铁磁构件交变应力测量装置及其测量方法
【专利摘要】本发明公布了一种铁磁构件交变应力测量装置及其测量方法，用于测量铁磁性构件的应力方向和大小，属于无损测量技术和装置领域。测量装置包括信号激励模块、激励探头、检测线圈、信号调理模块、信号采集模块、计算机信号处理分析模块。本发明的实质是利用通以交变信号的“U”型探头磁化被检构件，使应力区域有足够的二次感应磁场，然后由检测线圈拾取表征应力信息的感应磁场，从而达到识别应力的目的。该方法利用一套检测系统不仅可以评估铁磁性构件表面及近表面的应力程度，还可确定构件中的主应力方向，具有较广阔的应用前景。
【专利说明】铁磁构件交变应力测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁磁构件交变应力测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002]铁磁构件广泛应用于航空航天、电力、铁路、压力容器等行业，在其应力集中区域材料组织易发生位错、滑移或变形，促使构件蠕变、疲劳、腐蚀等早期缺陷恶化，甚至发展成裂纹等宏观缺陷，导致构件破坏，因此对铁磁构件应力的检测具有很重要的意义。
[0003]目前，应用于铁磁性构件应力检测的无损方法有多种，其中X射线衍射法对材料表层状态应力较敏感，适合于测定具有较大残余应力的构件，其不足是测量精度较差，灵敏度较低。超声波法作为一种缺陷检测的常规方法，具有较大检测深度，然而由于波速变化微弱，且受组织结构影响，对应力初期(弹性阶段)检测精度不高，难以对其定性和定量。涡流检测法不接触构件，检测速度高，但影响涡流因素多，易漏判或误判。脉冲涡流检测法也可测量导电材料的应力状态，可影响其评价应力的因素更多。磁记忆法是一种可应用铁磁材料早期诊断的无损检测方法，但评价指标与应力的联系规律还需在工程实践中有待验证。因此，发明一种对铁磁性构件应力有较高检测灵敏度的方法就显得尤为重要。
[0004]基于电磁感应原理的交变应力测量法是一种新型无损测量法，其测量原理为交变信号作用激励探头产生磁场磁化受载构件，在构件中产生平面涡流场，传感器拾取受载构件应力区域的二次磁场变化，获取感应磁场不同方向的分量，并且频率范围较宽，对应力集中有较高的评价精度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供了 一种铁磁构件交变应力测量装置及其测量方法，它具有检测速度快、精度高和实现非接触检测的优点。
[0006]本发明是这样实现的，一种铁磁构件交变应力测量装置，它包括激励探头、检测线圈、信号激励模块、信号调理模块、信号采集模块和计算机信号处理分析模块，其特征在于，信号激励模块连接在激励探头的上部，激励探头正下方为检测线圈，检测线圈连接信号调理模块，信号调理模块和计算机信号处理分析模块之间连接有信号采集模块。所述信号激励模块为激励线圈绕制在U型铁氧体构成，其激励频率在I?5KHZ，激励线圈的线径为I?2mm,阻数100?300阻。所述激励探头为密排线圈绕制磁芯构成,密排线圈的线径为
0.03mm，匝数为200-400匝。所述密排线圈轴线与待检测构件的表面平行布置，且平行于U型铁氧体两脚连线方向。
[0007]所述检测方法包括如下步骤:
[0008]⑴应用信号激励模块产生具有一定功率输出的且频率可调的正弦波交变电压，正弦波交变信号对激励线圈施加激励，磁化被检测构件，其有效区域内产生与构件表面平行的涡流场，涡流场再次感应出二次磁场，并为检测线圈所俘获，使其感应电压发生变化；
[0009]⑵将施加了交变信号的测量装置的激励探头置于被测构件或对比试样无应力区域，由检测线圈拾取感应磁场提供感应电压信号，并通过信号调理模块和信号采集模块传送，在计算机信号处理分析模块中存储和分析，并记基准值V1 ；
[0010]⑶移动检测线圈至构件的被检区域，由于被检区域应力的存在改变了磁导率的分布和大小，使得检测线圈的感应电压发生变化，对应力进行识别与评价，经模数转换送入计算机信号处理分析模块并存储，记为V2 ；
[0011]⑷旋转激励探头，获取V1-V2最大值，计算机信号处理分析模块对其进行处理分析，确立构件被检区域的主应力方向和应力大小。
[0012]本发明的技术效果是:本发明提出的铁磁构件交变应力测量方法利用通以交变信号的“U”型探头磁化被检构件，使应力区域有足够的二次感应磁场，然后由检测线圈拾取表征应力信息的感应磁场，从而达到应力识别的目的；该方法利用一套检测系统不仅可以评估铁磁性构件表面及近表面的应力程度，还可确定构件中的主应力方向，具有较广阔的应用背景。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明方法测量装置总体结构示意图.[0014]图2是本发明激励探头的结构示意图。
[0015]图3是本发明旋转激励探头确定主应力方向的示意图。
[0016]在图中，1、激励探头2、检测线圈3、构件4、信号激励模块5、信号调理模块6、信号采集模块7、计算机信号处理分析模块8、刻度盘。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本发明方法检测原理如图1所示:激励探头I磁化被检构件3，并在构件3表面产生均匀感应电流，当构 件3中无应力时，其表面感应电流均匀流动；若构件3表面或近表面有应力存在，由于构件3磁导率的分布和大小差异,感应电流在应力区域受到扰动，从而引起构件3表面电磁场发生变化，检测探头2拾取应力区域上方感应磁场，通过信号调理和分析，即可获得应力信息。
[0018]如图2~3所示，本发明铁磁构件交变应力测量系装置与方法，包括如下步骤:
[0019]⑴使用信号激励模块4产生正弦波交变电压，且具有一定激发功率，激励频率在I~5KHz之间。激励线圈绕制在“U”型铁氧体上，线圈的线径为I~2mm，匝数在100~300匝之间选取，正弦波交变信号对激励线圈施加激励，磁化被检测构件3，其有效区域内产生与构件3表面平行的涡流场，涡流场再次感应出二次磁场，并为检测线圈2所俘获，使其感应电压发生变化；
[0020]⑵利用绕制在磁芯上的密排线圈作为检测探头，线圈的线径为0.03mm，匝数为200-400匝，密排线圈的轴线与构件3表面平行布置，且平行于“U”型铁氧体两脚连线方向，用以提取被检构件的感应磁场水平分量。将交变应力测量法系统探头置于被检构件3或对比试样无应力区域，由检测线圈2拾取感应磁场的水平分量，并通过信号调理模块5和信号采集模块6传送，在计算机信号处理分析模块7中存储和分析，并记基准值V1 ；
[0021]⑶移动检测探头至构件3的被检区域，由于被检区域应力的存在改变了磁导率的分布和大小，使得检测线圈2的感应电压发生变化，可以对应力进行识别与评价，经信号采集模块6送入计算机信号处理分析模块7并存储，记为V2 ；
[0022]⑷在测量点旋转传感器，获取V1-V2最大值，为保证测量点相同，依据探头尺寸制作一个圆形刻度盘8，将探头放置其内进行旋转，确定最大值位置后，计算机信号处理分析模块7即可确立构件被检区域的主应力方向和应力大小。
[0023]本发明方法检测装置如图1所示，主要包括信号激励模块4、激励探头1、检测线圈
2、信号调理模块5、信号采集模块6、计算机信号处理分析模块7。具体工作过程为:信号激励模块4产生正弦交流信号驱动激励探头1，激励探头I产生较高强度的交变磁场磁化构件,在构件中产生均匀感应电流,均匀感应电流通过应力区域就会产生扰动引起磁场变化，检测线圈2拾取扰动磁场就可以获取此区域磁场的变化量，但获取的检测信号比较微弱且含有很多杂波，因此需要经过信号调理模块5放大、检波、滤波和再放大的调理，调理后的信号通过信号采集模块6进入计算机信号处理分析模块7，结合获取的检测曲线和数据即可分析应力程度与和电压变化值之间的规律。
[0024]如图2所示，本发明激励探头由直径为I?2mm漆包线缠绕在“U”型锰锌铁氧体表面构成，匝数为100?300。检测探头由直径为0.03mm的漆包线缠绕在磁芯上制成，匝数为200?400，线圈的轴线与构件3表面平行，且平行于“U”型铁氧体两脚连线方向，用以提取应力区域感应磁场水平分量。
[0025]如图3所示，为了获取同一点的检测结果，需在测量区域固定一个圆形刻度盘8。在刻度盘8上标定不同的角度，检测时将探头放置在盘内旋转即可获取不同夹角的测量电压值。
【权利要求】
1.一种铁磁构件交变应力测量装置，它包括激励探头、检测线圈、信号激励模块、信号调理模块、信号采集模块和计算机信号处理分析模块，其特征在于，信号激励模块连接在激励探头的上部，激励探头正下方为检测线圈，检测线圈连接信号调理模块，信号调理模块和计算机信号处理分析模块之间连接有信号采集模块。
2.如权利要求1所述的一种铁磁构件交变应力测量装置，其特征在于，所述信号激励模块为激励线圈绕制在U型铁氧体构成，其激励频率在I~5KHz，激励线圈的线径为I~2mm, β?数 100 ~300 阻。
3.如权利要求1所述的一种铁磁构件交变应力测量装置，其特征在于，所述激励探头为密排线圈绕制磁芯构成，密排线圈的线径为0.03mm,阻数为200-400阻。
4.如权利要求3所述的一种铁磁构件交变应力测量装置，其特征在于，所述密排线圈轴线与待检测构件的表面平行布置，且平行于U型铁氧体两脚连线方向。
5.一种铁磁构件交变应力测量装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤: ⑴应用信号激励模块产生具有一定功率输出的且频率可调的正弦波交变电压，正弦波交变信号对激励线圈施加激励，磁化被检测构件，其有效区域内产生与构件表面平行的涡流场，涡流场再次感应出二次磁场，并为检测线圈所俘获，使其感应电压发生变化； ⑵将施加了交变信号的测量装置的激励探头置于被测构件或对比试样无应力区域，由检测线圈拾取感应磁场提供感应`电压信号，并通过信号调理模块和信号采集模块传送，在计算机信号处理分析模块中存储和分析，并记基准值V1 ； (3)移动检测线圈至构件的被检区域，由于被检区域应力的存在改变了磁导率的分布和大小，使得检测线圈的感应电压发生变化，对应力进行识别与评价，经模数转换送入计算机信号处理分析模块并存储，记为V2 ; (4)旋转激励探头，获取^- F21最大值，计算机信号处理分析模块对其进行处理分析，确立构件被检区域的主应力方向和应力大小。
【文档编号】G01N27/83GK103499404SQ201310469512
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】宋凯, 张丽攀, 李俊江, 周松 申请人:南昌航空大学