专利名称：便携式磁性金属疲劳检测方法
技术领域：
本发明属于金属疲劳检测技术领域，具体的为一种用于检测磁性金属疲劳损伤的便携式磁性金属疲劳检测方法。
背景技术：
自上世纪八九十年代以来，钢结构已广泛应用于国内桥梁施工、高层建筑、铁路修筑等行业。随着钢材在建筑材料中所占比例的逐年增加，由金属疲劳破坏导致的安全事故的发生率也在逐年增长。在世界范围内，由金属疲劳破坏引起的安全事故给人们造成了十分惨痛的伤害，如在1998年6月3日德国艾须德高铁车祸事故中，高速列车出轨并撞上陆桥，导致101人死亡，而造成该事故的原因则是列车车轮在高速行驶中产生了疲劳损伤，列车的轮轨滚动接触疲劳(Roiling Contact Fatigue，RCF)载荷使铁轨表面产生的裂纹，但究其根本原因却是那时的德国缺乏探测车轮真实损耗的设备。反观国内，随着技术发展和创新，促使高速铁路的大量铺设，而高速铁路是一柄双刃剑，既给人们带来方便，也带来了隐患，一个小小的裂缝就会给列车的安全运营造成潜在的危险。据有关数据显示，普通铁轨，如京九铁路交通枢纽郑州站平均每天每根铁轨要接受近千次的冲击。一方面是高速、超高速列车的迅速发展与普及，另一方面是相关安全检测设备的落后和缺乏，这样的矛盾使得研发用于检测金属疲劳程度的仪器已经迫在眉睫，只有对铁轨频繁的检测与维护才能确保列车行驶的畅通无阻，将事故扼杀在摇篮中。现有的金属探伤方法有X光射线探伤、Y射线探伤、超声波探伤等方法。考虑到实际情况，X光射线探伤和Y射线探伤均为放射元素射线探伤，不仅需要用放射源发出射线，而且放射元素射线探伤对人的伤害极大，操作不慎会导致操作人员受到辐射伤害，给操作人员的健康造成威胁；超声波探伤的结果不直观，无法准确确定焊接及其他缺陷的性质、数量、尺寸、形状、位置等，不能为焊接及其他缺陷的确诊、修复提供明确的依据。另外，现有的各种射线、超声波探伤检测仪器还具有笨重、价格昂贵的缺点，无法方便实时的实现对整个铁路沿线的检测。鉴于此，本发明旨在探索一种便携式磁性金属疲劳检测方法，该便携式磁性金属疲劳检测方法能够有效对磁性金属材料的疲劳损伤进行检测，且不会对操作人员的健康带来影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种便携式磁性金属疲劳检测方法，该便携式磁性金属疲劳检测方法能够有效对磁性金属材料的疲劳损伤进行检测，且不会对操作人员的健康带来影响。要实现上述技术目的，本发明的便携式磁性金属疲劳检测方法，包括如下步骤将探头放置在被测磁性金属无损区的表面或等高面上，调节电磁铁线圈的电流I，校准霍尔传感器输出电压值；
2)检测将探头在被测磁性金属表面移动或将探头沿着与第I)步骤中相同的被测磁性金属表面的等高面上移动，由霍尔电压Uh与被测磁性金属的磁导率关系
CZh =λ-Κμ,μ.ηΙ，测得每一个测量位置的磁导率，并得到磁导率μ r和检测位置X之间的
μ r-X曲线或建立霍尔电压Uh和检测位置X之间的Uh-X曲线；其中，η为电磁铁线圈的匝数； Ur为霍尔传感器输出电压工作段的中间值，所述霍尔传感器输出电压工作段位于霍尔传感器电压输出特性曲线的线性区；K为霍尔系数；μ。为空气的磁导率；μ r为被测磁性金属的磁导率；I为通入电磁铁线圈的电流；3)判定在μ r-X曲线或Uh-X曲线上发生剧烈波动的区域位置，即表明被测磁性金属在该位置处发生了疲劳损伤。进一步，所述第I)步骤中，校准霍尔传感器输出的电压值为其工作段输出电压的中间值Up进一步，所述第2)步骤中，探头在被测磁性金属表面或等高面上匀速移动。进一步，所述第2)步骤中，霍尔传感器输出的霍尔电压经数据处理装置的放大器和A/D转换器处理后与数据处理装置的数据采集器采集的由位置传感装置输出的位置信号匹配，并通过显示器输出μ「Χ曲线或Uh-X曲线。
本发明的工作原理为金属的微观结构为由一个个晶粒构成的多晶结构组成，对于磁性金属材料来说，这一个个晶粒构成磁畴，这些磁畴在外磁场的作用下，体现出典型的磁滞特性,在磁饱和前具有很高的磁导率，磁导率与磁性金属的磁畴结构紧密相关，磁畴结构的变化会明显的影响材料的磁导率，从而影响作用在该铁磁性金属的外磁场。用磁性材料做成的构件，比如我们很多建筑使用的钢结构材料，在长期使用中会不断的发生形变，出现疲劳损伤，金属疲劳过程中其内部晶粒结构和晶粒间隔均发生变化，从而磁畴结构被改变,进而导致材料的磁导率变化,而这些变化在出现肉眼可见的明显疲劳裂痕前就存在了，因此作为磁性金属材料，我们可以通过检测被测磁性金属磁导率变化，来预见隐藏导致金属材料断裂的安全隐患。本发明的有益效果为本发明的便携式磁性金属疲劳检测方法通过校准，确定适用于该磁性金属的电磁铁线圈的通入直流电流I的大小，以便使霍尔传感器在其输出特性曲线的线性区工作，保证测量精度；在检测过程中，通过将探头在被测磁性金属表面移动或将探头沿着与被测磁性金属表面的等高面上移动，保证测量基准一致，由于霍尔传感器输出电压与通过的磁通量有关，而探头与被测磁性金属表面的距离会影响霍尔传感器的磁通量，因此，保证在测量过程中探头与被测磁性金属表面的距离一致，能够保证霍尔传感器输出的电压的测量基准的一致，防止霍尔传感器的输出电压由于探头与磁性金属表面的距离波动而发生波动；
在判定过程中，在μ r-X曲线或Uh-X曲线上，由Hil可知，出现剧烈波
动的区域位置，表明霍尔传感器在该区域位置处的输出电压值与其他区域相比发生较大波动，即被测金属磁导率在该区域位置发生变化，说明该区域位置发生了疲劳损伤；综上，本发明的便携式磁性金属疲劳检测方法通过采用霍尔传感器对被测磁性金属的磁导率变化进行测量，能够发现发生疲劳损伤的区域，便于对整个被测磁性金属进行监控和后续处理，且本发明的便携式磁性金属疲劳检测方法的测量过程简单方便，并能够在μ -曲线或Uh-X曲线上直观的在现场进行判断，便于操作人员标记和记录。
图I为适用于本发明便携式磁性金属疲劳检测方法的其中一种便携式磁性金属疲劳检测仪的结构示意图；
图2为探头结构示意图；图3为霍尔传感器电压输出特性曲线；图4为采用本发明便携式磁性金属疲劳检测仪对扁钢条疲劳弯曲50次后测得的磁导率变化曲线；图5为采用本发明便携式磁性金属疲劳检测仪对扁钢条疲劳弯曲100次后测得的磁导率变化曲线；图6为采用本发明便携式磁性金属疲劳检测仪对扁钢条疲劳弯曲150次后测得的磁导率变化曲线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。如图I所示，为适用于本发明便携式磁性金属疲劳检测方法的其中一种便携式磁性金属疲劳检测仪的结构示意图。该便携式磁性金属疲劳检测仪包括探头I、与探头I相连的数据处理装置和与数据处理装置相连并用于显示波形的显示器2，探头I包括用于检测磁场变化率的霍尔传感器3和与稳压直流电源5相连并用于产生磁场的电磁铁线圈4，霍尔传感器3安装在电磁铁线圈4的一端并位于探头I的顶部。该便携式磁性金属疲劳检测仪，通过在探头I上设置电磁铁线圈4用于产生磁场，霍尔传感器3用于检测磁场变化并产生电压信号，电压信号经过数据处理装置处理后，由显示器显示波形，通过波形的变化，可直观方便判断磁性金属的疲劳损伤情况，其工作原理如下霍尔传感器3的转换关系式为Uh = KB式中，Uh为霍尔电压，B为磁场强度，K为霍尔系数；如图3所示，在使用过程中，为了保证霍尔传感器3对磁场变化检测的精度，需要保证电磁铁线圈4的磁场变化范围在霍尔传感器3的电压输出曲线的线性区内，采用该原则选用磁铁线圈4的磁场强度的工作段，其中为磁铁线圈4磁场强度工作段的中间值，即为磁铁线圈4工作段内磁场强度变化的最大值与最小值的平均值，由于霍尔传感器的电压输出特性曲线在该磁场强度变化范围内为线形变化，即霍尔传感器中的磁通量4对应的霍尔传感器输出电压Ur也为霍尔传感器在磁铁线圈4磁场强度工作段的输出电压范围的中间值，即Ur为霍尔传感器输出电压工作段的最大值与最小值的平均值。由图3可知，该霍尔传感器的霍尔系数K=Il. 43mV/mT，磁铁线圈4的磁场强度的工作段的范围为2. O 9. OmT，对应的Br = 5. 5mT,由Uh = KB可知，霍尔传感器输出电压工作范围为25 105mV，对应的中间值U^65mV。在磁铁线圈内通入稳定直流I，得到霍尔传感器3处的磁场强度B
权利要求
1.一种便携式磁性金属疲劳检测方法，其特征在于包括如下步骤 1)校准将探头放置在被测磁性金属无损区的表面或等高面上，调节电磁铁线圈的电流I，校准霍尔传感器输出电压值； 2)检测将探头在被测磁性金属表面移动或将探头沿着与第I)步骤中相同的被测磁性金属表面的等高面上移动，由霍尔电压Uh与被测磁性金属的磁导率关系Uh =^Κμ0μΓη1，测得每一个测量位置的磁导率，并得到磁导率μ r和检测位置X之间的μ r-X曲线或建立霍尔电压Uh和检测位置X之间的Uh-X曲线； 其中，η为电磁铁线圈的匝数； Ur为霍尔传感器输出电压工作段的中间值，所述霍尔传感器输出电压工作段位于霍尔传感器电压输出特性曲线的线性区； K为霍尔系数； Utl为空气的磁导率； μ^为被测磁性金属的磁导率； I为通入电磁铁线圈的电流； 3)判定在μr-X曲线或Uh-X曲线上发生剧烈波动的区域位置，即表明被测磁性金属在该位置处发生了疲劳损伤。
2.根据权利要求I所述的便携式磁性金属疲劳检测方法，其特征在于所述第I)步骤中，校准霍尔传感器输出的电压值为其工作段输出电压的中间值Ur。
3.根据权利要求I所述的便携式磁性金属疲劳检测方法，其特征在于所述第2)步骤中，探头在被测磁性金属表面或等高面上匀速移动。
4.根据权利要求I所述的便携式磁性金属疲劳检测方法，其特征在于所述第2)步骤中，霍尔传感器输出的霍尔电压经数据处理装置的放大器和A/D转换器处理后与数据处理装置的数据采集器采集的由位置传感装置输出的位置信号匹配，并通过显示器输出μ「Χ曲线或Uh-X曲线。
全文摘要
本发明公开了一种便携式磁性金属疲劳检测方法，包括如下步骤1)校准将探头放置在被测磁性金属无损区的表面或等高面上，调节电磁铁线圈的电流I，校准霍尔传感器输出电压值；2)检测将探头在被测磁性金属表面移动或将探头沿着与第1)步骤中相同的被测磁性金属表面的等高面上移动，由霍尔电压UH与被测磁性金属的磁导率关系测得每一个测量位置的磁导率，并得到磁导率μr和检测位置X之间的μr-X曲线或建立霍尔电压UH和检测位置X之间的UH-X曲线；3)判定在μr-X曲线或UH-X曲线上发生剧烈波动的区域位置，即表明被测磁性金属在该位置处发生了疲劳损伤。
文档编号G01N27/92GK102928505SQ20121040447
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者周平, 陈皓, 张冠南, 梁红艮 申请人:重庆交通大学, 周平