DE19601027C2 - Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen - Google Patents

Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen

Info

Publication number
DE19601027C2
DE19601027C2 DE19601027A DE19601027A DE19601027C2 DE 19601027 C2 DE19601027 C2 DE 19601027C2 DE 19601027 A DE19601027 A DE 19601027A DE 19601027 A DE19601027 A DE 19601027A DE 19601027 C2 DE19601027 C2 DE 19601027C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
curves
barkhausen noise
noise
curve
analyzed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19601027A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19601027A1 (de
Inventor
Ingo Detemple
Hajo Bruns
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE19601027A priority Critical patent/DE19601027C2/de
Publication of DE19601027A1 publication Critical patent/DE19601027A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19601027C2 publication Critical patent/DE19601027C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Description

Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen, wie es z. B. aus EP 0 683 393 A1 bekannt ist. Die Untersuchung des Barkhausenrauschens ist weiterhin in DE 28 37 733 C1 und DE 43 43 225 A1 ausführlich beschrieben, auf diese drei Druckschriften der Anmelderin wird bezüglich weiterer Details, die in dieser Anmeldung nicht beschrieben sind, Bezug genommen. Das neue Verfahren ist allgemein geeignet zur Quantifizierung von Anteilen und Eigenschaften einzelner Phasen mit unterschiedlichen mikromagnetische Eigenschaften in einer mehrphasigen Probensubstanz und findet Anwendung z. B. bei der Bestimmung von Einhärtetiefen verschiedener Härteverfahren, speziell bei der Bestimmung von Nitrierhärtetiefen unter Berücksichtigung von Diffusions- und Verbindungszonen. Weitere mögliche Anwendungsfälle sind die Phasenanalyse in Stählen, die Detektion von Phasenverteilungen- und morphologie (Weißeinstrahlung, Martensit etc., Zementitmorphologie) und die Bestimmung phasenspezifischer Werkstoffeigenschaften in Stählen (Eigenspannungen, Härte, Versetzungsdichte, Streckgrenze, Zähigkeit etc).
Stand der Technik
Nach dem Stand der Technik beschränkt sich die Auswertung von Barkhausenrauschkurven auf die Extraktion diskreter und speziell ausgezeichneter Prüfparameter (z. B. MMAX, HCM, Halbwertsbreiten, etc.), die dann mit Werkstoffeigenschaften korreliert werden. Die Form der Barkhausenrauschkurve selbst, d. h. das Profil, bleibt unberücksichtigt, bzw. läßt sich aus den so gefundenen Werten nicht rekonstruieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Analyse für bestimmte Werkstoffe, -Zustände oder -Zonen zu verbessern. Dies wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gelöste Aufgabe und Verbesserungen
Vorteile des neuen Verfahrens sind eine vollständige Ausnutzung der in der Barkhausenrauschprofilkurve enthaltenen Information, eine gute Adaptierbarkeit sowie eine flexible Einsetzbarkeit auf komplizierte Prüfaufgaben an mehrphasigen Werkstoffen. Das Verfahren ist automatisierbar und somit in ein Prüfgerätekonzept integrierbar.
Grundzüge des neuen Verfahrens
Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Form der zu analysierenden Rauschprofilkurve des Mehrphasengemisches mit mehreren Rauschprofilkurven von Kalibrierproben geeignet verglichen wird. Als Kalibrierproben fungieren im allgemeinen Proben aus den jeweiligen Einzelphasen bzw. Proben mit definierten Eigenschaften. Durch unterschiedliche Vergleichsverfahren sowie durch Anzahl und Art der verwendeten Kalibrierrauschprofilkurven lassen sich Eigenschaften des Verfahrens wie Robustheit, Rechenaufwand oder Anpassung an konkrete Meßaufgaben in weiten Bereichen steuern.
Zum Vergleich der zu analysierenden Barkhausenrauschkurve mit den Kalibrierrauschkurven wird die folgende Methode einer Darstellung der zu analysierenden Kurve durch lineare Superposition analytischer Näherungen der Kalibrierkurven verwendet. Die Prüfgrößen werden durch einen geeigneten Algorithmus zur Parameteridentifikation bestimmt, z. B. einen nichtlinearen Fit-Algorithmus.
Anwendungsbeispiel
Im Folgenden wird kurz eine Analyse einer Barkhausenrauschprofilkurve zur Phasenbestimmung beispielhaft beschrieben.
Voraussetzung für die Anwendbarkeit des Auswerteverfahrens ist ein hypothetischer Werkstoff, der sich aus N ferromagnetischen Phasen zusammensetzt. In welcher Morphologie (lamellar, globular, geschichtet etc.) die einzelnen Phasen vorliegen, ist irrelevant.
Die Rauschkurven der Einzelphasen (Kalibrierproben) sowie die Rauschkurven der zu analysierenden mehrphasigen Probe wurden aus Messungen mit konstant gehaltenen Messparametern an Bauteilen einheitlicher Geometrie gewonnen.
Gegeben seien:
Rn(t): Gemessene Barkhausenrauschprofilkurven der Kalibrierprobe der n-ten Phase, gegeben an diskreten Stützstellen ti und
Rx(t): Gemessene Barkhausenrauschprofilkurve einer zu analysierenden Probe an diskreten Stützstellen ti
Gesucht sind:
αn: Anteile der einzelnen Phasen
Schritt 1 Bestimmung einer analytischen Beschreibung für die Rauschkurven der Kalibrierproben
Die Rauschkurven sollen analytisch möglichst gut durch Kn(t, a), beschrieben werden, d. h. gesucht sind αn ∈ n derart, daß
(Die Notation K(., a) bezeichnet die aus K(t, a) entstehende Funktion K(t) von →, die man durch Festhalten des Parameters a erhält).
Die Bestimmung eines entsprechenden an geschieht mit Hilfe eines nichtlinearen Fit- Algorithmus, z. B. das Verfahren von Marquardt-Levenberg, alternativ können auch andere Minimierungsverfahren verwendet werden, z. B. Simplex, konjugierte Gradienten.
Als analytische Beschreibung der Rauschkurve der n-ten Phase Kn wird verwendet:
wobei die einzelnen Parameter a in ϕ(t, a) die folgende Kurveneigenschaften steuern:
  • - a0: Amplitude
  • - a1: Peaklage
  • - a2..4: Breitenparameter
Mit ϕ(t, a) können extrem asymmetrische Verteilungen beschrieben werden (vgl. die Erzeugung von analytischen Beschreibungen K1, K2 aus Meßwerten R1, R2 in den Abb. 1-4). Die ϕ(t, a) dienen ausschließlich der analytischen Beschreibung der Meßwerte und besitzten keine physikalische Relevanz.
Schritt 2 Beschreibung der zu analysierenden Kurve Rx(t) durch eine analytische Darstel­ lung Kx(t) mittels der in Schritt 1 bestimmten Kn
Gesucht: λi ∈ , εi ∈ n, mit
∥{ΣλiKi(., a + εi)} - Rx(.)∥2 → min Kx(t):= ΣλiKi(t, a + εi)
wobei die εi noch zusätzliche Bedingungen erfüllen müssen.
Die einzelnen Parameter bedeuten:
λi Anteile der Ki in Rx
εi ∈ n Kontrollierte Modifikation der die Ki beschreibenden Parameter a; diese beschreiben die unbekannte Wechselwirkung der einzelnen Phasen beim Übergang der phasenspezifischen Rauschkurven Kn zur Rauschkurve des mehrphasigen Werkstoffs.
Beispiel
Die Bedingung -10 < ε1,1 < 10 bedeutet, daß der korrespondierende Parame­ ter a1 in K1 bei der Überlagerung um maximal 10 von dem in Schritt 1 er­ mittelten Wert abweichen darf. d. h. die Position des ersten ϕ darf um 10 schwanken.
Die Bestimmung der λ, ε erfolgt mittels Marquardt-Levenberg (vgl. Abb. 5 und 6).
3. Schritt Bestimmung der Phasenanteile
[0, T] ist dabei der Zeitbereich, in dem die einzelnen Barkhausenrauschkurven gemessen wurden. T ergibt sich direkt aus der Frequenz, mit der die ferromagnetische Hysterese zur Messung der Barkhausenrauschkurve durchsteuert wurde.
Der Phasenanteil αn der n-ten Phase errechnet sich dann direkt aus dem Verhältnis der Fläche der Rauschkurve der betrachteten Einzelphase zur Fläche der Barkhausenrauschprofilkurve der Überlagerung aller Einzelphasen Rx.
Die Abbildungen zeigen:
Abb. 1: Die gemessene Rauschkurve der Kalibrierkurve 1 R1(t),
Abb. 2: Analytische Beschreibung K1(5, a1) von R1(t) durch eine Superposition von Funktionen vom Typ ϕ(t, a),
Abb. 3: Gemessene Rauschkurve einer zweiten Kalibrierkurve R,
Abb. 4: Die analytische Beschreibung der zweiten Kalibrierkurve analog zu Abb. 2,
Abb. 5: Die gemessene Rauschkurve der zu analysierenden Probe RX,
Abb. 6: Die analytische Beschreibung der zu analysierenden Probe R analog zu Abb. 2 und 4.

Claims (3)

1. Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen durch Messung des magnetischen Barkhausenrauschens der zu analysierenden Werkstoffprobe und Vergleich mit bekannten Barkhausenrauschkurven (Kalibrierkurven) dadurch gekennzeichnet, dass die Form bzw. das Profil der zu analysierenden Barkhausenrauschkurve mit mehreren Rauschprofilkurven von Kalibrierproben mittels eines Fit-Algorithmus verglichen wird, wobei
in einem ersten Schritt die Rauschkurven Kn der Kalibrierproben bestimmt werden,
in einem zweiten Schritt die zu analysierende Barkhausenrauschurve durch analytische Näherung der Kn dargestellt wird,
und danach die Phasenanteile αn bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fit-Algorithmus ein Marquart-Levenberg-Algorithmus ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Minimierungsverfahren verwendet wird wie Simplex, oder konjugierte Gradienten.
DE19601027A 1996-01-13 1996-01-13 Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen Expired - Fee Related DE19601027C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19601027A DE19601027C2 (de) 1996-01-13 1996-01-13 Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19601027A DE19601027C2 (de) 1996-01-13 1996-01-13 Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19601027A1 DE19601027A1 (de) 1997-07-24
DE19601027C2 true DE19601027C2 (de) 2003-04-17

Family

ID=7782663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19601027A Expired - Fee Related DE19601027C2 (de) 1996-01-13 1996-01-13 Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19601027C2 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0501978L (sv) * 2005-09-05 2007-03-06 Scania Cv Ab Förfarande för hantering av en komponent anpassad för användning i ett fordon eller en motor
DE102012205677A1 (de) 2012-04-05 2013-10-10 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Prüfung eines Bauteils basierend auf Barkhausenrauschen
DE102012205676A1 (de) * 2012-04-05 2013-10-10 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zum Kalibrieren einer Messvorrichtung zur Oberflächenprüfung basierend auf Barkhausenrauschen für eine vorbestimmte Bauteilgeometrie

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2746477A1 (de) * 1976-10-20 1978-04-27 Kajaani Oy Verfahren zum messen von fehlern in magnetischem material
EP0287873A2 (de) * 1987-04-16 1988-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Messverfahren zur Messung und genauen Lokalisierung von Zugeigenspannungen in gehärteten Bereichen von Bauteilen
WO1993010468A1 (en) * 1991-11-20 1993-05-27 Auburn International, Inc. Improved magnetic resonance analysis in real time, industrial usage mode

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2746477A1 (de) * 1976-10-20 1978-04-27 Kajaani Oy Verfahren zum messen von fehlern in magnetischem material
EP0287873A2 (de) * 1987-04-16 1988-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Messverfahren zur Messung und genauen Lokalisierung von Zugeigenspannungen in gehärteten Bereichen von Bauteilen
WO1993010468A1 (en) * 1991-11-20 1993-05-27 Auburn International, Inc. Improved magnetic resonance analysis in real time, industrial usage mode

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-Z: Materialprüfung 37 (1995) 10, S. 394, 395 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE19601027A1 (de) 1997-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0365622B1 (de) Verfahren zum zerstörungsfreien messen magnetischer eigenschaften eines prüfkörpers sowie vorrichtung zum zerstörungsfreien messen magnetischer eigenschaften eines prüfkörpers
DE19601707C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum zerstörungsfreien Prüfen eines Drahtseiles
DE60023161T2 (de) Verfahren zur abbildung von protonen-quer-relaxationszeiten oder funktionen davon in einem objekt mit lokalisierter bewegung unter verwendung der bildgebenden kernspinresonanz
EP0793113A1 (de) MR-Verfahren mit reduzierten Bewegungsartefakten
EP0891532B1 (de) Verfahren zur bestimmung einer dicke einer schicht aus elektrisch leitendem material
DE102018209584A1 (de) Magnetresonanz-Fingerprinting-Verfahren
DE19601027C2 (de) Verfahren zur Analyse von Barkhausenrauschkurven von mehrphasigen Werkstoffen
EP0350120B1 (de) Verfahren und Kernspinresonanzanordnung zur Schnellbestimmung der Transversal-Relaxationszeit T2
DE19820546C1 (de) Verfahren zur Eliminierung von Meßfehlern bei der Bestimmung einer Dicke einer Schicht aus elektrisch leitendem Material
DE102010011936A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung von geometrischen, magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften magnetischer, dielektrischer und/oder elektrisch leitfähiger Partikel in einer Probe
EP3581916A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur magnetischen partikelbestimmung
EP2706351B1 (de) Verfahren, Vorrichtung und Verwendung der Vorrichtung zur zerstörungsfreien quantitativen Bestimmung von Schichtdicken eines Schichten aufweisenden Körpers
DE69027879T2 (de) Multi-Echo-NMR-Abbildungsverfahren
DE19713182A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Motordrehzahl eines Kraftfahrzeuges
DE3105766A1 (de) Ionenmessvorrichtung und -verfahren
EP0303953B1 (de) Verfahren zum Codieren und Darstellen von n Parametern bei der mehrdimensionalen Fourier-NMR-Spektroskopie
DE2612253A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des vulkanisationsverlaufs von kautschuk und die reaktionskinetische auswertung von vulkametrisch ermittelten vernetzungsisothermen
DE19823193A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Dichte eines Gases unter Betriebsbedingungen
DE19704176C2 (de) Verfahren zur Bestimmung des Wasserdurchlässigkeitsverhaltens vorzugsweise kohäsionsloser Lockergesteine
DE102017210548A1 (de) Dickenunabhängige spektroskopische Analyse von Betriebsstoffen
DE19707897A1 (de) Verfahren zur Auswertung von Reaktionsverläufen
DE10119455B4 (de) Verfahren zum Auswerten von Daten, die mittels der Magnetresonanztechnik erzeugt werden und spektroskopische Information beinhalten
DE2021811C3 (de) Einrichtung zur Messung der Dielektrizitätskonstanten von Stoffen
EP0324809B1 (de) Verfahren zur erfassung des randschichtzustandes von körpern
DE102004012286B4 (de) Verfahren zur Basislinienkorrektur eines Magnetresonanzsignals in der MR-Spektroskopie sowie entsprechendes Computerprogrammprodukt

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8304 Grant after examination procedure
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee