CN101071122A - 基于漏磁测量来确定应力的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
基于漏磁测量来确定应力的方法及其装置属于无损检测技术领域。目前常用的X－Ray检测、磁粉检测、超声检测等无损检测技术手段均不仅要求被测样停止工作，而且只能发现被测样已存在的缺陷，对将要发生缺陷的部位无法预测。本发明技术方案：检测被地磁场磁化的被测样表面漏磁场，或者检测被测样在周围空间的漏磁场，将测量结果与预先建立的标样漏磁场数据库中的标准数据进行比对和计算，从而得出被测样的应力。本发明可以发现被测样已存在的缺陷，对将要发生缺陷的部位预测。
Description
技术领域
一种通过测量被测样漏磁场来检测应力的方法及其装置，属于无损检测技术领域。
背景技术
目前常用的X-Ray检测、磁粉检测、超声检测等无损检测技术手段均不仅要求被测样停止工作，而且只能发现被测样已存在的缺陷，对将要发生缺陷的部位无法预测。
发明内容
本发明的目的提出基于漏磁测量来确定应力的方法及其装置，可以通过确定应力发现被测样已存在的缺陷，对将要发生缺陷的部位进行预测。
1.一种基于漏磁测量来确定应力的方法，其特征在于：检测被地磁场磁化的被测样表面漏磁场，或者检测被测样在周围空间的漏磁场，将测量结果与预先建立的标样漏磁场数据库中的标准数据进行比对和计算，从而得出被测样的应力；
其中用如下方法建立标样漏磁场数据库：
1)制作与被测样同种材料、同形状截面标样；
2)测量并记录试验环境磁场，计算环境磁场平均值；测量并记录地磁场；
3)试验环境保持恒温，设置并记录试验环境温度；
4)把标样安装在加载试验设备的试验台架上，初始不对标样加载；
5)测量并记录标样表面漏磁场，直到整个表面各个点测量完毕；
(测量点的选取一方面要反应标样表面几何特征，另一方面相邻测量点的间隙要足够小，以便能完整记录漏磁场在标样表面的变化特征)；
6)在沿标样表面法线向外、与标样表面平行的某一空间平面内，测量并记录标样在该空间平面的漏磁场；
(测量点的选取一方面要反应该空间平面几何特征，另一方面相邻测量点的间隙要足够小，以便能完整记录漏磁场在该空间平面的变化特征)；
7)在沿标样表面法线向外、与标样表面平行的空间平面内重复步骤6)，直到该空间平面内所有点的漏磁场值与环境磁场平均值一致；
一致的判断原则为该空间平面内所有点的漏磁场值与环境磁场平均值之差不大于某一个常数；空间平面的选取原则为平面距离要足够小，以便能完整记录标样在周围空间整个漏磁场的变化特征；
8)操作试验设备对标样加载至某一值，重复步骤5)、6)、7)测量并记录标样在该载荷下的表面漏磁场和空间漏磁场；同时测量并记录标样的应力；
9)加大标样的载荷，重复步骤8)直到标样被破坏；这样得到一定地磁场、一定温度下的漏磁场-应力关系数据；
10)改变温度重复步骤3)～9)，得到该标样一定地磁场下的漏磁场-应力-温度关系数据；
11)监测地磁场，在不同地磁场值时重复2)～9)，获得该标样的漏磁场-应力-温度-地磁场关系数据，将所得数据进行消噪处理，得到该标样的漏磁场-应力-温度-地磁场关系数据，从而建立标样漏磁场数据库；
这里所指消噪处理所采用的方法可以是如小波分析等数字信号处理中常用消噪方法；
其中对被测样的应力测量方法如下：
记录被测样地点环境温度，测量并记录地磁场数据，在被测样表面或与表面平行的某一空间平面内测量漏磁场；对所得的被测样漏磁场数据进行消噪处理、几何修正，将修正后的数据与标样的漏磁场-应力-温度-地磁场数据相对比计算，从而得出被测样的应力。所述的几何修正为乘以被测样与标样的面积之比。
这里所指的计算是指插值、拟合等计算。
所述方法中建立标样漏磁场数据库时，其中的地磁环境可由地磁模拟装置模拟产生。
一种基于漏磁测量来确定应力的装置，其特征在于：磁敏传感器阵列1测量被测样的漏磁场，然后把漏磁场数据信号传给锁相放大器9，锁相放大器9对信号进行调制、放大、鉴相、解调得到放大、消噪的漏磁场数据，把此数据传给CPU10；CPU10从存储器11或通过外存储器接口14从外存储器读取用户通过键盘12指定的标样漏磁场数据，通过比较采集到的被测样漏数据和标样漏磁场数据，计算出被测样的应力。
基于漏磁测量来确定应力的装置，其特征在于：将磁敏传感器阵列1固定在托架2上；驱动器8驱动电机4，电机4通过皮带7带动托架2在导轨3上按CPU10的运动指令运动，编码器5和电机4的轴同步转动，同时把位置数据反馈给CPU10。
再把用户通过键盘12指定的需要显示的数据送到示波器13显示。通过与CPU10相连的上位机接口15，运动和采集命令可由上位机发布，漏磁场数据也可传到上位机处理。
附图说明
图1漏磁应力检测仪示意图
具体实施方式
下面详细说明本发明的较佳实施例。
图1是磁敏传感器阵列安装在导轨上的漏磁应力检测仪示意图。
导轨3安装在地板17表面上。驱动器8驱动电机4，电机4通过皮带7带动托架2在导轨3上按CPU10的运动指令运动，磁敏传感器阵列1固定在托架2上。编码器5和电机4的轴同步转动，同时把位置数据反馈给CPU10。磁敏传感器阵列1测量被测样的漏磁场，然后把漏磁场数据信号传给锁相放大器9，锁相放大器9对信号进行调制、放大、鉴相、解调得到放大、消噪的漏磁场数据，把此数据传给CPU10。CPU10从存储器11或通过外存储器接口14从外存储器读取用户通过键盘12指定的标样漏磁场数据，通过比较采集到的被测样漏数据和标样漏磁场数据，计算出被测样的应力。再把用户通过键盘12指定的需要显示的数据送到示波器13显示。通过与上位机接口15，运动和采集命令可由上位机发布，漏磁场数据也可传到上位机处理。
如果需要两台或多台同步工作，把两台或多台漏磁应力检测仪的扩展接口16互联起来，其中任何一台都可以发布运动和采集命令给其他互联的漏磁应力检测仪，这样就可以实现多台漏磁应力检测仪协同工作。
首先建立标样漏磁场数据库。
制作45#钢材质、工字型截面、长50厘米的标样，表面均匀划分网格。把标样固定在WDW-100电子万能材料试验机上。保持试验环境恒温20℃，测量地磁场为0.5mT，环境磁场平均值为0.3mT。
WDW-100电子万能材料试验机对标样加载为零时。用Lakeshore 475高斯计在标样表面每个格点处测量并记录漏磁场；在平行标样表面、距离为2mm的空间平面内用同样的方法划分网格，测量并记录每个格点处的漏磁场；在平行标样表面、距离为4mm的空间平面内用同样的方法划分网格，测量并记录每个格点处的漏磁场；依此类推直到平面内所有各点的磁场值与环境磁场平均值为0.3mT之差均小于0.003mT。所测结果见表1。
表1
| 10cm | 20cm | 30cm | 40cm | 50cm | |
| 标样表面处磁场Gs | 1.111 | 1.112 | 1.111 | 1.113 | 1.111 |
| 2mm空间平面处磁场Gs | 0.510 | 0.511 | 0.509 | 0.510 | 0.512 |
| 4mm空间平面处磁场Gs | 0.300 | 0.297 | 0.298 | 0.299 | 0.298 |
| 应力Mpa | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
通过WDW-100电子万能材料试验机给样品加载10KN。用Lakeshore 475高斯计在标样表面每个格点处测量并记录漏磁场。用RS-100残余应变测定仪测量并记录标样每个格点所在截面的内部应力；在平行标样表面、距离为2mm的空间平面内用同样的方法划分网格，测量并记录每个格点处的漏磁场；在平行标样表面、距离为4mm的空间平面内用同样的方法划分网格，测量并记录每个格点处的漏磁场；依此类推直到平面内所有各点的磁场值与环境磁场平均值为0.3mT之差均小于0.003mT。
表2 10KN时的漏磁场
| 10cm | 20cm | 30cm | 40cm | 50cm | |
| 标样表面处磁场Gs | 1.321 | 1.322 | 1.365 | 1.456 | 1.322 |
| 2mm空间平面处磁场Gs | 1.111 | 1.112 | 1.111 | 1.113 | 1.111 |
| 4mm空间平面处磁场Gs | 0.510 | 0.511 | 0.509 | 0.510 | 0.512 |
| 6mm空间平面处磁场Gs | 0.300 | 0.297 | 0.298 | 0.299 | 0.298 |
| 应力MPa | 20.356 | 20.360 | 20.987 | 21.632 | 20.359 |
通过WDW-100电子万能材料试验机依次增大样品载荷并重复上述过程直到标样被破坏，得到该标样20℃、0.5mT下的漏磁场-应力数据。
在-50℃～+100℃温区内每间隔5℃重复上述过程，得到该标样0.5mT下的漏磁场-应力-温度数据。
地磁场变化区间0.1～0.9mT范围内，每隔0.1mT重复上述过程，可以得到漏磁场-应力-温度-地磁场数据。
其次，对被测样表面磁场进行采集。
某裸露钢结构材质为45#钢、工字型截面、截面面积与标样截面大小相等，此时环境温度为20℃、被测样所在处地磁场0.5mT，测量得到被测样的表面漏磁场数据见表3。
表3
| 20cm | 40cm | 60cm | 80cm | 100cm | |
| 被测样表面处磁场Gs | 1.321 | 1.456 | 1.322 | 1.322 | 1.322 |
那么几何修正因子截面大小相等为1，通过与表2比较可知被测样各处应力为表4。
表4
| 20cm | 40cm | 60cm | 80cm | 100cm | |
| 被测样表面处磁场Gs | 1.321 | 1.456 | 1.322 | 1.322 | 1.322 |
| 应力MPa | 20.356 | 21.632 | 20.360 | 20.360 | 20.360 |
Claims (4)
1.一种基于漏磁测量来确定应力的方法，其特征在于：检测被地磁场磁化的被测样表面漏磁场，或者检测被测样在周围空间的漏磁场，将测量结果与预先建立的标样漏磁场数据库中的标准数据进行比对和计算，从而得出被测样的应力；
其中用如下方法建立标样漏磁场数据库：
1)制作与被测样同种材料、同形状截面标样；
2)测量并记录试验环境磁场，计算环境磁场平均值；测量并记录地磁场；
3)试验环境保持恒温，设置并记录试验环境温度；
4)把标样安装在加载试验设备的试验台架上，初始不对标样加载；
5)测量并记录标样表面漏磁场，直到整个表面各个点测量完毕；
6)在沿标样表面法线向外、与标样表面平行的某一空间平面内，测量并记录标样在该空间平面的漏磁场；
7)在沿标样表面法线向外、与标样表面平行的空间平面内重复步骤6)，直到该空间平面内所有点的漏磁场值与环境磁场平均值一致；
8)操作试验设备对标样加载至某一值，重复步骤5)、6)、7)测量并记录标样在该载荷下的表面漏磁场和空间漏磁场；同时测量并记录标样的应力；
9)加大标样的载荷，重复步骤8)直到标样被破坏；这样得到一定地磁场、一定温度下的漏磁场-应力关系数据；
10)改变温度重复步骤3)～9)，得到该标样一定地磁场下的漏磁场-应力-温度关系数据；
11)监测地磁场，在不同地磁场值时重复2)～9)，获得该标样的漏磁场-应力-温度-地磁场关系数据，将所得数据进行消噪处理，得到该标样的漏磁场-应力-温度-地磁场关系数据，从而建立标样漏磁场数据库；
其中对被测样的应力测量方法如下：
记录被测样地点环境温度，测量并记录地磁场数据，在被测样表面或与表面平行的某一空间平面内测量漏磁场；对所得的被测样漏磁场数据进行消噪处理、几何修正，将修正后的数据与标样的漏磁场-应力-温度-地磁场数据相对比计算，从而得出被测样的应力；所述的几何修正为乘以被测样与标样的面积之比。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：建立标样漏磁场数据库时，其中的地磁环境由地磁模拟装置模拟产生。
3、根据权利要求1所述的方法所用装置，其特征在于：磁敏传感器阵列(1)测量被测样的漏磁场，然后把漏磁场数据信号传给锁相放大器(9)，锁相放大器(9)对信号进行调制、放大、鉴相、解调得到放大、消噪的漏磁场数据，把此数据传给CPU(10)；CPU(10)从存储器(11)或通过外存储器接口(14)从外存储器读取用户通过键盘(12)指定的标样漏磁场数据，CPU(10)通过比较采集到的被测样漏数据和标样漏磁场数据，计算出被测样的应力。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于：还可以将磁敏传感器阵列(1)固定在托架(2)上；驱动器(8)驱动电机(4)，电机(4)通过皮带(7)带动托架(2)在导轨(3)上按CPU(10)的运动指令运动，编码器(5)和电机(4)的轴同步转动，编码器(5)同时把位置数据反馈给CPU(10)。
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