[发明专利]基于正交分析的表面切向磁场高精度测量系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于正交分析的表面切向磁场高精度测量系统及方法，系统包括上位机、任意函数发生器、双极性功率放大器、多通道数据采集卡和微磁检测传感器，所述微磁检测传感器进一步包括磁路调整装置，所述磁路调整装置为一对关于“U”形磁芯的中线相互对称且垂直于微磁检测传感器的测量面的硅钢片，位于“U”形磁芯的两极靴之间；所述磁路调整装置的两片硅钢片的板高A、间距B、厚度C和提离距离D的尺寸通过正交实验法确定，由此提高材料表面切向磁场的测量精度，为磁特征信号的准确提取提供了借鉴。

技术领域

本发明属于电磁无损检测技术领域，涉及一种基于正交实验分析法,结合线性外推原理,对磁路调整装置进行优化设计的铁磁性材料表面切向磁场高精度测量系统及方法。

背景技术

微磁检测技术作为评估材料缺陷损伤、力学性能等的重要无损检测技术之一，其基本原理为对试件进行磁化处理后提取磁特征信号，来间接反映材料状态。切向磁场强度作为多种磁特征信号(磁滞回线、增量磁导率等)的解析标度，其测量精度直接影响微磁检测结果的准确性。

确定铁磁性试件表面的切向磁场是一个非常困难的问题，目前存在两种基本方法，一是通过测量励磁电流计算磁场强度，得到励磁源的磁场总输出，此方法适用于封闭的环状试件，而对于板状试样计算值要远大于试件表面磁场强度真实值；二是将磁敏元件放置在试件表面进行测量，但磁敏感区域与试件表面存在一定距离，且易受到磁场梯度变化影响，故此种方法测量值和真实值仍存在较大偏差。线形外推法可以通过测量不同提离处的切向磁场强度反推试件表面磁场强度,但受限于被检区域磁场空间梯度变化大以及线性度低的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种基于正交分析的表面切向磁场高精度测量系统，用于提高微磁检测中磁特征信号的准确性。

本发明的另一个目的是提供一种基于正交分析的表面切向磁场高精度测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种铁磁性材料表面切向磁场高精度测量系统，包括上位机1、任意函数发生器2、双极性功率放大器3、多通道数据采集卡12和微磁检测传感器7，微磁检测传感器7包括“U”形磁芯5、缠绕在“U”形磁芯5上的激励线圈4和多个由上至下等间距地设置在“U”形磁芯5中线上的霍尔元件。

所述微磁检测传感器7进一步包括磁路调整装置6，所述磁路调整装置6为一对关于“U”形磁芯5的中线相互对称且垂直于微磁检测传感器7的测量面的硅钢片，位于“U”形磁芯5的两极靴之间。

所述磁路调整装置6的两片硅钢片的板高A、间距B、厚度C和提离距离D的尺寸通过正交实验法确定，具体包括如下步骤。

步骤1、采用多物理场耦合有限元仿真软件，分别设置“U”形磁芯5的电导率、相对介电常数和相对磁导率，磁路调整装置6的电导率、相对介电常数、相对磁导率，以及待测试件8的长、厚、电导率、相对介电常数和相对磁导率，采用自适应算法，对激励线圈4、待测试件8、“U”形磁芯5、磁路调整装置6和背景区域进行自由三角网格划分，并对“U”形磁芯5内跨距间的空气区域进行精密网格划分，计算得到的空间磁场分布。