磁記憶-巴克豪森融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種磁記憶-巴克豪森(MMM-MBN)融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信號發(fā)生器、功率放大器、傳感器、主放大系統(tǒng)、檢波系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、ARM處理器、電源系統(tǒng)構(gòu)成。采用自動控制技術(shù)切換MMM與MBN工作，先使用MMM技術(shù)快速非接觸定位應(yīng)力集中區(qū)，再用MMM-MBN方法融合定點檢測應(yīng)力；兩套檢測系統(tǒng)融合形成了MMM-MBN無損、快速檢測應(yīng)力，既提高了應(yīng)力的檢測速度，又提高了應(yīng)力檢測的精度。
【專利說明】磁記憶-巴克豪森融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于應(yīng)用磁記憶-巴克豪森（MMM-MBN)融合技術(shù)的新型無損檢測技術(shù) 范疇，涉及一種鐵磁材料融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)已成為確保產(chǎn)品質(zhì)量以及設(shè)備安 全運(yùn)行的重要手段，并且已經(jīng)形成一門新興獨立的綜合性應(yīng)用科學(xué)技術(shù)。無損檢測是在不 破壞被檢材料或構(gòu)件的情況下采用物理、化學(xué)等方法和手段，探測被檢對象內(nèi)部和表面的 各種缺陷及某些物理性能。
[0003] 開展對鐵磁構(gòu)件服役應(yīng)力，疲勞壽命的在線、快速、瞬態(tài)或跟蹤檢測，一直是受人 們重視的一個無損檢測難題。因為鐵磁材料加工制造的機(jī)械構(gòu)件，在使役的過程中，受外力 的作用，熱溫度變化的影響，在其內(nèi)部產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中或松弛，會引起構(gòu)件局部或全部 的塑性扭曲，變形，造成構(gòu)件整體強(qiáng)度降低，特別是疲勞強(qiáng)度的降低，使設(shè)備運(yùn)行不安全或 破損，如壓力容器焊接構(gòu)件殘余應(yīng)力檢測及服役應(yīng)力跟蹤檢測，扭桿、大型構(gòu)件的應(yīng)力及疲 勞檢測，大型結(jié)構(gòu)鋼架的應(yīng)力平衡檢測，橋梁鐵索、鋼絲繩的應(yīng)力疲勞檢測，凸輪車軸、轉(zhuǎn)子 的扭矩檢測，船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的完好性評價等等。這是僅舉的典型檢測難題，也是機(jī)械，石油 化工，航空，鐵路，國防工業(yè)急需解決的無損檢測難題。
[0004] 傳統(tǒng)的應(yīng)力檢測方法有X射線法，超聲波法和應(yīng)變片法。X射線法是通過晶格形變 檢測應(yīng)力，檢測深度僅達(dá)數(shù)μ m，設(shè)備復(fù)雜，現(xiàn)場工程檢測不方便；超聲波法檢測應(yīng)力由于 受耦合因素，嚴(yán)重影響檢測的精度；應(yīng)變片法，是靠貼在構(gòu)件表面的電阻絲柵隨構(gòu)件發(fā)生彈 性形變來檢測應(yīng)力，若構(gòu)件固定不產(chǎn)生形變，則無法檢測材料內(nèi)部應(yīng)力。
[0005] 因此，從材料檢測，壽命檢測的角度，迫切需要一種既能快速準(zhǔn)確定位應(yīng)力集中區(qū) 應(yīng)力分布和疲勞又能瞬間定點、定量、在線檢測應(yīng)力的方法，用于指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行安 全及維修。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述研究背景，本實用新型提出了一種MMM-MBN融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)，可廣泛 用于機(jī)械鐵磁構(gòu)件設(shè)備使役過程中內(nèi)部產(chǎn)生的局部松弛,塑性扭曲變形產(chǎn)生的應(yīng)力檢測及 疲勞壽命檢測。
[0007] 本實用新型的一種MMM-MBN融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)將MMM、MBN 技術(shù)優(yōu)點互補(bǔ)，缺點互鋤，采用快速全線覆蓋的融合檢測方法利用融合檢測算法檢測鐵磁 材料應(yīng)力。MBN主接收器和補(bǔ)償接收器接收的信號分別經(jīng)前置放大器和帶通濾波后進(jìn)入減 法器，兩路信號相減可以去掉現(xiàn)場工作時檢測對象的本底噪聲，和環(huán)境中的電磁干擾。最終 得到清晰的MBN信號。此信號經(jīng)主放大器和二次濾波后進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換電路。MMM傳感器由 四個霍爾傳感器組成，三個MMM主接收器和一個補(bǔ)償接收器。三個MMM主接收器和補(bǔ)償接 收器接收的信號分別經(jīng)前置放大器和低通濾波后進(jìn)入減法器，補(bǔ)償接收器用來接收地球磁 場，經(jīng)過減法器后的是檢測對象的自有漏磁場，不再是自有漏磁場與地球磁場的疊加磁場。 光電編碼器用于測量傳感器行走的距離。三路自有漏磁場信號經(jīng)主放大器后進(jìn)入多路AD 轉(zhuǎn)換電路。
[0008] 所述的融合檢測方法，采用自動控制技術(shù)切換MMM與MBN工作，先使用MMM技術(shù)快 速非接觸定位應(yīng)力集中區(qū)，再用MMM-MBN方法融合定點檢測應(yīng)力。兩種檢測技術(shù)融合形成 了 MMM-MBN無損、快速檢測應(yīng)力的方法，既提高了應(yīng)力的檢測速度，又提高了應(yīng)力檢測的精 度。
[0009] 所述的融合檢測算法是當(dāng)鐵磁材料受到磁化時釋放MBN信號，但鐵磁材料在地球 磁場的作用下存在自有漏磁場，這個磁場會與激勵磁場疊加。引起MBN釋放的磁場是鐵磁 材料所釋放的總磁場，是自有漏磁場與激勵磁場的疊加磁場。所以利用磁記憶技術(shù)檢測鋼 軌自有漏磁場的大小，計算自有漏磁場與激勵磁場的疊加磁場大小，并且推導(dǎo)出應(yīng)力、MBN 信號和總磁場的融合檢測算法。
[0010] 所述系統(tǒng)由信號發(fā)生器、功率放大器、傳感器、主放大系統(tǒng)、檢波系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、ARM處理器、電源系統(tǒng)構(gòu)成。
[0011] 所述低頻信號發(fā)生器包括精確波形發(fā)生器芯片和外圍元件，所述的信號發(fā)生器是 通過ARM處理器SPI總線接口驅(qū)動DAC8564完成激勵信號輸出，每一個正弦波激勵信號由 400個點模擬組成，便于對頻率和幅度進(jìn)行調(diào)整。將輸出頻率調(diào)整為1-lOHz。當(dāng)使用I-IOHz 低頻磁化鐵磁材料時，檢測深度達(dá)到Imm以上。使用50Hz頻率磁化鐵磁材料時的MBN特征 值為V5_ N，使用I-IOHz頻率磁化鐵磁材料時的MBN特征值為Vicimbn，兩者的比值K = Viqmbn/ V5qmbn，通過K值求得應(yīng)力值，這種方法可以消除鐵磁材料表面銹跡，污損以及組織狀態(tài)的影 響。
[0012] 所述的功率放大器是為了把正弦波信號發(fā)生器輸出的信號進(jìn)行功率放大，選用 TDA2030a組成功率放大電路，TDA2030a是SGS公司生產(chǎn)的大功率功放1C，該IC體積小巧， 輸出功率大，靜態(tài)電流小，動態(tài)電流大，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可帶動4-16 Ω的感性負(fù)載。MBN傳感 器中的馬蹄形磁化線圈其電阻為6Ω，電源為±15V時，最大瞬態(tài)電流達(dá)到2. 5A。
[0013] 所述傳感器由磁化器、MMM主接收器、MMM補(bǔ)償接收器、MBN主接收器、MBN補(bǔ)償接 收器、前置放大器、光電編碼器七部分構(gòu)成。
[0014] 所述的磁化器由厚度0. 2_的U型硅鋼片壓制而成，壓制成的磁化器鐵芯面積為 IOmmX 5mm，根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，確定磁化提升力、計算磁化電流、計算導(dǎo)線直徑、確定磁通量。經(jīng) 計算磁化器的磁化提升力為1N。
[0015] 所述的MBN主接收器和補(bǔ)償接收器由磁芯和纏繞在其上的線圈構(gòu)成；所述的磁芯 是用分子插層技術(shù)合成的CoMn鐵氧體，SRD測試該磁芯具有明顯的尖晶石鐵氧體特征。磁 芯的介電特性％和磁化特性L均在IKHz?IMHz范圍隨頻率變化穩(wěn)定，接收磁彈波頻率 為50KHz?650KHz。利用法拉第電磁感應(yīng)原理，在磁芯上纏繞0. Imm漆包線圈制作成磁彈 噪訊接收器。
[0016] 所述的前置放大器選用LMC6001放大芯片。MBN信號是極其微弱的電流信號，只 有幾個uA，LMC6001是COMS結(jié)構(gòu)的微小電流OP放大器，其輸入偏置電流典型值為10pA。 LMC6001是COMS結(jié)構(gòu)的微小電流OP放大器，其輸入偏置電流典型值為10pA。我們使用超前 相位補(bǔ)償電容，用于補(bǔ)償輸入寄生電容帶來的相位滯后，防止電路震蕩。I/V轉(zhuǎn)換反饋電阻 應(yīng)盡可能選擇較大的電阻。使用兩個FET場效應(yīng)管的源極與漏極相連作為輸入保護(hù)電路。 前置電壓放大器分兩級放大，放大能力為100倍。
[0017] 所述的主放大系統(tǒng)由0P37和LF356系列放大器構(gòu)成高輸入阻抗放大器。所述的 系列放大器依次為高通濾波、低通濾波、帶通濾波和選頻放大，其先后設(shè)置共分七級抑制、 放大，一步一步壓縮頻帶，防止噪聲干擾。其中低通濾波上限為650KHZ，高通濾波下限為 48KHz，主放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)為10000倍（約80dB)，檢波系統(tǒng)對磁彈噪訊的正半周取包 絡(luò)。
[0018] 所述的A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用LTZ1000超精準(zhǔn)基準(zhǔn)原件作為A/D基準(zhǔn)，這款基準(zhǔn)擁有 I. 2uVp-p低噪聲，

【權(quán)利要求】
1. 一種磁記憶-巴克豪森融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)由信號發(fā)生器、功 率放大器、傳感器、主放大系統(tǒng)、檢波系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、ARM處理器、電源系統(tǒng) 構(gòu)成；所述傳感器由磁化器、MMM主接收器、MMM補(bǔ)償接收器、MBN主接收器、MBN補(bǔ)償接收 器、前置放大器、光電編碼器七部分構(gòu)成；MBN主接收器和補(bǔ)償接收器接收的信號分別經(jīng)前 置放大器和帶通濾波后進(jìn)入減法器，最終得到清晰的MBN信號；此信號經(jīng)主放大器和二次 濾波后進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換電路；MMM傳感器由四個霍爾傳感器組成，三個MMM主接收器和一個補(bǔ) 償接收器；三個MMM主接收器和補(bǔ)償接收器接收的信號分別經(jīng)前置放大器和低通濾波后進(jìn) 入減法器，補(bǔ)償接收器用來接收地球磁場，經(jīng)過減法器后的是檢測對象的自有漏磁場；光電 編碼器用于測量傳感器行走的距離；三路自有漏磁場信號經(jīng)主放大器后進(jìn)入多路AD轉(zhuǎn)換 電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁記憶-巴克豪森融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于：所 述的MBN主接收器和補(bǔ)償接收器由磁芯和纏繞在其上的線圈構(gòu)成；所述的磁芯用分子插層 技術(shù)合成的CoMn鐵氧體，所述的磁芯的介電特性ε,和磁化特性μ,均在IKHz?IMHz范 圍隨頻率變化穩(wěn)定，接收磁彈波頻率為50ΚΗζ?650ΚΗζ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁記憶-巴克豪森融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于：所 述的前置放大器選用LMC6001放大芯片，MBN信號是極其微弱的電流信號，只有幾個uA， LMC6001是COMS結(jié)構(gòu)的微小電流OP放大器，其輸入偏置電流典型值為ΙΟρΑ。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁記憶-巴克豪森融合檢測應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于：所 述的A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用LTZ1000超精準(zhǔn)基準(zhǔn)原件作為A/D基準(zhǔn)，這款基準(zhǔn)擁有I. 2uVp-p 低噪聲，2mF/a&的長期穩(wěn)定性，〇. 〇5PPm/C的溫漂，特別適用于高精度儀表；使用LTC2400高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，LTC2400的數(shù)字濾波器能抑制輸入端引入的50Hz和 60Hz工頻干擾。
【文檔編號】G01N27/72GK204228305SQ201320828044
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】祁欣, 舒迪, 尹亮 申請人:北京化工大學(xué)