200圈，提取线圈圈数为100圈。两个线圈绕制在同一个骨架上，其中任意一个绕制在内测，另一个绕制在外侧。
所述检测探头放置于被检试件下方的某点处，在被检试件的非周期、非线性磁化和退磁过程中，激励线圈激励产生增量磁场，采集线圈同时采集增量磁导率信号，即可得到在不同磁化状态下的增量磁导率信号。
所述检测探头可通过不同的固定方式与被检试件之间保持不同的提离大小。所述探头在放置时，必须处于永磁体的移动路径上。
一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测方法，包括：
通过永磁体对被检试件进行非周期、非线性磁化与退磁处理；
产生指定频率的恒流激励信号，在被检试件的非周期、非线性磁化和退磁过程中产生增量磁场，并提取增量磁导率信号
对增量磁导率信号进行处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，其特征在于，包括：
磁场发生装置，用于通过永磁体提供能将被检试件非周期、非线性磁化或退磁的磁场；
激励信号发生装置，用于产生指定频率的恒流激励信号；
检测探头，用于接收恒流激励信号，并在被检试件的非周期、非线性磁化和退磁过程中产生增量磁场，并提取增量磁导率信号；
信号采集处理装置，用于接收增量磁导率信号，并对增量磁导率信号进行处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。
2.根据权利要求1所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，其特征在于，所述磁场发生装置包括两个方形永磁体；
方形永磁体的NS极朝向平行于被检试件，同时两个方形永磁体的NS极摆放方向相反，且两个方形永磁体相互不接触放置；方形永磁体放置在被检样件上方，与样件保持固定提离。
3.根据权利要求2所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，其特征在于，所述方形永磁体固定在移动小车上，两个方形永磁体的间隔距离根据永磁体磁化强度和永磁体大小设置；
通过改变所述移动小车的车轮大小改变方形永磁体与被检试件之间的提离大小。
4.根据权利要求2所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，其特征在于，所述检测探头包括：激励线圈、采集线圈和圆形线圈骨架；
其中任意一个绕制在圆形线圈骨架的内测，另一个绕制在圆形线圈骨架的外侧；或者任意一个绕制在上方，另一个绕制在下方。
5.根据权利要求4所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，其特征在于，所述检测探头位置固定在被检测样件下方的某处，并处于方形永磁体的移动路径上。
6.根据权利要求1所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，其特征在于，所述激励信号发生装置包括DDS模块和交流恒流源模块；
DDS信号发生器输出指定频率fH的正弦信号到交流恒流源，并且为采集处理装置提供参考信号；交流恒流源的输出接入检测探头。
7.根据权利要求1所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测装置，其特征在于，所述信号采集处理装置包括锁定放大器、数据采集卡和计算机；
所述锁定放大器用于对增量磁导率信号进行滤波和放大处理，将滤波和放大后的输出信号传输给数据采集卡，数据采集卡再传输至计算机进行信号的处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。
8.一种基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测方法，其特征在于，包括：
通过永磁体对被检试件进行磁化与退磁处理；
产生指定频率的恒流激励信号，在被检试件的非周期、非线性磁化和退磁过程中产生增量磁场，并通过提取线圈提取增量磁导率信号；
对增量磁导率信号进行处理和分析，得到增量磁导率特征曲线。
9.根据权利要求8所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测方法，其特征在于，采用永磁体对被检试件进行非周期、非线性磁化与退磁处理。
10.根据权利要求9所述的基于永磁体磁化的铁磁性材料机械特性检测方法，其特征在于，所述对被检试件进行非周期、非线性磁化与退磁处理的方法为单向移动永磁体，移动距离为S，移动速度为v，恒流激励信号的频率为fh，则移动速度v不超过S×fH/100。
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