CN1410766A - 利用巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无损检测领域，涉及利用巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法，它是通过数模转换器产生阶梯波电压驱动激励线圈使零件磁化而产生巴克豪森噪声信号，然后对信号进行记录处理。采用该方法把材料的硬度值与产生磁化的电压数值对应起来，在同一阶梯电压下，零件的磁化电流按指数规律上升，磁场强度也按指数规律增强，若磁化力得到某一量值，磁分子发生转动，在转动过程中出现的巴克豪森噪声信号含有表层硬度及层深的信息；通过对数据文件中的数据作相应的数据处理后，可以图形曲线的方式显示硬度、应力、层深的对应关系。
Description
技术领域：本发明属于无损检测领域，尤其涉及利用巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法。
背景技术：需要表面淬火的零件，其淬火层深直接影响零件的使用寿命，因此检测其淬火层深就十分重要。现在检测淬火层深的方法有：一是金相法，将零件解剖，经过金相处理后在显微镜下观察，用硬度计测量硬度，属于有损检测；二是涡流法，分别用不同的频率的电流激励线圈测量其涡流，然后根据频率和涡流值判断淬火层深，这种方法受表面裂纹影响较大；三是巴克豪森噪声信号法，现在利用巴克豪森噪声信号法测量淬火层深均是在某种固定频率下产生激励电流，由于随着激励电流的频率由高到低的变化，磁化层是逐渐加深的，这时的巴克豪森信号有来自表面的也有来自深层的，因而无法区分不同深度的信号。这一点可以参考《理化检验》物理分册2002第2期(《理化检验》杂志社出版)67页中《应用巴克豪森噪声技术对连杆螺栓硬度的测定》一文所述。
发明内容：本发明为了解决现在利用巴克豪森噪声信号法测量淬火层深是在某种固定频率下产生激励电流而无法区分不同深度的信号的现象，提出一种利用巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法：是通过数摸转换器产生阶梯波电压驱动激励线圈使零件磁化而产生巴克豪森噪声信号，然后对所述信号进行数据记录处理。具体程序为：A、在同一阶梯电压下顺序记录巴克豪森噪声信号；B、改变数摸转换器的输出，再顺序记录下一阶梯电压下出现的巴克豪森噪声信号；C、数摸转换器的输出从一极限值到另一极限值，重复B步骤；D、将顺序记录下来的巴克豪森噪声信号以文件形式存入计算机；E、对记录数据进行处理，以图形坐标方式显示出来。由于在每个阶梯电压激励下，激励线圈中电流都是按指数规律上升的，相当于开始用高频电流激励，随着时间变化激励电流的频率在不断降低，从而将由表面到深层出现的巴克豪森噪声信号在时间上分开，巴克豪森噪声信号是磁分子在外界磁场作用发生转动而产生的，不同的硬度需要的外界磁场力不同，不同的阶梯电压下的巴克豪森噪声信号能反映材料的硬度值。也就是说把材料的硬度值与产生磁化的电压数值对应起来，在同一阶梯电压下，零件的磁化电流按指数规律上升，磁场强度也按指数规律增强，若磁化力得到某一量值，磁分子发生转动，在转动过程中出现巴克豪森噪声信号，它含有表层硬度及层深的信息。每一阶梯电压下的巴克豪森噪声信号可以记录十个到数十千个字节，通过对数据文件中的数据作相应的数据处理后，可以以图形曲线的方式显示硬度、应力、层深的对应关系。
附图说明：图1是本发明的利用巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法的原理简图。
具体实施方式：该巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法是通过数摸转换器产生阶梯波电压驱动激励线圈使零件磁化而产生巴克豪森噪声信号，然后对所述信号进行数据记录处理。具体程序为：A、在同一阶梯电压下顺序记录巴克豪森噪声信号；B、改变数摸转换器的输出，再顺序记录下一阶梯电压下出现的巴克豪森噪声信号；C、数摸转换器的输出从一极限值到另一极限值，重复B步骤；D、将顺序记录下来的巴克豪森噪声信号以文件形式存入计算机；E、对记录数据进行处理，以图形坐标方式显示出来。亦即：
(1)、在计算机控制下，D/A转换器从一个极值到另一个极值依次产生阶梯信号，再通过功率放大器产生阶梯电压驱动激励线圈。
(2)、用接收线圈、声震探头将巴克豪森噪声信号接收后送高速放大器放大，放大器增益在20分贝到60分贝之间，若用线圈接收巴克豪森噪声信号，线圈的线径在0.1毫米左右，匝数在20匝到50匝。线圈匝数、线径、直径与探头结构有关，而探头是根据被测零件的形状及测量部位设计的。
(3)、在每一个阶梯电压下，先将高速存储器的地址计数器置零，用高速A/D转换器将巴克豪森噪声信号转换数据并写入高速存储器，地址计数器加一。数据长度可设定为数十个到数十千个，当地址计数器的值达到设定值时，再依次读出高速存储器的值以文件形式存入计算机。然后调整D/A转换器输出，产生新的阶梯电压，重复上述操作，直到D/A转换器的输出到达另一个极值为止，每一阶梯电压的幅度和总的阶梯数以及每一阶梯电压的数据采集长度可预先设定。
(4)、由于磁滞回线是对称的，所以D/A转换器只须从一个极值到另一个极值，回程可以加快，且无须采样，每个测量周期D/A转换器至少要从一个极值到另一个极值，也可多测几次再求其平均值。
图1中震荡器1的输出频率可以在2～40MZH的范围内，门电路2有三个输入端一个输出端，计数器3输出计数值可作为存储器地址，同时当计数值达到最大值时输出一个高电平信号。数据选择器4有两个数据输入端口，一个数据输出端口，一个输入选择端，用于两个数据输入端口中的一个作为有效输入。存储器5有地址线，数据线，一个读出端，一个写入端。通过计算机输入输出单元6可以将外设的数据读入计算机，也可将计算机控制信号输出到外设上。触发器7是D型，有一个置位端，一个复位端，一个输出端。放大器8将输入信号放大。高速模数转换器即A/D转换器9有数据输出端，一个输出控制端，一个时钟输入端。数模转换器即D/A转换器10可将输入数据转换为模拟量。接收线圈14用于接收磁巴克豪森信号；声震探头15用于接收巴克豪森信号。
电路工作原理如下：当通电之后，计算机运行专为本系统编写的程序，在程序控制下，首先在磁盘中建立并打开一个数据文件，然后通过计算机输入输出单元6向数据选择器4发出选择信号，让计数器3的输出作为数据选择器4的输入，通过输入输出单元6向A/D转换器9发出信号，使A/D转换器9输出无效。通过输入输出单元6向D/A转换器10写入最小值零，D/A转换器10的输出为最大值，经功率放大器11放大后，激励线圈12中流入负的最大电流。经数十毫秒后，激励线圈12的电流到达稳定值。通过计算机输入输出单元6向触发器7发出复位信号，触发器7复位后输出高电平开启与门电路2中的一个门。通过计算机输入输出单元6再向与门电路2的另一个门发出启与信号，这时与门电路2的所有门都被打开，震荡器1的输出脉冲即可通过门电路2。与门电路2的输出有三个作用，一是进入计数器3的时钟端，计数器3加一，计数器2的输出通过数据选择器4作为存储器5的地址。二是进入A/D转换器9的时钟端，A/D转换器9转换一次数据，A/D转换器9转换的数据被送到存储器5的数据端。三是进入存储器5的写入端，与门电路2的输出脉冲在上升沿时，前两个作用有效，与门电路2的输出脉冲在低电平时，存储器5的写入端有效，此时存储器5的地址信号和数据信号都以稳定，数据被写入相应的存储单元。当震荡器1的下一个输出脉冲到来时，重复上述过程，新的数据被写入存储器5的下一个单元。当计数器3计满64K数据后，存储器5也写满了64K数据，计数器3向D型触发器7发出信号，D型触发器7的输出关闭与门电路2同时进入输入输出单元6，计算机从输入输出单元6中读到计满信号后，首先通过输入输出单元6关闭A/D转换器9的输出，再通过输入输出单元6向数据选择器4发出选择输入输出单元6为输入的选择信号，接着计算机通过输入输出单元6向数据选择器4发出地址0信号，数据选择器4将该地址加到存储器5的地址端，计算机再通过计数器3从输入输出单元6读出存储器5的数据，存入数据文件，然后地址加一，读出下一个数据，直到将存储器5中的64K数据读完，然后调整D/A转换器10的输出，再重复上述的全过程，直到D/A转换器10的输出为最大值为止，当最大值时存储器5中的64K数据读完并存入磁盘文件后，该部位检测完毕。
计数器3的计数长度可以为64K、32K、16K、8K或4K。同样存储器5的容量也可以为64K、32K、16K、8K或4K。D/A转换器10可以是8位或12位，其输出可以从负的最大值到正的最大值。每两个相邻阶梯之间的数据差可以是1、2、3、4等，但从正的最大值到负的最大值之间阶梯个数不能小于三个。阶梯越多，每个阶梯计数值越长，磁盘中的数据文件也越长，测量时间和处理时间也相应加长。阶梯值表示硬度、应力，而该阶梯电压下脉冲计数值表示在该硬度、应力由表及里的层深分布，该值为存储器5的地址，而在该地址下的模数转换器转换后数值表示巴克豪森信号强度，所有阶梯电压下对应的地址计数器下的巴克豪森信号强度值，反映了这一层深下磁化曲线状况，对数据文件中的数据作相应的数据处理后，可以以图形曲线的方式显示硬度、应力、层深的对应关系。
Claims (2)
1、一种利用巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法：是通过数摸转换器产生阶梯波电压驱动激励线圈使零件磁化而产生巴克豪森噪声信号，然后对所述信号进行数据记录处理。
2、如权利要求1所述的利用巴克豪森噪声信号进行无损检测的方法的具体程序为：
A、在同一阶梯电压下顺序记录巴克豪森噪声信号；
B、改变数摸转换器的输出，再顺序记录下一阶梯电压下出现的巴克豪森噪声信号；
C、数摸转换器的输出从一极限值到另一极限值，重复B步骤；
D、将顺序记录下来的巴克豪森噪声信号以文件形式存入计算机；
E、对记录数据进行处理，以图形坐标方式显示出来。
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