鐵磁構件交變應力測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種鐵磁構件交變應力測量裝置及其測量方法，用于測量鐵磁性構件的應力方向和大小，屬于無損測量技術和裝置領域。測量裝置包括信號激勵模塊、激勵探頭、檢測線圈、信號調理模塊、信號采集模塊、計算機信號處理分析模塊。本發(fā)明的實質是利用通以交變信號的“U”型探頭磁化被檢構件，使應力區(qū)域有足夠的二次感應磁場，然后由檢測線圈拾取表征應力信息的感應磁場，從而達到識別應力的目的。該方法利用一套檢測系統(tǒng)不僅可以評估鐵磁性構件表面及近表面的應力程度，還可確定構件中的主應力方向，具有較廣闊的應用前景。
【專利說明】鐵磁構件交變應力測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵磁構件交變應力測量裝置及其測量方法。
【背景技術】
[0002]鐵磁構件廣泛應用于航空航天、電力、鐵路、壓力容器等行業(yè)，在其應力集中區(qū)域材料組織易發(fā)生位錯、滑移或變形，促使構件蠕變、疲勞、腐蝕等早期缺陷惡化，甚至發(fā)展成裂紋等宏觀缺陷，導致構件破壞，因此對鐵磁構件應力的檢測具有很重要的意義。
[0003]目前，應用于鐵磁性構件應力檢測的無損方法有多種，其中X射線衍射法對材料表層狀態(tài)應力較敏感，適合于測定具有較大殘余應力的構件，其不足是測量精度較差，靈敏度較低。超聲波法作為一種缺陷檢測的常規(guī)方法，具有較大檢測深度，然而由于波速變化微弱，且受組織結構影響，對應力初期(彈性階段)檢測精度不高，難以對其定性和定量。渦流檢測法不接觸構件，檢測速度高，但影響渦流因素多，易漏判或誤判。脈沖渦流檢測法也可測量導電材料的應力狀態(tài)，可影響其評價應力的因素更多。磁記憶法是一種可應用鐵磁材料早期診斷的無損檢測方法，但評價指標與應力的聯(lián)系規(guī)律還需在工程實踐中有待驗證。因此，發(fā)明一種對鐵磁性構件應力有較高檢測靈敏度的方法就顯得尤為重要。
[0004]基于電磁感應原理的交變應力測量法是一種新型無損測量法，其測量原理為交變信號作用激勵探頭產生磁場磁化受載構件，在構件中產生平面渦流場，傳感器拾取受載構件應力區(qū)域的二次磁場變化，獲取感應磁場不同方向的分量，并且頻率范圍較寬，對應力集中有較高的評價精度。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了 一種鐵磁構件交變應力測量裝置及其測量方法，它具有檢測速度快、精度高和實現(xiàn)非接觸檢測的優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種鐵磁構件交變應力測量裝置，它包括激勵探頭、檢測線圈、信號激勵模塊、信號調理模塊、信號采集模塊和計算機信號處理分析模塊，其特征在于，信號激勵模塊連接在激勵探頭的上部，激勵探頭正下方為檢測線圈，檢測線圈連接信號調理模塊，信號調理模塊和計算機信號處理分析模塊之間連接有信號采集模塊。所述信號激勵模塊為激勵線圈繞制在U型鐵氧體構成，其激勵頻率在I?5KHZ，激勵線圈的線徑為I?2mm,阻數(shù)100?300阻。所述激勵探頭為密排線圈繞制磁芯構成,密排線圈的線徑為
0.03mm，匝數(shù)為200-400匝。所述密排線圈軸線與待檢測構件的表面平行布置，且平行于U型鐵氧體兩腳連線方向。
[0007]所述檢測方法包括如下步驟:
[0008]⑴應用信號激勵模塊產生具有一定功率輸出的且頻率可調的正弦波交變電壓，正弦波交變信號對激勵線圈施加激勵，磁化被檢測構件，其有效區(qū)域內產生與構件表面平行的渦流場，渦流場再次感應出二次磁場，并為檢測線圈所俘獲，使其感應電壓發(fā)生變化；
[0009]⑵將施加了交變信號的測量裝置的激勵探頭置于被測構件或對比試樣無應力區(qū)域，由檢測線圈拾取感應磁場提供感應電壓信號，并通過信號調理模塊和信號采集模塊傳送，在計算機信號處理分析模塊中存儲和分析，并記基準值V1 ；
[0010]⑶移動檢測線圈至構件的被檢區(qū)域，由于被檢區(qū)域應力的存在改變了磁導率的分布和大小，使得檢測線圈的感應電壓發(fā)生變化，對應力進行識別與評價，經模數(shù)轉換送入計算機信號處理分析模塊并存儲，記為V2 ；
[0011]⑷旋轉激勵探頭，獲取V1-V2最大值，計算機信號處理分析模塊對其進行處理分析，確立構件被檢區(qū)域的主應力方向和應力大小。
[0012]本發(fā)明的技術效果是:本發(fā)明提出的鐵磁構件交變應力測量方法利用通以交變信號的“U”型探頭磁化被檢構件，使應力區(qū)域有足夠的二次感應磁場，然后由檢測線圈拾取表征應力信息的感應磁場，從而達到應力識別的目的；該方法利用一套檢測系統(tǒng)不僅可以評估鐵磁性構件表面及近表面的應力程度，還可確定構件中的主應力方向，具有較廣闊的應用背景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明方法測量裝置總體結構示意圖.[0014]圖2是本發(fā)明激勵探頭的結構示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明旋轉激勵探頭確定主應力方向的示意圖。
[0016]在圖中，1、激勵探頭2、檢測線圈3、構件4、信號激勵模塊5、信號調理模塊6、信號采集模塊7、計算機信號處理分析模塊8、刻度盤。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本發(fā)明方法檢測原理如圖1所示:激勵探頭I磁化被檢構件3，并在構件3表面產生均勻感應電流，當構 件3中無應力時，其表面感應電流均勻流動；若構件3表面或近表面有應力存在，由于構件3磁導率的分布和大小差異,感應電流在應力區(qū)域受到擾動，從而引起構件3表面電磁場發(fā)生變化，檢測探頭2拾取應力區(qū)域上方感應磁場，通過信號調理和分析，即可獲得應力信息。
[0018]如圖2~3所示，本發(fā)明鐵磁構件交變應力測量系裝置與方法，包括如下步驟:
[0019]⑴使用信號激勵模塊4產生正弦波交變電壓，且具有一定激發(fā)功率，激勵頻率在I~5KHz之間。激勵線圈繞制在“U”型鐵氧體上，線圈的線徑為I~2mm，匝數(shù)在100~300匝之間選取，正弦波交變信號對激勵線圈施加激勵，磁化被檢測構件3，其有效區(qū)域內產生與構件3表面平行的渦流場，渦流場再次感應出二次磁場，并為檢測線圈2所俘獲，使其感應電壓發(fā)生變化；
[0020]⑵利用繞制在磁芯上的密排線圈作為檢測探頭，線圈的線徑為0.03mm，匝數(shù)為200-400匝，密排線圈的軸線與構件3表面平行布置，且平行于“U”型鐵氧體兩腳連線方向，用以提取被檢構件的感應磁場水平分量。將交變應力測量法系統(tǒng)探頭置于被檢構件3或對比試樣無應力區(qū)域，由檢測線圈2拾取感應磁場的水平分量，并通過信號調理模塊5和信號采集模塊6傳送，在計算機信號處理分析模塊7中存儲和分析，并記基準值V1 ；
[0021]⑶移動檢測探頭至構件3的被檢區(qū)域，由于被檢區(qū)域應力的存在改變了磁導率的分布和大小，使得檢測線圈2的感應電壓發(fā)生變化，可以對應力進行識別與評價，經信號采集模塊6送入計算機信號處理分析模塊7并存儲，記為V2 ；
[0022]⑷在測量點旋轉傳感器，獲取V1-V2最大值，為保證測量點相同，依據探頭尺寸制作一個圓形刻度盤8，將探頭放置其內進行旋轉，確定最大值位置后，計算機信號處理分析模塊7即可確立構件被檢區(qū)域的主應力方向和應力大小。
[0023]本發(fā)明方法檢測裝置如圖1所示，主要包括信號激勵模塊4、激勵探頭1、檢測線圈
2、信號調理模塊5、信號采集模塊6、計算機信號處理分析模塊7。具體工作過程為:信號激勵模塊4產生正弦交流信號驅動激勵探頭1，激勵探頭I產生較高強度的交變磁場磁化構件,在構件中產生均勻感應電流,均勻感應電流通過應力區(qū)域就會產生擾動引起磁場變化，檢測線圈2拾取擾動磁場就可以獲取此區(qū)域磁場的變化量，但獲取的檢測信號比較微弱且含有很多雜波，因此需要經過信號調理模塊5放大、檢波、濾波和再放大的調理，調理后的信號通過信號采集模塊6進入計算機信號處理分析模塊7，結合獲取的檢測曲線和數(shù)據即可分析應力程度與和電壓變化值之間的規(guī)律。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明激勵探頭由直徑為I?2mm漆包線纏繞在“U”型錳鋅鐵氧體表面構成，匝數(shù)為100?300。檢測探頭由直徑為0.03mm的漆包線纏繞在磁芯上制成，匝數(shù)為200?400，線圈的軸線與構件3表面平行，且平行于“U”型鐵氧體兩腳連線方向，用以提取應力區(qū)域感應磁場水平分量。
[0025]如圖3所示，為了獲取同一點的檢測結果，需在測量區(qū)域固定一個圓形刻度盤8。在刻度盤8上標定不同的角度，檢測時將探頭放置在盤內旋轉即可獲取不同夾角的測量電壓值。
【權利要求】
1.一種鐵磁構件交變應力測量裝置，它包括激勵探頭、檢測線圈、信號激勵模塊、信號調理模塊、信號采集模塊和計算機信號處理分析模塊，其特征在于，信號激勵模塊連接在激勵探頭的上部，激勵探頭正下方為檢測線圈，檢測線圈連接信號調理模塊，信號調理模塊和計算機信號處理分析模塊之間連接有信號采集模塊。
2.如權利要求1所述的一種鐵磁構件交變應力測量裝置，其特征在于，所述信號激勵模塊為激勵線圈繞制在U型鐵氧體構成，其激勵頻率在I~5KHz，激勵線圈的線徑為I~2mm, β?數(shù) 100 ~300 阻。
3.如權利要求1所述的一種鐵磁構件交變應力測量裝置，其特征在于，所述激勵探頭為密排線圈繞制磁芯構成，密排線圈的線徑為0.03mm,阻數(shù)為200-400阻。
4.如權利要求3所述的一種鐵磁構件交變應力測量裝置，其特征在于，所述密排線圈軸線與待檢測構件的表面平行布置，且平行于U型鐵氧體兩腳連線方向。
5.一種鐵磁構件交變應力測量裝置的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括如下步驟: ⑴應用信號激勵模塊產生具有一定功率輸出的且頻率可調的正弦波交變電壓，正弦波交變信號對激勵線圈施加激勵，磁化被檢測構件，其有效區(qū)域內產生與構件表面平行的渦流場，渦流場再次感應出二次磁場，并為檢測線圈所俘獲，使其感應電壓發(fā)生變化； ⑵將施加了交變信號的測量裝置的激勵探頭置于被測構件或對比試樣無應力區(qū)域，由檢測線圈拾取感應磁場提供感應`電壓信號，并通過信號調理模塊和信號采集模塊傳送，在計算機信號處理分析模塊中存儲和分析，并記基準值V1 ； (3)移動檢測線圈至構件的被檢區(qū)域，由于被檢區(qū)域應力的存在改變了磁導率的分布和大小，使得檢測線圈的感應電壓發(fā)生變化，對應力進行識別與評價，經模數(shù)轉換送入計算機信號處理分析模塊并存儲，記為V2 ; (4)旋轉激勵探頭，獲取^- F21最大值，計算機信號處理分析模塊對其進行處理分析，確立構件被檢區(qū)域的主應力方向和應力大小。
【文檔編號】G01N27/83GK103499404SQ201310469512
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權日:2013年10月10日
【發(fā)明者】宋凱, 張麗攀, 李俊江, 周松 申請人:南昌航空大學