一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，属于无损检测领域中磁记忆检测技术范畴。监测装置由螺栓、双螺母、压紧弹簧、探头保护壳、阵列传感器与联接件组成。阵列传感器位于探头保护壳中，通过探头保护壳进行保护；压紧弹簧与探头保护壳接触连接，用于压紧阵列传感器探头；双螺母用于固定压紧弹簧，进而控制阵列传感器与联接件的距离；螺栓依次穿过双螺母、压紧弹簧、探头保护壳、阵列传感器和联接件。该装置能够实时、在线监测螺栓连接部位疲劳损伤的出现，以及能够对联接件的损伤断裂位置进行预测。
【专利说明】
一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，属于无损检测领域中磁记忆检测技术范畴。
【背景技术】
[0002]磁记忆检测是尚处于成长期的一种磁性无损检测方法，它在早期疲劳损伤评估方面极具潜力。该技术基于磁机械效应原理，通过表面磁场分布及其强度的变化，不仅能够检测出铁磁材料的塑性变形及宏观缺陷，更能有效探测出铁磁材料的早期应力集中。在工程应用中，由于该技术具有不需要磁化装置对被测工件进行人工磁化，并且不用对被测表面进行特殊处理和打磨等优点，已被广泛应用于石油、化工、电力、铁路、桥梁等领域。
[0003]螺栓联接结构在实际工程中应用十分广泛，其联接状态直接关系到整个设备或结构工作的安全性和可靠性。由于螺栓孔易受交变载荷作用，常会出现疲劳裂纹，进而发生断裂等灾难性事故。尽管磁粉探伤可以较好地检测裂纹，但该方法无法预测未出现裂纹时的早期损伤，并且只能在机械检修时将带螺栓孔的工件分解下来进行静态检测。监测是指测量系统不离开被测结构，对在役的易损机械结构件实时、在线监控，及时掌握结构件的状态，以确保机械设备工作的安全性和可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种螺栓联接件损伤的在位监测装置，该装置可以有效解决在役螺栓联接件损伤监测的问题，能够对联接件螺栓孔附近损伤状态进行实时、在线监测，为结构件的安全、可靠运行提供了重要依据。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]—种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，由螺栓、双螺母、压紧弹簧、探头保护壳、阵列传感器与联接件组成。阵列传感器位于探头保护壳中，通过探头保护壳进行保护;压紧弹簧与探头保护壳接触连接，用于压紧磁传感器探头;双螺母用于固定压紧弹簧，进而控制阵列传感器与联接件的距离;螺栓依次穿过双螺母、压紧弹簧、探头保护壳、阵列传感器和联接件。
[0007]所述阵列传感器由多个巨磁阻芯片和硬件电路组成，巨磁阻芯片围绕螺栓孔组成环孔阵列结构；硬件电路采用AD620与UA741对信号进行二级放大处理，并设计低通无源滤波器进行滤波。
[0008]所述巨磁阻芯片的数量至少为8个。
[0009]工作过程:将联接件装卡于疲劳拉伸机上，并将阵列传感器安装于螺栓孔处，连接测量设备并完成调试;启动在位监测装置和疲劳拉伸机，拉伸到预定循环次数后，关闭拉伸机并卸载，使联接件处于不受力状态;将阵列传感器测量得到的各通道输出信号存储于计算机中，并做相应的信号处理;再次启动疲劳拉伸机，直至试件断裂;根据循环前期对不同循环次数时磁记忆信号梯度绝对值的变化，可以有效判断联接件损伤及将要断裂的位置。
[0010]有益效果
[0011 ] 1.本发明的一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，可以实现重要零部件表面损伤的在位监测，为此类技术研究提供了一种新的方法和工具。
[0012]2.本发明属于磁记忆无损检测技术，该技术利用的是地磁场和工作载荷作用下的天然磁化信息，不需要专门的磁化设备对被测工件进行人工磁化，使监测设备得到显著简化。
[0013]3.本发明不仅可以对螺栓联接件进行在位监测，其技术思想对焊接、铆接等多种情况皆适用，可通过适当调整监测装置结构对其他联接方式进行在线监测。
【附图说明】
[0014]图1为在位监测装置示意图；
[0015]图2为信号处理电路原理图；
[0016]图3为敏感元件位置分布图；
[0017]图4为联接件实物图；
[0018]图5为加载方式；
[0019]图6为磁记忆信号分布图；
[0020]图7为磁记忆信号梯度绝对值分布图；
[0021]图8为断裂试件。
[0022]图中，1-螺栓，2-双螺母，3-压紧弹簧，4-探头保护壳，5-阵列传感器，6-联接件。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]—种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，如图1所示，由螺栓1、双螺母2、压紧弹簧3、探头保护壳4、阵列传感器5与联接件6组成。阵列传感器5位于探头保护壳4中，通过探头保护壳4进行保护;压紧弹簧3与探头保护壳4接触连接，用于压紧磁传感器探头;双螺母2用于固定压紧弹簧3，进而控制阵列传感器5与联接件6的距离;螺栓I依次穿过双螺母2、压紧弹簧3、探头保护壳4、阵列传感器5和联接件6。
[0026]硬件电路采用AD620与UA741对信号进行二级放大处理，并设计低通无源滤波器进行滤波，如图2所示。首先采用AD620对信号进行初级放大，放大倍数为1000倍左右;采用二阶低通无源滤波器对无用信号进行滤波，其滤波截止频率为5Hz;使用典型芯片UA741对滤波后的信号进行二级放大处理，放大倍数为10倍左右。
[0027]所述阵列传感器5由多个巨磁阻芯片和硬件电路组成，巨磁阻芯片围绕螺栓孔组成环孔阵列结构，如图3所示。
[0028]所述巨磁阻芯片的数量至少为8个。
[0029]螺栓联接结构主要由螺栓与联接件组成。其中螺栓由45#钢经淬火处理后制备，而联接件由含中心孔件的Q235钢板材制成，其尺寸为长220mmX宽50mmX厚3mm，如图4所示。
[0030]工作过程:将联接件6装卡于疲劳拉伸机上，并将阵列传感器5安装于螺栓孔处，连接测量设备并完成调试；启动在位监测装置和疲劳拉伸机，依照正弦加载方式进行疲劳拉伸，即在正弦曲线上按照等时间间隔进行加载和卸载，如图5所示，至预定循环次数后卸载，使联接件处于不受力状态;将阵列传感器测量得到的各通道输出信号存储于计算机中，并做相应的信号处理;再次启动疲劳拉伸机，直至试件断裂;计算不同循环次数时磁记忆信号梯度绝对值的变化。
[0031]磁记忆信号随疲劳循环次数分布图如图6所示，对磁记忆信号求梯度，得到磁记忆信号梯度绝对值分布图，如图7所示。
[0032]当裂纹类损伤出现时，按照磁记忆检测方法判别标准，应有较大的梯度信号，为该信号设定经验阈值，即可判定螺栓联接件中已出现或将要出现损伤的位置，从而实现了螺栓联接件损伤的在位监测。
[0033]由图7可以看到，变化最剧烈的地方是巨磁阻芯片4和8所在位置，磁信号波动程度最大，这和此前磁记忆信号检测研究中，金属材料濒临破坏前，信号会产生剧烈变化的结论一致。随后的观察证明，疲劳裂纹出现在这些位置上，如图8所示。这说明该装置能够实时、在线监测螺栓连接部位疲劳损伤的出现，以及能够对联接件的损伤断裂位置进行预测。
【主权项】
1.一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，其特征在于:由螺栓(I)、双螺母(2)、压紧弹簧(3)、探头保护壳(4)、阵列传感器(5)与联接件(6)组成;阵列传感器(5)位于探头保护壳(4)中，通过探头保护壳(4)进行保护;压紧弹簧(3)与探头保护壳(4)接触连接，用于压紧阵列传感器探头；双螺母(2)用于固定压紧弹簧(3)，进而控制阵列传感器(5)与联接件(6)的距离;螺栓(I)依次穿过双螺母(2)、压紧弹簧(3)、探头保护壳(4)、阵列传感器(5)和联接件(6)。2.如权利要求1所述的一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，其特征在于:所述阵列传感器(5)由多个巨磁阻芯片和硬件电路组成，巨磁阻芯片围绕螺栓孔组成环孔阵列结构；硬件电路采用AD620与UA741对信号进行二级放大处理，并设计低通无源滤波器进行滤波。3.如权利要求1或2所述的一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，其特征在于:所述巨磁阻芯片的数量至少为8个。4.如权利要求1所述的一种基于磁记忆效应的螺栓联接件损伤在位监测装置，其特征在于:监测过程为:将联接件(6)装卡于疲劳拉伸机上，并将阵列传感器(5)安装于螺栓孔处，连接测量设备并完成调试；启动在位监测装置和疲劳拉伸机，拉伸到预定循环次数后，关闭拉伸机并卸载，使联接件处于不受力状态;将阵列传感器测量得到的各通道输出信号存储于计算机中，并做相应的信号处理;再次启动疲劳拉伸机，直至试件断裂;根据循环前期对不同循环次数时磁记忆信号梯度绝对值的变化，可以有效判断联接件损伤及将要断裂的位置。
【文档编号】G01N27/82GK106018543SQ201610322261
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】高玄怡, 张瑞蕾, 邱忠超, 曹新愿
【申请人】北京理工大学