基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置的制作方法

本实用新型涉及应力检测技术，尤其涉及一种基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置。

背景技术：

零件在加工制造过程中，受到来自各种加工工艺的作用与影响，加工完成，零件所受到的上述作用并不能完全随之消失，残留在零件内的作用力即为残余应力。加工后零件内部的残余应力将影响铁磁材料的腐蚀、疲劳强度等机械性能，使零件产生变形、开裂等工艺缺陷，严重影响了零件的使用寿命，甚至导致零件根本无法使用。因此，检测零件的残余应力对保证零件的出厂质量起着至关重要的作用。

传统的残余应力测试方法大致有盲孔法、喷砂打孔法、切割法等，以上方法都有其缺点，检测时须对零件进行破坏，只能针对工件上某点进行检测，检测结果也不够精准，只能用于抽检，不能严格控制零件的出厂质量；当前各工厂所用X射线法不仅昂贵，且因穿透深度所限需对零件进行破坏性检测；国外进口磁弹仪价格及其昂贵，难于购买使用。巴克豪森效应法是近年来兴起的一种无损检测新技术，基于巴克豪森效应的应力检测装置消除了以上缺点的影响，可以连续快速准确地对零件进行逐一无损检测。

巴克豪森效应(The Barkhausen effect)是德国科学家Barkhausen于1919年首次发现的，后经多年研究，现在发展成为一项无损检测技术。基于此效应的无损检测技术是利用材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的磁巴克豪森噪声信号(Magnetic Barkhausen noise,简称MBN)的变化，来判定结构异常和缺陷的危害程度。该技术主要用于评价铁磁材料的品质和疲劳状况，具有无损、精准、可靠、快速、自动、可穿透镀层、可进行大面积检测等优点，而且环保，对人体没有伤害，在机械制造、冶金、建筑、航空与航天、核能、交通等行业，以及地质勘探、安全检测、材料科学等领域具有重要应用价值，因此近年来基于巴克豪森效应的无损检测技术备受国内外研究人员关注。

然而，传统应力检测方法在用于应力检测时，尚存在检测结果不准确的问题。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本实用新型提供了一种基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置，以至少解决传统应力检测方法在用于应力检测时所存在的检测结果不准确的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置，所述铁磁材料应力检测装置包括波形发生电路、巴克豪森噪声传感器、前置放大器、一级带通滤波器、主放大器、二级带通滤波器、次级放大器、A/D转换器、STM32控制模块以及LCD显示器；所述巴克豪森噪声传感器包括激励线圈、铁氧体磁轭U型骨架、传感线圈、工型骨架以及磁棒；所述激励线圈绕于所述铁氧体磁轭U型骨架的中间部位；所述磁棒内嵌于所述工型骨架内；所述传感线圈固定设于所述铁氧体磁轭U型骨架的正中心位置，绕于所述工型骨架的中间部位；所述激励线圈连接所述巴克豪森噪声传感器的信号输入端，所述传感线圈连接所述巴克豪森噪声传感器的信号输出端；其中，所述波形发生电路的信号输出端连接所述巴克豪森噪声传感器的信号输入端，所述巴克豪森噪声传感器的信号输出端连接所述前置放大器的信号输入端，所述前置放大器的信号输出端连接所述一级带通滤波器的信号输入端，所述一级带通滤波器的信号输出端连接所述主放大器的信号输入端，所述主放大器的信号输出端连接所述二级带通滤波器的信号输入端，所述二级带通滤波器的信号输出端连接所述次级放大器的信号输入端，所述次级放大器的信号输出端连接所述A/D转换器的信号输入端，所述A/D转换器的信号输出端连接所述STM32控制模块的信号输入端，所述STM32控制模块的信号输出端连接所述LCD显示器的信号输入端。

进一步地，所述波形发生电路包括正弦波发生器和功率放大器；所述正弦波发生器的信号输出端连接所述功率放大器的信号输入端，所述功率放大器的信号输出端连接所述巴克豪森噪声传感器的信号输入端。

进一步地，所述激励线圈的绕线和所述传感线圈的绕线均采用铜芯漆包线，所述铁氧体磁轭U型骨架的材料为ZnMn氧化体，所述工型骨架的材料为塑料。

通过以上描述可知，本实用新型的基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置可实现零件的无损连续检测，实时采集巴克豪森噪声信号，经处理以数字的形式在计算机进行显示。一般环境下(温湿度相对恒定)，能够连续准确地完成铁磁材料工件的应力检测。

本实用新型消除了传统应力检测技术缺点的影响，可对检测零件进行逐一无损检测，可穿透镀层，检测结果更准确，更严格地保证了零件的品质。本实用新型能够有效地提高加工零件的工艺水平和装备自动化水平，对保证产品性能、品质与精度具有至关重要的作用，促进我国应力无损检测技术的发展。

在本实用新型中，在对巴克豪森噪声信号进行前置放大和一级滤波放大(即通过前置放大器103、一级带通滤波器104、主放大器105)的基础上，还对其进行二级滤波放大(即通过二级带通滤波器106、次级放大器107)，使得经过前置放大和二级滤波放大后的传感信号能够被准确地检测到，相比于仅仅经过前置放大和一级滤波放大的方案，检测结果更加准确，精度更高。

通过以下结合附图对本实用新型的最佳实施例的详细说明，本实用新型的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：

图1是示意性地示出本实用新型的基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置的一个示例的结构图；

图2是示意性地示出图1所示的波形发生电路的一种可能结构的框图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本实用新型实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本实用新型的实施例提供了一种基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置，铁磁材料应力检测装置包括波形发生电路、巴克豪森噪声传感器、前置放大器、一级带通滤波器、主放大器、二级带通滤波器、次级放大器、A/D转换器、STM32控制模块以及LCD显示器；巴克豪森噪声传感器包括激励线圈、铁氧体磁轭U型骨架、传感线圈、工型骨架以及磁棒；激励线圈绕于铁氧体磁轭U型骨架的中间部位；磁棒内嵌于工型骨架内；传感线圈固定设于铁氧体磁轭U型骨架的正中心位置，绕于工型骨架的中间部位；激励线圈连接巴克豪森噪声传感器的信号输入端，传感线圈连接巴克豪森噪声传感器的信号输出端；其中，波形发生电路的信号输出端连接巴克豪森噪声传感器的信号输入端，巴克豪森噪声传感器的信号输出端连接前置放大器的信号输入端，前置放大器的信号输出端连接一级带通滤波器的信号输入端，一级带通滤波器的信号输出端连接主放大器的信号输入端，主放大器的信号输出端连接二级带通滤波器的信号输入端，二级带通滤波器的信号输出端连接次级放大器的信号输入端，次级放大器的信号输出端连接A/D转换器的信号输入端，A/D转换器的信号输出端连接STM32控制模块的信号输入端，STM32控制模块的信号输出端连接LCD显示器的信号输入端。

图1示出了本实用新型的基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置100的一个示例性结构。如图1所示，铁磁材料应力检测装置100包括波形发生电路101、巴克豪森噪声传感器102、前置放大器103、一级带通滤波器104、主放大器105、二级带通滤波器106、次级放大器107、A/D转换器108、STM32控制模块109以及LCD显示器110。

其中，巴克豪森噪声传感器102包括激励线圈102-1、铁氧体磁轭U型骨架102-2、传感线圈102-3、工型骨架102-4以及磁棒102-5。

激励线圈102-1绕于铁氧体磁轭U型骨架102-2的中间部位，磁棒102-5内嵌于工型骨架102-4内。传感线圈102-3固定设于铁氧体磁轭U型骨架102-2的正中心位置，并且绕于工型骨架102-4的中间部位。

激励线圈102-1连接巴克豪森噪声传感器102的信号输入端，而传感线圈102-1连接巴克豪森噪声传感器102的信号输出端。

波形发生电路101的信号输出端连接巴克豪森噪声传感器102的信号输入端，巴克豪森噪声传感器102的信号输出端连接前置放大器103的信号输入端，前置放大器103的信号输出端连接一级带通滤波器104的信号输入端，一级带通滤波器104的信号输出端连接主放大器105的信号输入端，主放大器105的信号输出端连接二级带通滤波器106的信号输入端，二级带通滤波器106的信号输出端连接次级放大器107的信号输入端，次级放大器107的信号输出端连接A/D转换器108的信号输入端，A/D转换器108的信号输出端连接STM32控制模块109的信号输入端，STM32控制模块109的信号输出端连接LCD显示器110的信号输入端。

进一步地，如图2所示，波形发生电路101可以包括正弦波发生器201和功率放大器202，正弦波发生器201的信号输出端连接功率放大器202的信号输入端。功率放大器202的信号输出端用作波形发生电路101的信号输出端，并用于与图1所示的巴克豪森噪声传感器102的信号输入端连接。

功率放大器202将正弦波发生器201产生的微弱信号进行放大后送往巴克豪森噪声传感器的激励线圈102-1，激励线圈102-1产生交变磁场，经铁氧体磁轭U型骨架102-2传导，磁化被测工件(即图1所示的铁磁体材料)，被测工件受激后向外发射磁弹波，传感线圈102-3将接收到的磁场信号转化为微弱的模拟电信号，经放大并通过滤波器选取信号最丰富段输入A/D转换，将获得的数字信号输送到STM32控制模块109进行处理，将最终获得的应力数值通过LCD显示器110上显示出来。

进一步地，激励线圈102-1的绕线和传感线圈102-3的绕线均可以采用铜芯漆包线，铁氧体磁轭U型骨架102-2的材料可以为ZnMn氧化体，工型骨架102-4的材料可以为塑料。

通过以上描述可知，本实用新型的基于巴克豪森效应的铁磁材料应力检测装置可实现零件的无损连续检测，实时采集巴克豪森噪声信号，经处理以数字的形式在计算机进行显示。一般环境下(温湿度相对恒定)，能够连续准确地完成铁磁材料工件的应力检测。

本实用新型消除了传统应力检测技术缺点的影响，可对检测零件进行逐一无损检测，可穿透镀层，检测结果更准确，更严格地保证了零件的品质。本实用新型能够有效地提高加工零件的工艺水平和装备自动化水平，对保证产品性能、品质与精度具有至关重要的作用，促进我国应力无损检测技术的发展。

在本实用新型中，在对巴克豪森噪声信号进行前置放大和一级滤波放大(即通过前置放大器103、一级带通滤波器104、主放大器105)的基础上，还对其进行二级滤波放大(即通过二级带通滤波器106、次级放大器107)，使得经过前置放大和二级滤波放大后的传感信号能够被准确地检测到，相比于仅仅经过前置放大和一级滤波放大的方案，检测结果更加准确，精度更高。

尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的，而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。