CN114034415B - 一种应力检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应力检测方法，用于应力检测系统，应力检测系统包括依次电性连接的计算机、单片机、信号发生器、前置增益放大器、功率放大器和磁轭检测器，磁轭检测器可产生激励信号：检测方法包括以下步骤：在单片机中输入调控函数；在计算机中输入预设的磁化方向角度变化量和磁轭检测器测量的磁通量，以调控激励信号的前置增益放大倍数；将磁轭检测器放置于航空液体压力管道表面并进行按压测量，以获得检测信号；将检测信号的均方根输入到计算机中预设的函数，以获得相对各向异性和应力分布函数，本申请具有可适用于航空液体压力管道的应力检测、且可准确地掌握内应力分布状况的优点。

Description

一种应力检测方法

技术领域

本申请涉及压力管道应力检测技术领域，尤其涉及一种应力检测方法。

背景技术

内应力在航空液体压力管道表面的分布与其工作状态和结构有关，往往表现为各向异性分布，同时内应力对航空液体压力管道性能的影响与对磁特性的影响是类似的，因此需要对航空液体压力管道的应力各向异性进行评估，作为其整体应力分布状况的参考量。

现有检测方法由于适用领域的限制，针对航空液体压力管道的应力各向异性进行检测时，不能准确地检测出应力在周向方向分布的差异性(即相对各向异性)，也不能准确计算出周向方向对应的具体应力值，从而不能准确地掌握内应力分布状况。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种应力检测方法，旨在解决现有检测方法针对航空液体压力管道的应力各向异性检测不能准确地掌握内应力分布状况的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种应力检测方法，用于应力检测系统，所述应力检测系统包括依次电性连接的计算机、单片机、信号发生器、前置增益放大器、功率放大器和磁轭检测器，所述单片机还分别与所述前置增益放大器、所述功率放大器电性和所述磁轭检测器电性连接，所述磁轭检测器可产生激励信号：

所述检测方法包括以下步骤：

在所述单片机中输入调控函数；

在所述计算机中输入预设的磁化方向角度变化量和所述磁轭检测器测量的磁通量，以调控所述激励信号的前置增益放大倍数；

将所述磁轭检测器放置于航空液体压力管道表面并进行按压测量，以获得检测信号；

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的计算函数，以获得所述航空液体压力管道的相对各向异性和应力分布函数。

可选地，所述将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的计算函数，以获得所述航空液体压力管道的相对各向异性和应力分布函数，包括：

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的各向异性函数进行拟合，获得拟合函数；其中，所述各向异性函数的表达式为y＝ɑcos²θ+b；

式中，y为检测信号的均方根，θ为磁化方向角度变化量，ɑ为各向异性相关检测信号的常数，b为各向同性相关检测信号的常数；

提取所述拟合函数中的系数ɑ和b并计算得出相对各向异性ρ，ρ＝(ɑ+b)/b；

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的应力标定函数，求得应力值σ；其中，所述应力标定函数的表达式为σ＝y₀+A*exp{-0.5(y-y_c)²/w}；

式中，A为应力峰值，y_c为应力峰值对应检测信号的均方根，y₀为应力标定函数的初始值，w为常数；

将应力值σ输入到所述计算机，获得应力分布函数Y＝(ɑcos²θ+b)σ。

可选地，所述将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的应力标定函数的步骤中，所述应力标定函数的建立方法包括：

选用一块实验板，所述实验板的材质与所述航空液体压力管道的材质相同；

将所述磁轭检测器放置于所述实验板上开展三点弯曲试验，并获得检测信号；

依据所述检测信号的均方根和应力的映射关系，建立应力标定函数。

可选地，所述将所述磁轭检测器放置于航空液体压力管道表面并进行按压测量的步骤中，按压测量的结束条件为：

所述磁化方向角度变化量总计为180°。

可选地，磁轭检测器包括第一U型磁轭和第二U型磁轭，第二U型磁轭穿过第一U型磁轭的开口，第一U型磁轭和第二U型磁轭的开口方向同向，第一U型磁轭的两立柱末端的连线与第二U型磁轭的两立柱末端的连线互相垂直且具有交叉点，交叉点处设置有检测部件，交叉点到第一U型磁轭和第二U型磁轭的任一立柱的距离相等，第一U型磁轭和第二U型磁轭的立柱上均依次绕设有激励线圈和反馈线圈，反馈线圈靠近立柱末端，激励线圈均与功率放大器电性连接。

可选地，磁轭检测器还包括外壳，第一U型磁轭和第二U型磁轭均设置于外壳上，且第一U型磁轭和所述第二U型磁的立柱均伸出外壳，外壳内设置有固定架，第二U型磁轭固定在固定架上，固定架远离第二U型磁轭的立柱的一面连接有多个压缩弹簧，压缩弹簧均连接在外壳内，固定架远离压缩弹簧的一面连接有中心弹簧，固定架通过中心弹簧连接检测部件。

可选地，所述在所述单片机中输入调控函数的步骤中，所述调控函数的表达式为：

I₁＝C₀cosθsin(t/f)；

I₂＝C₀sinθcos(t/f)；

式中，I₁为通过第一U型磁轭上的两组激励线圈的电流，I₂为通过第二U型磁轭上的两组激励线圈的电流，C₀为激励电流幅值，f为激励电流频率，θ为磁化方向角度变化量，t为电流通过激励线圈的时间。

可选地，检测部件包括固定块，固定块内设置有磁芯，磁芯上套设有检测线圈。

可选地，检测部件还包括套设在检测线圈上的护套，护套上套设有屏蔽套，屏蔽套固定在固定块上。

可选地，所述应力检测系统还包括电性连接在一起的后置增益放大器和A/D转换器，后置增益放大器与磁轭检测器电性连接，A/D转换器分别与计算机和单片机电性连接。

本申请所能实现的有益效果如下：

本申请通过在单片机中预先输入调控函数，依据调控函数可实时反馈输入和控制前置增益放大倍数，实现对磁通量叠加的精确控制，并针对航空液体压力管道表面进行按压式测量，保证磁轭检测器与航空液体压力管道表面的贴合性和耦合性，从而保证可适用于航空液体压力管道的测量，然后测量后将检测信号的均方根带入计算机中预设的函数，从而获得相对各向异性和应力分布函数这两个评价指标，通过相对各向异性来表示应力在管道周向方向分布的差异性，从应力分布函数可得出管道周向方向对应的具体应力值，从而准确地掌握管道内应力分布状况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请一种应力检测方法的流程示意图；

图2为本申请的实施例中应力检测系统的示意图(其中磁轭检测器省略外壳等附件)；

图3为本申请的实施例中磁轭检测器的结构示意图；

图4为本申请的实施例中磁轭检测器的爆炸结构示意图；

图5为本申请的实施例中检测部件的爆炸结构示意图；

图6为本申请的实施例中多磁化方向检测信号的极坐标分布图；

图7为本申请的实施例中检测信号均方根与磁化方向角度变化量的拟合曲线图；

图8为本申请的实施例中应力标定函数对应的曲线图。

附图标记：

110-第一U型磁轭，120-第二U型磁轭，130-检测部件，131-固定块，132-磁芯，133-检测线圈，134-护套，135-屏蔽套，140-激励线圈，150-反馈线圈，160-外壳，170-固定架，180-压缩弹簧，190-中心弹簧。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

实施例

参照图1-图8，本实施例提供一种应力检测方法，用于应力检测系统，所述应力检测系统包括依次电性连接的计算机、单片机、信号发生器、前置增益放大器、功率放大器和磁轭检测器，所述单片机还分别与所述前置增益放大器、所述功率放大器电性和所述磁轭检测器电性连接，所述磁轭检测器可产生激励信号：

所述检测方法包括以下步骤：

在所述单片机中输入调控函数；

在所述计算机中输入预设的磁化方向角度变化量和所述磁轭检测器测量的磁通量，以调控所述激励信号的前置增益放大倍数；

将所述磁轭检测器放置于航空液体压力管道表面并进行按压测量，以获得检测信号；

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的计算函数，以获得所述航空液体压力管道的相对各向异性和应力分布函数。

在本实施例中，通过在单片机中预先输入调控函数，依据调控函数可实时反馈输入和控制前置增益放大倍数，输入的磁化方向角度变化量即进行多磁化方向的检测，以此可绘制出多磁化方向检测信号的极坐标分布图(如图6所示)，实现对磁通量叠加的精确控制，同时又保证了在测量管道时无需繁琐的手动旋转探头即可改变磁化方向，极大的提高了检测效率，确保了检测结果的可靠性，并针对航空液体压力管道表面进行按压式测量，保证磁轭检测器与航空液体压力管道表面的贴合性和耦合性，从而保证可适用于航空液体压力管道的测量，按压时等待短暂的时候后就完成对磁化方向的调节，并测得各个方向的检测信号，然后测量后将检测信号的均方根带入计算机中预设的函数，从而获得相对各向异性和应力分布函数这两个评价指标，通过相对各向异性来表示应力在管道周向方向分布的差异性，从应力分布函数可得出管道周向方向对应的具体应力值，从而准确地掌握管道内应力分布状况。

作为一种可选的实施方式，所述将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的计算函数，以获得所述航空液体压力管道的相对各向异性和应力分布函数，包括：

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的各向异性函数进行拟合，获得拟合函数；其中，所述各向异性函数的表达式为y＝ɑcos²θ+b；

式中，y为检测信号的均方根，θ为磁化方向角度变化量，ɑ为各向异性相关检测信号的常数，b为各向同性相关检测信号的常数；

提取所述拟合函数中的系数ɑ和b并计算得出相对各向异性ρ，ρ＝(ɑ+b)/b；

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的应力标定函数，求得应力值σ；其中，所述应力标定函数的表达式为σ＝y₀+A*exp{-0.5(y-y_c)²/w}；

式中，A为应力峰值，y_c为应力峰值对应检测信号的均方根，y₀为应力标定函数的初始值，w为常数；

将应力值σ输入到所述计算机，获得应力分布函数Y＝(ɑcos²θ+b)σ。

本实施例为根据检测信号的均方根分别获得航空液体压力管道的相对各向异性和应力分布函数的具体方案，计算机中预设的计算函数即包括各向异性函数、应力标定函数和应力分布函数，获得检测信号的均方根的值后，同时将检测得到的磁化方向角度变化量的值自动代入各向异性函数中，即可提取系数ɑ和b获得拟合函数，从而可绘制出检测信号的均方根与磁化方向角度变化量的拟合曲线图(如图7所示)，根据系数ɑ和b即可直接获取相对各向异性ρ，以表示应力在管道周向方向分布的差异性，同时，检测信号的均方根又自动代入应力标定函数中，根据计算得出的应力值σ再输入计算机中最后得到应力分布函数，以获取管道周向方向对应的具体应力值，从而实现准确获得相对各向异性和应力分布函数这两个评价指标，以准确地掌握管道内应力分布状况，在本行业领域中具有较好的指导性和参考性，且本实施例以计算机为执行主体可自动地测量出相对各向异性ρ和应力分布函数Y＝(ɑcos²θ+b)σ的数据，整个过程高效快捷，计算精度高，提高了工作效率。

作为一种可选的实施方式，所述将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的应力标定函数的步骤中，所述应力标定函数的建立方法包括：

选用一块实验板，所述实验板的材质与所述航空液体压力管道的材质相同；

将所述磁轭检测器放置于所述实验板上开展三点弯曲试验，并获得检测信号；

依据所述检测信号的均方根和应力的映射关系，建立应力标定函数。

在本实施例中，建立应力标定函数时可事先进行试验调试获取，选用与航空液体压力管道的材质相同的实验板进行试验，可确保磁轭检测器的磁化方向与拉/压应力方向一致，并开展三点弯曲试验，即可获取检测信号并找到检测信号的均方根和应力的映射关系，以此建立应力标定函数。

需要说明的是，三点弯曲试验是将标本放在有一定距离的两个支撑点上，在两个支撑点中点上方向标本施加向下的载荷，标本的3个接触点形成相等的两个力矩时即发生三点弯曲，标本将于中点处发生断裂。点弯曲试验并不是测量骨干抗弯曲性能的最薄弱区，而是在标本上的感兴趣区域。具体实验构件尺寸及方法见GB/T 14452-1993(金属弯曲力学性能试验方法)。

作为一种可选的实施方式，所述将所述磁轭检测器放置于航空液体压力管道表面并进行按压测量的步骤中，按压测量的结束条件为：

所述磁化方向角度变化量总计为180°。

即磁化方向角度变化量总计达到180°后，才能保证测得管道周向一圈的检测信号的均方根的值，从而完整绘制出多磁化方向检测信号的极坐标分布图(如图6所示)。

作为一种可选的实施方式，磁轭检测器包括第一U型磁轭110和第二U型磁轭120，第二U型磁轭120穿过第一U型磁轭110的开口，第一U型磁轭110和第二U型磁轭120的开口方向同向，第一U型磁轭110的两立柱末端的连线与第二U型磁轭120的两立柱末端的连线互相垂直且具有交叉点，交叉点处设置有检测部件130，交叉点到第一U型磁轭110和第二U型磁轭120的任一立柱的距离相等，第一U型磁轭110和第二U型磁轭120的立柱上均依次绕设有激励线圈140和反馈线圈150，反馈线圈150靠近立柱末端，反馈线圈150则用于测量出磁通量，激励线圈140均与功率放大器电性连接，激励线圈140则用于产生激励信号和激励电流。磁轭检测器还包括外壳160，第一U型磁轭110和第二U型磁轭120均设置于外壳160上，且第一U型磁轭110和所述第二U型磁的立柱均伸出外壳160，外壳160内设置有固定架170，第二U型磁轭120固定在固定架170上，固定架170远离第二U型磁轭120的立柱的一面连接有多个压缩弹簧180，压缩弹簧180均连接在外壳160内，固定架170远离压缩弹簧180的一面连接有中心弹簧190，固定架170通过中心弹簧190连接检测部件130。

在本实施例中，基于磁轭检测器结构的特殊设计，即通过第一U型磁轭110和第二U型磁轭120的垂直交叉布置形成双磁轭结构，针对航空液体压力管道的应力检测可提高检测准确性，同时第二U型磁轭120通过压缩弹簧180可上下伸缩，检测时将磁轭检测器带有四个立柱的一侧贴合在管道表面，具备了可随按压力调节的高度差，往下按压时可使第二U型磁轭120相对第一U型磁轭110在弹簧力方向上可上下调节，使得四个立柱均能很好地与管道表面进行贴合，保证了磁轭检测器不受管道直径的影响，可与航空液体压力管道表面一直保持耦合，从而实现按压测量方式，可适用于管道特殊圆弧表面的贴合性，也可适用于平面检测对象，具备通用性，同时在中心弹簧190的作用下保证了第一U型磁轭110和第二U型磁轭120与检测部件130之间在按压力的作用下能够始终保持平齐。

作为一种可选的实施方式，所述在所述单片机中输入调控函数的步骤中，所述调控函数的表达式为：

I₁＝C₀cosθsin(t/f)；

I₂＝C₀sinθcos(t/f)；

式中，I1为通过第一U型磁轭110上的两组激励线圈140的电流，I2为通过第二U型磁轭120上的两组激励线圈140的电流，C0为激励电流幅值，f为激励电流频率，θ为磁化方向角度变化量，t为电流通过激励线圈140的时间。

在本实施例中，具体设定了调控函数的算法，依据该算法即可实现对磁通量叠加的精确控制，保证了在测量管道时无需繁琐的手动旋转探头即可改变磁化方向，极大的提高了检测效率，确保了检测结果的可靠性，因此该算法具有较高的参考和指导意义。

作为一种可选的实施方式，检测部件130包括固定块131，固定块131内设置有磁芯132，磁芯132上套设有检测线圈133，检测线圈133则用于输出检测信号。检测部件130还包括套设在检测线圈133上的护套134，护套134上套设有屏蔽套135，屏蔽套135固定在固定块131上，屏蔽套135用于屏蔽干扰信号，保证检测信号的稳定性和可靠性。

作为一种可选的实施方式，所述应力检测系统还包括电性连接在一起的后置增益放大器和A/D转换器，后置增益放大器与磁轭检测器电性连接，A/D转换器分别与计算机和单片机电性连接。

在本实施例中，后置增益放大器的输入端用于电性连接检测线圈，A/D转换器的输入端用于电性连接反馈线圈，从而使得依次连接的信号发生器、前置增益放大器(可设置两组)、功率放大器、磁轭检测器构成信号生成部件；依次连接的磁轭检测器、A/D转换器、单片机构成信号反馈部件；依次连接的双磁轭检测器、后置增益放大器、A/D转换器、计算机构成信号采集部件；依次连接的单片机、前置增益放大器、功率放大器、双磁轭检测器构成信号调节部件，保证数据的即时性、自动传输性和准确性。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种应力检测方法，其特征在于，用于应力检测系统，所述应力检测系统包括依次电性连接的计算机、单片机、信号发生器、前置增益放大器、功率放大器和磁轭检测器，所述单片机还分别与所述前置增益放大器、所述功率放大器和所述磁轭检测器电性连接，所述磁轭检测器用于产生激励信号：

所述检测方法包括以下步骤：

在所述单片机中输入调控函数；

在所述计算机中输入预设的磁化方向角度变化量和所述磁轭检测器测量的磁通量，以调控所述激励信号的前置增益放大倍数；

将所述磁轭检测器放置于航空液体压力管道表面并进行按压测量，以获得检测信号；

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的计算函数，以获得所述航空液体压力管道的相对各向异性和应力分布函数，具体包括：

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的各向异性函数进行拟合，获得拟合函数；其中，所述各向异性函数的表达式为y＝ɑcos²θ+b；

式中，y为检测信号的均方根，θ为磁化方向角度变化量，ɑ为各向异性相关检测信号的常数，b为各向同性相关检测信号的常数；

提取所述拟合函数中的系数ɑ和b并计算得出相对各向异性ρ，ρ＝(ɑ+b)/b；

将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的应力标定函数，求得应力值σ；其中，所述应力标定函数的表达式为σ＝y₀+A*exp{-0.5(y-y_c)²/w}；

式中，A为应力峰值，y_c为应力峰值对应检测信号的均方根，y₀为应力标定函数的初始值，w为常数；

将应力值σ输入到所述计算机，获得应力分布函数Y＝(ɑcos²θ+b)σ。

2.如权利要求1所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述将所述检测信号的均方根输入到所述计算机中预设的应力标定函数的步骤中，所述应力标定函数的建立方法包括：

选用一块实验板，所述实验板的材质与所述航空液体压力管道的材质相同；

将所述磁轭检测器放置于所述实验板上开展三点弯曲试验，并获得检测信号；

依据所述检测信号的均方根和应力的映射关系，建立应力标定函数。

3.如权利要求1所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述将所述磁轭检测器放置于航空液体压力管道表面并进行按压测量的步骤中，按压测量的结束条件为：

所述磁化方向角度变化量总计为180°。

4.如权利要求1所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述磁轭检测器包括第一U型磁轭和第二U型磁轭，所述第二U型磁轭穿过所述第一U型磁轭的开口，所述第一U型磁轭和所述第二U型磁轭的开口方向同向，所述第一U型磁轭的两立柱末端的连线与所述第二U型磁轭的两立柱末端的连线互相垂直且具有交叉点，所述交叉点处设置有检测部件，所述交叉点到所述第一U型磁轭和所述第二U型磁轭的任一立柱的距离相等，所述第一U型磁轭和所述第二U型磁轭的立柱上均依次绕设有激励线圈和反馈线圈，所述反馈线圈靠近立柱末端，所述激励线圈均与所述功率放大器电性连接。

5.如权利要求4所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述磁轭检测器还包括外壳，所述第一U型磁轭和所述第二U型磁轭均设置于所述外壳上，且所述第一U型磁轭和所述第二U型磁的立柱均伸出所述外壳，所述外壳内设置有固定架，所述第二U型磁轭固定在所述固定架上，所述固定架远离所述第二U型磁轭的立柱的一面连接有多个压缩弹簧，所述压缩弹簧均连接在外壳内，所述固定架远离所述压缩弹簧的一面连接有中心弹簧，所述固定架通过所述中心弹簧连接所述检测部件。

6.如权利要求4或5所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述在所述单片机中输入调控函数的步骤中，所述调控函数的表达式为：

I₁＝C₀cosθsin(t/f)；

I₂＝C₀sinθcos(t/f)；

式中，I₁为通过第一U型磁轭上的两组激励线圈的电流，I₂为通过第二U型磁轭上的两组激励线圈的电流，C₀为激励电流幅值，f为激励电流频率，θ为磁化方向角度变化量，t为电流通过激励线圈的时间。

7.如权利要求4或5所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述检测部件包括固定块，所述固定块内设置有磁芯，所述磁芯上套设有检测线圈。

8.如权利要求7所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述检测部件还包括套设在所述检测线圈上的护套，所述护套上套设有屏蔽套，所述屏蔽套固定在所述固定块上。

9.如权利要求1所述的一种应力检测方法，其特征在于，所述应力检测系统还包括电性连接在一起的后置增益放大器和A/D转换器，所述后置增益放大器与所述磁轭检测器电性连接，所述A/D转换器分别与所述计算机和所述单片机电性连接。

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