CN206291988U - 一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，与现有技术相比，其设有固定在U型磁轭底部的弹簧，检测线圈穿过固定挡片中央设的通孔，其一端连接弹簧的自由端，在自由状态下，检测线圈的端部超出U型磁轭。在使用时，检测线圈配合弹簧的作用使得检测线圈的底面都能够时刻贴紧被测试件，克服提离对实验结果产生的影响。

Description

一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头

技术领域

本实用新型设计一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头。

背景技术

铁磁性材料在机械特性方面具有良好的适应性，因此在铁路、运输、能源、建筑、航天、军事和化工等方面被作为关键材料，得到广泛的应用。然而，种类繁多的铁磁性材料，会由于不同的加工工艺、不同含碳量、金相结构和不同掺杂合金成分材料，使其机械物理和化学特性具有很大差异。而且，铁磁性材料在不同应用环境下，对载荷、疲劳、腐蚀、使用温度等条件的表现也会有很大差别。因此，需要通过对其磁特性的检测，获取材料微观结构信息，从而确定其载荷、疲劳以及腐蚀状态，获取材料寿命信息。

另外，铁磁性材料在长期服役情况下，会形成缺陷，造成伤害事故，引发人员伤亡和较大的经济损失。缺陷的形成包含孵化期、初始裂纹产生和扩展期等部分。铁磁性材料在损伤的早期即孵化期，其表现通常是各种微观的应力集中等因素导致的微观结构组织的变化。铁磁性材料在使用过程中造成缺陷的因素包括：由承载过大导致的局部应力和应力集中，最终造成局部塑性变形，产生缺陷；长期使用导致的疲劳损伤；温度变化导致金属热胀冷缩，从而形成在材料内部积累的温度应力；焊接等加工工艺导致的内部残余应力分布；热处理参数如硬度、渗碳层深度、奥氏体和马氏体含量、晶粒尺寸等材料参数。因此，需要对材料内部残余应力分布和受力部位的应力集中进行监测，从而防止材料的局部塑性变形以及缺陷的产生。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术，提出一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，能够减小磁化器提离对测试结果的影响。

技术方案：一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，包括U型磁轭，以及绕制在U型磁轭上的磁化线圈；在U型磁轭的两个侧边之间设置有固定挡片，固定挡片中央设有通孔；在U型磁轭内设有弹簧，弹簧的一端固定在U型磁轭的底部；还包括检测线圈，所述检测线圈由工型磁芯和漆包线两部分组成，检测线圈穿过固定挡片中央设的通孔，所述工型磁芯的一端连接弹簧的自由端，检测线圈的端部在自由状态下超出U型磁轭侧边的端部。

进一步的，在U型磁轭的一个侧边上绕有感应线圈。

进一步的，固定挡片采用反磁性材料制备。

进一步的，检测线圈的漆包线选用直径为0.07mm的铜漆包线，匝线为3000圈。

进一步的，感应线圈由200匝直径为0.21mm的漆包线构成。

有益效果：本实用新型的一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，与现有技术相比，设有固定在U型磁轭底部的弹簧，检测线圈穿过固定挡片中央设的通孔，其一端连接弹簧的自由端，在自由状态下，检测线圈的端部超出U型磁轭。在使用时，检测线圈配合弹簧的作用使得检测线圈的底面都能够时刻贴紧被测试件，克服提离对实验结果产生的影响。

为了进一步减小提离的影响，引入测量磁轭磁场强度的感应线圈。在U型磁轭1的一个侧边缠绕漆包线构成1个磁通量感应线圈。通过磁轭脚上的磁通量，进而修正传感器磁化器的摆放姿态以及与试件的接触状态。

附图说明

图1为基于巴克豪森效应应力检测系统的结构示意图；

图2为本实用新型检测探头的结构示意图；

图3为检测线圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1所示，一种基于巴克豪森效应应力检测系统，包括激励信号发生电路、检测探头、信号调理电路、信号采集卡以及工控机。激励信号发生电路提供局部磁化需要的交流激励信号的幅值与频率，检测探头用作对铁磁性材料进行局部磁化并采集检测对象的巴克豪森噪音信号，信号调理电路用于对检测探头采集的信号进行滤波以及放大，信号采集卡将交流激励信号和信号调理电路输出的巴克豪森噪音信号同步传输到工控机。

如图2所示，检测探头包括U型磁轭1，以及绕制在U型磁轭1上的磁化线圈2。根据经典电磁感应理论，线圈上施加交流电流会感应产生交变的磁场；本实施例中，将线径0.21mm的铜漆包线绕在U型磁轭1上构成磁化线圈2，并通过激励信号发生电路施加交变电流。经过验证，在U型磁轭上绕600匝的铜漆包线最为合适，在绕线过程中要保持铜漆包线之间紧密且螺旋方向保持一致。U型磁轭本身不生产磁场，主要目的用来束缚磁力线方向，使磁场形成闭合回路，并增强磁场强度。U型磁轭1的制作通常选用高导磁率、高磁通密度的材料；本实施例选用MnZn铁氧体材料，其品质因素高、磁导率高，利于产生更大的磁场、磁滞回线窄而长、矫顽力低、容易获得磁性也容易退去磁性。

由于被测物体表面可能不平整或者检测探头没有完全接触被测物体表面，会产生一定提离距离，该提离会对实验结果产生一定的影响。本实用新型的检测探头在U型磁轭1的两个侧边之间设置有固定挡片3，固定挡片3中央设有通孔；在U型磁轭1内设有弹簧4，弹簧4的一端固定在U型磁轭1的底部，其另一侧连接检测线圈5。检测线圈5的结构如图3所示，由工型磁芯和漆包线两部分组成，检测线圈5穿过固定挡片3中央设的通孔，其工型磁芯的一端连接弹簧4的自由端；在自由状态下，检测线圈5的端部超出U型磁轭1。在使用时，检测线圈5的端部超出U型磁轭1，配合弹簧的作用使得检测线圈的底面都能够时刻贴紧被测试件，克服提离对实验结果产生的影响。固定挡片3采用薄铝片制备而成，铝为反磁性材料，故不影响检测探头的检测性能。

磁芯材料与磁轭同样选择锰锌铁氧体，将漆包线缠绕在磁芯上，缠绕时注意保持方向一致性且均匀。本实施例中漆包线选用的是直径为0.07mm的铜漆包线，线圈匝数越多，感应的巴克豪森噪音信号能量越大，但匝数变多导致线圈电阻增大、电流减小，又制约线圈感应信号的能力。为了获取合适的检测线圈匝数，分别选取了1000-5000匝不同的线圈，分析获得信号效果发现：匝数的增加，获得信号幅值变大，信噪比越好，但是匝数越多，必然导致阻抗增大、电流减小，削弱感应信号的能力。经过试验对比发现3000匝线圈拾取信号信噪比最好且对应力值的分辨力最高。

为了进一步减小提离的影响，引入测量磁轭磁场强度的感应线圈6。与磁化线圈2相似，在U型磁轭1的一个侧边缠绕200匝直径0.21mm的漆包线构成1个磁通量感应线圈。通过磁轭脚上的磁通量，进而修正传感器磁化器的摆放姿态以及与试件的接触状态。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，其特征在于：包括U型磁轭(1)，以及绕制在U型磁轭(1)上的磁化线圈(2)；在U型磁轭(1)的两个侧边之间设置有固定挡片(3)，固定挡片(3)中央设有通孔；在U型磁轭(1)内设有弹簧(4)，弹簧(4)的一端固定在U型磁轭(1)的底部；还包括检测线圈(5)，所述检测线圈(5)由磁芯和漆包线两部分组成，检测线圈(5)穿过固定挡片(3)中央设的通孔，所述磁芯的一端连接弹簧(4)的自由端，检测线圈(5)的端部在自由状态下超出U型磁轭(1)侧边的端部。

2.根据权利要求1所述的一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，其特征在于：在U型磁轭(1)的一个侧边上绕有感应线圈(6)。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，其特征在于：固定挡片(3)采用反磁性材料制备。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，其特征在于：检测线圈(5)的漆包线选用直径为0.07mm的铜漆包线，匝线为3000圈。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于基于巴克豪森效应应力检测系统的检测探头，其特征在于：感应线圈(6)由200匝直径为0.21mm的漆包线构成。