阅读说明：本技术 一种动生巴克豪森噪声应力测量方法及装置 (Method and device for measuring dynamic Barkhausen noise stress ) 是由 崔西明 邱志鹏 宋凯 吴思樊 晏晨辉 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种动生巴克豪森噪声应力测量方法及装置,通过恒定磁场对铁磁性材料进行磁化；将恒定磁场与铁磁性材料作相对运动,在铁磁性材料中诱发巴克豪森噪声；采用动生巴克豪森噪声信号拾取单元,获取动生巴克豪森噪声信号；采用动生巴克豪森噪声信号计算铁磁性材料的应力。有效解决了铁磁性材料构件高速运动的场景下应力在线测量的难题,测量精度更加可靠、精确。可以在铁磁性材料表面运动进行表面积延展较大的平面型板材的应力测量,也可以采用铁磁性材料从动生巴克豪森噪声应力测量装置中间穿过的形式对铁磁管材、线材、丝材进行在线应力测量。(The invention discloses a method and a device for measuring dynamic Barkhausen noise stress, which magnetizes a ferromagnetic material through a constant magnetic field; the constant magnetic field and the ferromagnetic material move relatively to induce Barkhausen noise in the ferromagnetic material; acquiring a live Barkhausen noise signal by using a live Barkhausen noise signal pickup unit; and calculating the stress of the ferromagnetic material by adopting the motional Barkhausen noise signal. The problem of stress on-line measurement in the scene of high-speed movement of ferromagnetic material components is effectively solved, and the measurement precision is more reliable and accurate. The device can be used for measuring the stress of a planar plate with a large surface area extension by moving on the surface of a ferromagnetic material, and can also be used for measuring the stress of a ferromagnetic pipe, a wire and a wire material on line in a mode that the ferromagnetic material passes through the middle of a dynamic Barkhausen noise stress measuring device.)

一种动生巴克豪森噪声应力测量方法及装置

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种基于恒定磁场激励的动生巴克豪森噪声应力测量方法及装置。

背景技术

铁磁性材料是高速动车组关键承力结构件的主要材料。在长期复杂载荷的受力作用下，铁磁性材料承力部件易出现应力集中，铁磁性材料的应力分布极大程度上决定该铁磁性材料部件的疲劳寿命。巴克豪森噪声检测技术具有无需耦合剂、灵敏度高、测量精度高等优点，在铁磁性材料的应力测量中得到了广泛应用，但在高速动车组等高速运动的在线检测应用中，传统的采用交流磁化的巴克豪森检测方法受磁化方法的限制，无法测量铁磁性材料高速运动时的应力情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于恒定磁场激励的动生巴克豪森噪声应力测量方法及装置，旨在解决现有应力测量方法无法测量高速运动的铁磁性材料构件应力的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。一种动生巴克豪森噪声应力测量方法，步骤如下：

1）通过恒定磁场对铁磁性材料进行磁化；

2）将恒定磁场与铁磁性材料作相对运动，在铁磁性材料中诱发巴克豪森噪声；

3）上述巴克豪森噪声为动生巴克豪森噪声，采用动生巴克豪森噪声信号拾取单元，获取动生巴克豪森噪声信号；

4）采用动生巴克豪森噪声信号计算铁磁性材料的应力。

进一步，所述恒定磁场取值是使待测量应力的铁磁性材料达到饱和磁化强度Ms时的磁场强度Hm。

一种用于动生巴克豪森噪声应力测量的装置，装置体由恒定磁场发生单元、磁场导向单元、动生巴克豪森噪声信号拾取单元以及动生巴克豪森噪声信号处理单元构成，所述恒定磁场发生单元、磁场导向单元和动生巴克豪森噪声信号拾取单元固定封装为整体探头，恒定磁场发生单元通过磁场导向单元将磁场导入铁磁性材料，动生巴克豪森噪声信号处理单元通过电缆导线连接探头内部的动生巴克豪森噪声信号拾取单元；所述恒定磁场发生单元用于产生恒定磁场；所述磁场导向单元用于设定恒定磁场路径；所述动生巴克豪森噪声信号拾取单元用于拾取恒定磁场激励产生的动生巴克豪森噪声信号；所述动生巴克豪森噪声信号处理单元用于对动生巴克豪森噪声信号拾取单元的动生巴克豪森噪声信号进行数据处理后计算应力数值。

进一步，所述恒定磁场发生单元由直流电磁铁或永磁铁构成。

进一步，所述装置体与铁磁性材料的相对运动，为直线相对运动或曲线相对运动。

进一步，所述装置体位于铁磁性材料表面。

进一步，所述铁磁性材料或从装置体内部穿过。

进一步，所述动生巴克豪森噪声信号拾取单元为磁敏元件。

进一步，所述磁场导向单元的相对磁导率＞1。

本发明通过采用恒定磁场在与铁磁性材料相对运动的同时在铁磁性材料中诱发动生巴克豪森噪声，有效解决了铁磁性材料构件高速运动的场景下应力在线测量的难题。采用恒定磁场诱发动生巴克豪森噪声信号，在实际应用中恒定磁场更容易产生，相比交流磁场产生的电磁干扰小，且恒定磁场本身与信号拾取单元相对静止，不会在动生巴克豪森噪声信号拾取单元中产生干扰信号，使动生巴克豪森噪声应力测量装置的测量精度更加可靠、精确。可以在铁磁性材料表面运动进行表面积延展较大的平面型板材的应力测量，也可以采用铁磁性材料从动生巴克豪森噪声应力测量装置中间穿过的形式对铁磁管材、线材、丝材进行在线应力测量。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明中U型电磁铁或永磁铁的装置结构示意图；

图3是本发明中长方体型电磁铁或永磁铁的装置结构示意图；

图4是本发明信号拾取单元拾取的背景噪声示意图；

图5是本发明信号拾取单元拾取的动生巴克豪森噪声示意图；

图6是本发明装置体测量结果与实际值对比图；

图7是本发明铁磁性材料的尺寸示意图；

图8是本发明中的磁化曲线图；

图中：100．装置体，1．恒定磁场发生单元，2．磁场导向单元，3．动生巴克豪森噪声信号拾取单元，4．动生巴克豪森噪声信号处理单元，5．探头，6．铁磁性材料。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。参见图1至图8。

一种动生巴克豪森噪声应力测量方法，包括如下步骤：

1）如图1中所示，将恒定磁场发生单元1置于铁磁性材料6表面（如图2和图3中所示），用于产生恒定磁场，磁场导向单元2的电磁铁或永磁铁设置恒定磁场的磁路，恒定磁场沿固定方向对铁磁性材料6进行磁化S100；

2）步骤1）中的恒定磁场与铁磁性材料6作相对运动S200，如图2和图3中所示的向右相对运动，进而在铁磁性材料6中诱发巴克豪森噪声S300；

3）步骤2）中巴克豪森噪声信号为恒定磁场与铁磁性材料6相对运动诱发的，为动生巴克豪森噪声，铁磁性材料采用Q235钢，尺寸如图7所示。采用线径为0.05mm、匝数为1000匝的接收线圈作为动生巴克豪森噪声信号拾取单元3，线圈位于U型电磁铁或永磁铁下方正中心，或位于长方体型电磁铁或永磁铁近距离摆放（如图2、图3所示），进而拾取动生巴克豪森噪声信号，图4和图5分别为发生相对运动前后接收线圈所拾取到的信号波形；恒定磁场取值设定为磁化过程中使得铁磁性材料6达到饱和磁化强度Ms时的磁场强度Hm（如图8所示）。

4）如图1中所示，接收线圈将拾取到的信号传输给动生巴克豪森噪声信号处理单元4进行放大、滤波等处理，最后传输给上位机采用动生巴克豪森噪声信号计算铁磁性材料6的应力S400。

根据上述测量步骤，提供的一种基于恒定磁场激励的动生巴克豪森噪声应力测量装置，其中：

恒定磁场发生单元1、磁场导向单元2、动生巴克豪森噪声信号拾取单元3以及动生巴克豪森噪声信号处理单元4组成基于恒定磁场激励的动生巴克豪森噪声应力测量方法的一体化装置100。其中，恒定磁场发生单元1由电磁铁、永磁铁组成，其产生的恒定磁场沿铁磁性材料6近表面对其进行磁化。磁场导向单元2用于设定特定的磁场路径，当恒定磁场发生单元1与铁磁性材料6发生相对运动时，铁磁性材料6中将会发生磁畴的翻转和磁畴壁的跳动，进而发生“巴克豪森跳跃”，产生动生巴克豪森噪声，由接收线圈组成的动生巴克豪森噪声信号拾取单元3拾取到动生巴克豪森噪声信号后，将其传输给动生巴克豪森噪声信号处理单元4，巴克豪森噪声信号处理单元4由滤波器和信号放大电路等组成，其中，滤波器采用有源滤波器，信号放大电路采用AD620模块，均用线性电源供电。最后进行一系列数据处理，并传输给上位机，计算出铁磁性材料6的应力数值。

恒定磁场发生单元1产生恒定磁场，包括但不局限于采用直流电磁铁产生恒定磁场或者采用永磁铁产生恒定磁场，电磁铁或永磁铁形状包括但不局限于U型或长方体型。

恒定磁场发生单元1、磁场导向单元2、动生巴克豪森噪声信号拾取单元3固定连接并封装为一个整体的探头5，动生巴克豪森噪声信号处理单元4通过电缆导线接收探头5内部的接收线圈拾取动生巴克豪森噪声信号。磁场导向单元2的相对磁导率远＞1。信号拾取单元3采用磁敏元件拾取动生巴克豪森噪声信号。

动生巴克豪森噪声应力测量一体化装置100与铁磁性材料6必须发生相对运动，相对运动形式包括但不局限于直线运动、曲线运动。

动生巴克豪森噪声应力测量一体化装置100与铁磁性材料6的相对位置包括但不局限于，动生巴克豪森噪声应力测量一体化装置100放置于铁磁性材料6表面或铁磁性材料6从动生巴克豪森噪声应力测量一体化装置100内部穿过。

本发明装置100已经在铁磁性材料6上测试了多组数据，经上位机计算出应力值并与预先设定好的实际应力值进行了对比（如图6所示），具有较高的测量精度和准确性，有效解决了铁磁性材料在高速运动的情况下应力测量的难题。