[发明专利]一种基于特征磁导率的应力集中和疲劳损伤检测仪

说明书

技术领域

   本发明涉及一种检测仪，尤其涉及一种基于特征磁导率的应力集中和疲劳损伤检测仪。

背景技术

众所周知，金属材料大量作为受力构件使用，广泛应用于航空航天、电力、铁路、压力容器等行业。构件使用过程中在应力、疲劳载荷、内部工作介质或外部工作环境的作用下，易在开槽处、疏松区域、缺陷空洞位错集中区、应力集中区、焊缝及其热影响区域产生应力腐蚀开裂或疲劳断裂等现象，造成重大恶性事故，给国家和人民造成巨大灾难。因此在对构件进行无损检测时能快速、方便、准确地预先检测出应力集中和疲劳损伤的严重区域，对于预防构件的断裂故障和防止重大灾难事故的发生具有重要意义。目前对铁磁试件进行早期检测和评价的方法有金属磁记忆检测法、巴克豪森效应检测法和声发射检测法，但检测技术和效果都存在各自的局限性，都还不成熟，有待于深入研究和完善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于特征磁导率的应力集中和疲劳损伤检测仪。该检测仪器不仅可以检测试件的应力集中程度和疲劳损伤状况，还可以检测铁磁材料的马氏体奥氏体相变、检测铁素体珠光体碳素体相变、检测位错缺陷密度变化、检测力学韧性和力学脆性的转变、检测晶粒晶界的变化等。

本发明是这样来实现的，它包括激励线圈、检测线圈、功率放大电路、低噪声信号放大电路、自适应带通滤波电路、自动增益控制电路、数据采集模数转换电路、DSP控制与信号模块、HPI电路、ARM模块、显示模块电路。其特征是激励线圈与功率放大电路相连，检测线圈与低噪声信号放大电路相连，低噪声信号放大电路与自适应带通滤波电路相连，自适应带通滤波电路与自动增益控制电路相连，自动增益控制电路与数据采集模数转换电路相连，DSP控制与信号模块分别连接功率放大电路、低噪声信号放大电路、自适应带通滤波电路、自动增益控制电路、数据采集模数转换电路， DSP控制与信号模块通过HPI电路总线接口连接ARM模块， ARM模块连接显示模块电路。

    该仪器检测原理是：应力集中和疲劳损伤引起铁磁试件微观结构的变化，晶格点阵位移及缺陷位错导致微分磁导率发生变化，通过测定特征磁导率的变化推断反演铁磁构件的应力集中和疲劳损伤程度。铁磁材料技术磁化过程与微观结构参量的变化有关；低场的技术磁化过程反映微观结构参量的变化具有更高的检测灵敏度；低场磁化的微分磁导率是磁场强度的函数，同时也是最大磁场强度的函数；检测具体的微观结构量的变化，将依据与具体的磁场强度和最大磁场强度对应的特征微分磁化率。

本发明的技术特征是: 金属磁导率检测法可以检测金属构件的应力集中区域和疲劳损伤程度；可以检测构件力学韧性和力学脆性的转变状况；可以检测铁磁材料奥氏体与马氏体、铁素体与珠光体的相变过程与状况；可以检测铁磁材料缺陷和位错密度；可以检测晶粒、晶界等变化状况。该检测方法在于利用最大的微分磁导率来检测铁磁试件对应的微观结构特征量的变化，与利用普通磁参量检测铁磁试件的微观变化相比，极大提高了检测灵敏度。

本发明的技术特点是：1）检测精度高：仪器中只有信号调理电路采用模拟电路实现外，其余均为数字电路进行数字信号处理和控制，激励信号由DSP编程实现或结合DDS编程实现；2）高集成和双核心：采用嵌入式仪器设计思路，使用ARM控制加DSP运算的双核心模式，利用ARM优秀的管理和控制能力，结合DSP高性能的数字运算能力，进一步提高仪器的集成化程度，实现了缺陷信息的图像显示和声光报警，无需借助PC机，能够接受键盘输入，而且缺陷信号数据可进行外部存储，便于缺陷的定量分析；3)使用简单方便：检测仪器的尺寸小巧，检测过程脱离对PC机的依赖，可独立完成检测信号的显示和数据存储，便于携带和各种室外检测作业。

附图说明

图1 为本发明的原理方框图。

图2为本发明的磁轭、激励线圈、检测线圈结构分布图。

图3为本发明的激励信号波形图。

在图中，1、激励线圈 2、功率放大器 3、检测线圈 4、低噪声信号放大电路        5、自适应带通滤波电路  6、自动增益控制电路  7、数据采集模数转换电路   8、DSP控制与信号模块  9、HPI电路   10、ARM模块   11、显示模块电路   12、磁轭    13、待测试件。

具体实施方式