专利名称：封闭多层壳体内部夹层厚度和狭缝间间歇在线检测方法
技术领域：
本发明涉及一种材料内部应力和缺陷的无损检测技术，尤其涉及一种封闭多层壳体内部 夹层厚度和狭缝间间歇在线检测方法。
背景技术：
在很多设备中，都会用到多层壳体的结构，而多层壳体结构的设备必须在装配过程中施 加较大的作用力使各层壳体紧密结合；由于任何工件都存在一定的尺寸加工误差，在生产装 配时，容易在各层壳体的接触面上产生局部应力集中、局部过热、偏载和配合欠紧密等问题， 甚至会造成材料内部的裂纹和损伤，从而造成损失或成为隐患引发事故；如果在装配过程中， 我们可以掌握内部各层壳体的厚度(或者壳体间的缝隙距离)，适当调整装配时各个丄件的 位置，就可以很好的避免出现各层壳体的接触面上产生局部应力集中、局部过热、偏载和配 合欠紧密等问题，因此，研究封闭多层壳体内部夹层厚度和狭缝间间歇的在线检测的方法， 对于保障产品质量、装配时的安全性、以及提高装配精度都具有重要意义。
截止目前，可用于检测多层壳体结构内部无损检测的方法有超声检测、射线检测、红 外检测以及磁检测，前述种种方法中，各个方法虽然在其各自的应用领域都有其独到的优势， 但是，还没有哪种方法能够用于检测多层壳体内部夹层厚度和壳体问狭缝间间歇厚度。
发明内容
本发明公开了一种封闭多层壳体内部夹层厚度和狭缝间间歇在线检测方法，向巴克豪森 磁噪声检测装置施加连续变频电磁激励，获取封闭多层壳体内部不同深度的连续MBN、 MAE 信号，根据MBN、 MAE信号的突跳和突跳幅度，确定封闭多层壳体内非铁磁材料层的厚度 和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚度。
施加连续变频电磁激励的方式为从高频到低频。
根据下式确定封闭多层壳体内非铁磁材料层的厚度和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚度
<formula>formula see original document page 3</formula>
式中A、 //2分别为相同电磁激励频率下，信号突跳前和突跳后的感应磁场强度；/,为 非铁磁材料层的厚度和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚度；/2为磁极化磁铁两极间距；^为非 铁磁材料层和/或空气层的相对磁导率；//2为铁磁材料的相对磁导率。
本发明的有益技术效果是该方法能够测量和计算出封闭多层壳体内夹层中的非铁磁材 料层的厚度以及两层铁磁壳体间狭缝间隙的大小，这对于封闭多层壳体在线装配检测、在役设备的定期检测和维护，为设备装配质量提高和设备长期稳定可靠存放提供技术保障，从而 提高我国无损检测技术水平。
图1，巴克豪森磁噪声检测装置结构示意图2，激励磁场和接收传感器一体化结构；
图3，控制磁场激励频率对铁磁材料纵深的逐层扫描示意
图4，突跳和突跳幅度示意图
图5，铁磁壳体间有空气层的示意图6，铁磁壳体间有非铁磁材料层的示意图中:"门"型铁芯l、激励线圈2、 MBN传感器3、 MAE传感器4;
具体实施方式
本发明的方法中采用的装置是已经十分成熟的巴克豪森磁噪声检测装置，参见图1，其
结构主要由以下几个部件组成"门"型铁芯l、激励线圈2、 MBN传感器3、 MAE传感器4; 检测时，将"门"型铁芯1的下部(激励发射端)紧贴在待测壳体表面，MBN传感器3设置在 铁芯横粱在待测壳体外表面的正投影线上，MAE传感器4设置在此正投影线的延长线上；为 了便于检测可以将MBN传感器3、 MAE传感器4和"n"型铁芯1设计为如图2所示的"激励 磁场和接收传感器一体化结构"，即在"门"型铁芯1框体内侧和外侧分别加设一连接板，将 MBN传感器3固定在"门"型铁芯1框体内侧的连接板上，将MAE传感器4固定在"门"型铁 芯1框体外侧的连接板上。
参见图3，测量时，按从高频到低频的方式向巴克豪森磁噪声检测装置施加连续变频电 磁激励；由于铁磁材料的相对磁导率(大约100-1000)和电导率(大约1G、1G^/M)远远 大于空气和/或非铁磁材料的相对磁导率(大约1-10)和电导率(1000-10000)。在空气层和 Z或非铁磁材料层内趋肤效应(3 = 1/V^， //为材料的磁导率；cr为材料的电导率；/为 磁场激励频率；^为表面磁场经铁磁壳体衰减l/e处的深度)影响非常小；然而，由于两种材 料磁导率的不同，根据磁路定理，在空气层和/或非铁磁材料层中磁场强度与外铁磁层内表面 磁场强度比值(外铁磁层内表面与空气层和/或非铁磁材料层紧密结合)，或称为磁场衰减率 为
<formula>formula see original document page 4</formula>式中，//,为非铁磁材料层中磁场强度，/^为外铁磁层内表面磁场强度，反应在响应信 号上，即//" //2分别为相同电磁激励频率下，信号突跳(后文将对突跳进行介绍)前和突 跳后的感应磁场强度；A为非铁磁材料层的厚度和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚度；/2为磁极化磁铁两极间距(S卩"门"型铁S 1激励发射端正、负极间间距)；//,为非铁磁材料层和/
或空气层的相对磁导率；/^为铁磁材料(外壳)的相对磁导率。
通常，A^cx/"空气和/或非铁磁材料与铁磁材料磁导率相差越大，空气和/或非铁磁材料
层厚度的影响也越大，但是，它与磁场激励频率无关。激励源频率由高到低连续的变化过程， 磁场由浅入深逐步(连续)深入，当磁场到达空气层和/或非铁磁材料层内时(此时频率为/w)，
磁场会急剧衰减，衰减幅度由式^-, /l+/'2决定;如果频率继续降低，磁场会穿透空气
层和/或非铁磁材料层到达内部铁磁壳体内，并且随着频率继续降低深入结构内部。因此，在 频率降低经过/w的过程中，即磁场穿过非铁磁材料层和/或空气层，山于磁场会急剧衰减， MBN和MAE响应信号在非铁磁材料层和/或空气层会有一个突跳的衰减，如图4所示。通过 检测到的MBN和MAE响应信号在该频率点的突然衰减，可以计算出磁场的衰减情况。如果 磁极化磁铁两极间距、磁场衰减幅度、非铁磁材料和铁磁材料相对磁导率都知道，可以由式 & =A+(2求得非铁磁材料层厚度。
下面分别介绍两种壳体结构下本发明的应用
1、 外部壳体和内部壳体间存在空气间隙的情况参见图5，随着电磁激励的频率降低， 巴克豪森磁噪声检测装置发出的磁场逐步向壳体内部深入，当磁场深入到壳体与壳体间空气 层的交界面时，由于磁导率和电导率的变化，磁场会发生突变，这种突变反应在检测信号上，
就是MBN和MAE传感器接收到的响应信号在该频率点(磁场激励频率，也即检测装置电磁 激励的频率)的突然衰减，这种情况我们称之为突跳(参见图4);当电磁激励的频率继续 降低，磁场穿透深度继续向内部深入，当磁场穿过空气间隙，到达空气层与内部壳体的交界 处时，突跳结束(突跳开始和结束时，响应信号的衰减幅度也称为突跳幅度，只要非铁磁材 料层和/或空气层的厚度足够小，就可以认为突跳是发生在某一频率点处，故前文中，尽、//2 的定义基础是在相同电磁激励频率这一条件下)，MBN和MAE传感器接收到的响应信号回 归正常(即与磁场在铁磁材料中穿透时，应得的MBN和MAE响应信号相同)；
2、 外部壳体和内部壳体间存在非铁磁材料层(各层紧密结合)参见图6，与前一种情 况类似，当磁场深入到铁磁材料壳体与非铁磁材料壳体的交界面时，MBN和MAE响应信号 会发生突跳；当磁场继续深入，直到穿过非铁磁材料壳体，到达非铁磁材料壳体与内部铁磁 材料壳体的交界面时，MBN和MAE响应信号又回归正常；
前面两种情况都是对相同磁导率/电导率的铁磁材料壳体间空气层/非铁磁层厚度检测的
描述，还可能出现的情况是，外部壳体和内部壳体均为铁磁材料，但其磁导率/电导率不同，
但不论其磁导率/电导率差异多大，只要壳体是铁磁材料，其MBN和MAE响应信号与非铁磁材料(或空气)磁导率的MBN和MAE响应信号迥然不同，根据磁导率和电导率，我们就 可以确定壳体厚度和空气间瞎度(磁辨/电导率与磁场穿麟度的研究已相当成熟)。
权利要求
1、一种封闭多层壳体内部夹层厚度和狭缝间间歇在线检测方法，其特征在于向巴克豪森磁噪声检测装置施加连续变频电磁激励，获取封闭多层壳体内部不同深度的连续MBN、MAE信号，根据MBN、MAE信号的突跳和突跳幅度，确定封闭多层壳体内非铁磁材料层的厚度和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚度。
2、 根据权利要求1所述的封闭多层壳体内部夹层厚度和狭缝间间歇在线检测方法，其特 征在于施加连续变频电磁激励的方式为从高频到低频。
3、 根据权利要求i所述的封闭多层壳体内部夹层厚度和狭缝间间歇在线检测方法，其特 征在于根据下式确定封闭多层壳体内非铁磁材料层的厚度和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚 度/,，<formula>formula see original document page 2</formula>式中//2分别为相同电磁激励频率下，信号突跳前和突跳后的感应磁场强度；/,为 非铁磁材料层的厚度和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚度；/2为磁极化磁铁两极间距；//,为非 铁磁材料层和/或空气层的相对磁导率；//2为铁磁材料的相对磁导率。
全文摘要
本发明公开了一种封闭多层壳体内部夹层厚度和狭缝间间歇在线检测方法，向巴克豪森磁噪声检测装置施加连续变频电磁激励，获取封闭多层壳体内部不同深度的连续MBN、MAE信号，根据MBN、MAE信号的突跳和突跳幅度，确定封闭多层壳体内非铁磁材料层的厚度和/或铁磁材料层间的狭缝间隙厚度。本发明的有益技术效果是能够测量和计算出封闭多层壳体内夹层中的非铁磁材料层的厚度以及两层铁磁壳体间狭缝间隙的大小，这对于封闭多层壳体在线装配检测、在役设备的定期检测和维护，为设备装配质量提高和设备长期稳定可靠存放提供技术保障，从而提高我国无损检测技术水平，为国民经济建设服务。
文档编号G01B7/14GK101545756SQ20091010377
公开日2009年9月30日 申请日期2009年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者文玉梅, 平 李 申请人:重庆大学