一种基于巴克豪森原理的材料磁特性与应力检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于巴克豪森噪声原理的材料磁特性及应力检测方法，包括：(1)通过巴克豪森噪声信号的包络线，进行铁磁性材料类磁滞回线的推算：(2)对所述的铁磁性材料类磁滞回线上应力检测特征值进行提取：包络面积、中心高度差、中心宽度、积分曲线面积；(3)使用所述的应力检测特征值进行铁磁性材料的磁特性和应力分析，进而得到材料磁特性和应力的检测值；(4)对所述的应力检测特征值进行评价，验证通过所述的磁特性和应力分析所得到的材料磁特性和应力检测值的准确性。本发明专利技术在检测中将巴克豪森噪声信号与磁滞回线进行关联，通过新特征值直接反映和测定材料的磁特性和实现应力的检测，进一步了提高应力检测的准确性。

Based on the Magnetic Barkhausen principle and detection method of stress

The invention discloses a Magnetic Barkhausen noise principle and detection method based on stress include: (1) through the envelope of Barkhausen noise signal, calculate the ferromagnetic materials: (2) the hysteresis loops of the ferromagnetic material class of the hysteresis loop on the stress detection characteristic value extraction: envelope area, center height, width and center integral curve area; (3) using the stress detection characteristic values of magnetic properties of ferromagnetic materials and stress analysis, then get the magnetic properties of the material and stress detection value; (4) the stress detection characteristic values the evaluation, verification by the magnetic properties and magnetic properties of materials should be obtained from the analysis of stress and stress measurement accuracy. The present invention in the detection of Barkhausen noise signal and hysteresis loop were correlated, and directly reflect the magnetic properties of materials and realize the determination of stress detection by the new characteristic value, further improve the accuracy of stress detection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铁磁性材料无损检测
，涉及一种基于巴克豪森原理的材料磁特性与应力检测方法。
技术介绍
铁磁性材料在机械特性方面具有良好的适应性，因此在铁路、运输、能源、建筑、航天、军事和化工等方面被作为关键材料，得到广泛的应用。然而，种类繁多的铁磁性材料，会由于不同的加工工艺、不同含碳量、金相结构和不同掺杂合金成分材料，使其机械物理和化学特性具有很大差异。而且，铁磁性材料在不同应用环境下，对载荷、疲劳、腐蚀、使用温度等条件的表现也会有很大差别。因此，需要通过对其磁特性的检测，获取材料微观结构信息，从而确定其载荷、疲劳以及腐蚀状态，获取材料寿命信息。另外，铁磁性材料在长期服役情况下，会形成缺陷，造成伤害事故，引发人员伤亡和较大的经济损失。缺陷的形成包含孵化期、初始裂纹产生和扩展期等部分。铁磁性材料在损伤的早期即孵化期，其表现通常是各种微观的应力集中等因素导致的微观结构组织的变化。铁磁性材料在使用过程中造成缺陷的因素包括：由承载过大导致的局部应力和应力集中，最终造成局部塑性变形，产生缺陷；长期使用导致的疲劳损伤；温度变化导致金属热胀冷缩，从而形成在材料内部积累的温度应力；焊接等加工工艺导致的内部残余应力分布；热处理参数如硬度、渗碳层深度、奥氏体和马氏体含量、晶粒尺寸等材料参数。因此，需要对材料内部残余应力分布和受力部位的应力集中进行监测，从而防止材料的局部塑性变形以及缺陷的产生。通过巴克豪森噪声方法进行应力检测，对材料的表面要求较低，无需对试件进行预处理，且检测速度快。但是，在现有技术中，采用巴克豪森噪声方法进行应力检测，还存在以下缺陷：1.由于巴克豪森噪声信号对材料的微观组织结构敏感，而且铁磁性材料的磁化机理和微观结构具有相当的复杂性，现无法通过巴克豪森噪声特征值直接反映材料的磁特性，也未将巴克豪森噪声信号与磁滞回线进行关联。2.常规使用的巴克豪森噪声特征值，如振铃数、峰宽比等，在用于进行应力分析和腐蚀时仍存在不足，无法反映铁磁性材料的磁特性信息，并且会导致检测结果不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于巴克豪森原理的材料磁特性与应力检测方法，在检测中将巴克豪森噪声信号与磁滞回线进行关联，通过巴克豪森噪声特征值直接反映和测定材料的磁特性；并且，提供新的新特征值实现应力的检测，进一步提高应力检测的准确性。为解决上述现有技术的技术问题，本专利技术采用如下技术方案。本专利技术的一种基于巴克豪森原理的材料磁特性与应力检测方法，通过巴克豪森噪声产生及采集系统获取巴克豪森噪声信号，其特征在于包括以下步骤：(1)通过巴克豪森噪声信号的包络线，进行铁磁性材料类磁滞回线的推算：所述的巴克豪森噪声信号包络线的获取过程为：对巴克豪森噪声信号进行滤波、截取、分组排序、平滑滤波得到；然后进行激励等间隔抽样，对激励信号多周期平均后拾取到的巴克豪森噪声信号进行包络积分，从而得到积分曲线，其中的上、下半周期信号分别对应一条积分曲线，两条积分曲线组合即为类磁滞回线；(2)对所述的铁磁性材料类磁滞回线上应力检测特征值进行提取；所述的应力检测特征值包括：包络线面积、中心高度差、中心宽度、面积；所述的包络线面积是指积分曲线上最后一点的积分值；所述的中心高度差指激励电压为0时两个积分曲线的高度差；所述的中心宽度指积分曲线上值达到包络面积一半处的两点的电压差；所述的面积指闭合积分曲线间面积；(3)使用所述的应力检测特征值进行铁磁性材料的磁特性和应力分析，进而得到材料磁特性和应力的检测值；(4)对所述的应力检测特征值进行评价，验证通过所述的磁特性和应力分析所得到的材料磁特性和应力检测值的准确性。进一步的，在所述步骤(1)中，所述的铁磁性材料类磁滞回线的推算过程为：对所述的巴克豪森噪声信号包络线进行多周期平均后，以0为初值、激励幅值为自变量，对包络电压进行累计梯形积分，进而得到闭合的铁磁性材料类磁滞回线。进一步的，在所述步骤(3)的磁特性和应力分析中，使用激励电压为0时两积分曲线的中心高度差反映所述的类磁滞回线上剩余磁感应强度的2倍。进一步的，在所述步骤(3)的磁特性和应力分析中，使用积分曲线上值达到包络面积一半处的两点的电压差反映磁滞回线上矫顽力的2倍。进一步的，在所述步骤(3)的磁特性和应力分析中，使用闭合积分曲线围成的面积反映磁滞回线上的磁滞损耗。进一步的，所述步骤(4)具体过程为：(4-1)在相同的激励及应力测量条件下，对巴克豪森噪声信号进行多次数据采集，计算各特征值的均值、以及多次采集数据的标准差；所述的均值和标准差指，相同的测量条件下，多次数据采集获取的特征值的均值与标准差；所述的相同测量条件包络激励频率、激励幅值、外加应力、采样频率；(4-2)在应力从0MPa变化到最大时，求出所述各特征值多次测量平均值的变化量、及其最大标准差；所述的平均值变化量指，在应力的变化范围内，各特征值多次采集均值的变化量；所述的最大标准差，指多个外加应力条件下，各特征值最大的标准差；(4-3)用所述的最大标准差与平均值变化量的比值评价数据的波动性对应力分析的准确程度的影响。本专利技术与现有技术相比，包括以下优点和有益效果：1、本专利技术通过巴克豪森噪声信号实现了类磁滞回线的推算，简化磁滞回线的检测系统，通过数字积分的方式取代原有的积分电路。2、本专利技术通过巴克豪森噪声检测系统进行类磁滞回线推算，检测探头可以自由移动，可获取试件局部信息，且消除磁滞回线测量对被检测试件形状的限制，如在现有技术中被测件需是环形。3、本专利技术实现类磁滞回线上新特征值的提取，通过新特征值实现应力的检测。4、本专利技术实现材料磁特性的评价，通过中心高度差反映材料的剩余磁感应强度，通过中心宽度反映材料的矫顽力。5、本专利技术提供的特征值评价方法，通过均值变化量反映各特征值随应力的变化范围，通过最大标准差则反映数据测量的准确程度。可以通过两者比值衡量数据的波动性对应力分析的准确程度的影响。附图说明图1是本专利技术的一种实施例的方法流程图图2是本专利技术的一种实施例的原始数据和积分效果图。其中，图2a、2b分别是巴克豪森噪声(MBN)信号包络图、积分曲线。图3是本专利技术的一种实施例的磁滞回线上新特征值示意图。其中，图3a是包络面积Ea：积分曲线上最后一点的积分值，用该值反映巴克豪森噪声信号包络线的面积；图3b是中心高度差Hdc：激励电压为0时两积分曲线的高度差，对应于磁滞回线上剩余磁感应强度Br的2倍；图3c是中心宽度Wc：积分曲线上值达到Ea/2处的两点的电压差，对应于磁滞回线上矫顽力Hc的2倍；图3d是面积Ia：闭合曲线围成的面积，对应于磁滞回线上的磁滞损耗。图4是本专利技术的一种实施例的磁滞回线示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术的一种实施例的方法流程图。如图1所示，通过巴克豪森噪声产生及采集系统获取巴克豪森噪声信号，本方法包括以下步骤：(1)通过巴克豪森噪声信号的包络线，进行铁磁性材料类磁滞回线的推算：所述的巴克豪森噪声信号包络线的获取过程为：对巴克豪森噪声信号进行滤波、截取、分组排序、平滑滤波得到；然后进行激励等间隔抽样，对激励信号多周期平均后拾取到的巴克豪森噪声信号进行包络积分，从而得到积分曲线，其中的上、下半周期信号分别对应一条积分曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于巴克豪森原理的材料磁特性与应力检测方法，通过巴克豪森噪声产生及采集系统获取巴克豪森噪声信号，其特征在于包括以下步骤：(1)通过巴克豪森噪声信号的包络线，进行铁磁性材料类磁滞回线的推算：所述的巴克豪森噪声信号包络线的获取过程为：对巴克豪森噪声信号进行滤波、截取、分组排序、平滑滤波得到；然后进行激励等间隔抽样，对激励信号多周期平均后拾取到的巴克豪森噪声信号进行包络积分，从而得到积分曲线，其中的上、下半周期信号分别对应一条积分曲线，两条积分曲线组合即为类磁滞回线；(2)对所述的铁磁性材料类磁滞回线上应力检测特征值进行提取；所述的应力检测特征值包括：包络线面积、中心高度差、中心宽度、面积；所述的包络线面积是指积分曲线上最后一点的积分值；所述的中心高度差指激励电压为0时两个积分曲线的高度差；所述的中心宽度指积分曲线上值达到包络面积一半处的两点的电压差；所述的面积指闭合积分曲线间面积；(3)使用所述的应力检测特征值进行铁磁性材料的磁特性和应力分析，进而得到材料磁特性和应力的检测值；(4)对所述的应力检测特征值进行评价，验证通过所述的磁特性和应力分析所得到的材料磁特性和应力检测值的准确性。

【技术特征摘要】
1.一种基于巴克豪森原理的材料磁特性与应力检测方法，通过巴克豪森噪声产生及采集系统获取巴克豪森噪声信号，其特征在于包括以下步骤：(1)通过巴克豪森噪声信号的包络线，进行铁磁性材料类磁滞回线的推算：所述的巴克豪森噪声信号包络线的获取过程为：对巴克豪森噪声信号进行滤波、截取、分组排序、平滑滤波得到；然后进行激励等间隔抽样，对激励信号多周期平均后拾取到的巴克豪森噪声信号进行包络积分，从而得到积分曲线，其中的上、下半周期信号分别对应一条积分曲线，两条积分曲线组合即为类磁滞回线；(2)对所述的铁磁性材料类磁滞回线上应力检测特征值进行提取；所述的应力检测特征值包括：包络线面积、中心高度差、中心宽度、面积；所述的包络线面积是指积分曲线上最后一点的积分值；所述的中心高度差指激励电压为0时两个积分曲线的高度差；所述的中心宽度指积分曲线上值达到包络面积一半处的两点的电压差；所述的面积指闭合积分曲线间面积；(3)使用所述的应力检测特征值进行铁磁性材料的磁特性和应力分析，进而得到材料磁特性和应力的检测值；(4)对所述的应力检测特征值进行评价，验证通过所述的磁特性和应力分析所得到的材料磁特性和应力检测值的准确性。2.根据权利要求1所述的一种基于巴克豪森原理的材料磁特性与应力检测方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述的铁磁性材料类磁滞回线的推算过程为：对所述的巴克豪森噪声信号包络线进行多周期平均后，以0为初值、激励幅值为自变量，对包络电压进行累计梯形积分，进而得到闭合的铁磁性材料类磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，顾舒娅，徐维磊，李梦迪，高铭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32