CN105547124B - 基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，包括磁屏蔽间、龙门式测量架、磁性标记、第一测量***和第二测量***，其中：龙门式测量架设置在磁屏蔽间内，其内放置有装载了被测物体的顺磁箱；磁性标记固定在被测物体离顺磁箱内表面最近的部位，并沿着被测物体可能发生位移的方向磁化；第一测量***用于记录被测物体放置前后以及被测物体发生位移后的磁场变化；第二测量***用于第一测量***在记录磁场变化的同时进行相应的一维坐标标定。本发明可对顺磁金属或非金属箱内物体的位移进行无损检测，拥有着较高的检测深度和较低的误差，并且对材料无损，对人体健康毫无任何危害，因此，其适于推广应用。

Description

基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及的是一种基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置及其测量方法。

背景技术

在无损检测领域中，箱内物体的检测是常见的应用场合，例如对箱体封装的产品内零部件发生相对位移、错位的检测，特别是当箱体不能轻易拆开或者拆开会对产品造成损坏的时候，这种无损检测非常有必要。

目前，对箱内物体的检测方法一般采用X射线成像或γ射线检测技术，其中，X射线成像技术普遍应用在安检领域及医学领域，前者更关注箱内物体的形状、结构等信息，后者更关注人体器官、组织的图像及病理，但X射线对金属箱体的穿透能力较弱，对箱内物体微小位移的测量更是罕见。而γ射线对人体健康危害较大，因而更多用于材料探伤，但严格来说，γ射线对材料是有微损的。此外，虽然γ射线对缺陷的定性测量能力较强，但同样难以定量测量物体的微小位移。

因此，有必要提供一种对金属穿透能力深、无损、且对人体健康无危害的箱内物***移、错位的检测技术。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置及其测量方法，可对顺磁金属或非金属箱内物体的位移进行无损检测，拥有着较高的检测深度和较低的误差。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，包括磁屏蔽间、龙门式测量架、磁性标记、第一测量***和第二测量***，其中：

龙门式测量架，设置在磁屏蔽间内，其内放置有装载了被测物体的顺磁箱；

磁性标记，固定在被测物体离顺磁箱内表面最近的部位，并沿着被测物体可能发生位移的方向磁化；

第一测量***，位于磁性标记正上方，并靠近顺磁箱外表面，用于记录被测物体放置前后以及被测物体发生位移后的磁场变化；

第二测量***，同时与龙门式测量架和第一测量***连接，用于第一测量***在记录磁场变化的同时进行相应的一维坐标标定。

优选地，所述磁性标记为钕铁硼磁粉。

具体地说，所述第一测量***包括位于磁性标记正上方、且靠近顺磁箱外表面的磁通门磁强计探头，一端与该磁通门磁强计探头连接、另一端与第二测量***连接的探头夹，以及通过信号线与该磁通门磁强头连接的磁通门磁强计数字显示器；所述磁通门磁强计探头的方向平行于磁性标记的磁极方向。

具体地说，所述第二测量***包括固定在龙门式测量架内、且与顺磁箱内被测物体移动方向平行的光栅尺，滑动连接在该光栅尺上、且与探头夹另一端连接的位移传感器，以及通过信号线与该位移传感器连接的光栅尺数字显示器。

进一步地，所述探头夹长度为5cm～10cm。

优选地，所述磁屏蔽间为双层坡莫合金磁屏蔽间。

再进一步地，所述的光栅尺、位移传感器、探头夹和磁通门磁强计探头各自的外部均包裹有由顺磁性材料制成的磁屏蔽层。

基于上述装置的结构，本发明还提供了该测量装置的测量方法，包括以下步骤：

(1)利用磁通门磁强计探头沿光栅尺量程测量顺磁箱内放置被测物体前各个点的磁场，然后记录和绘制出磁场空间分布曲线，并将其记为背景磁场；

(2)继续利用磁通门磁强计探头沿光栅尺量程测量顺磁箱内放置被测物体后各个点的磁场，然后各自减去步骤(1)中相同坐标点的背景磁场，再绘制出磁场空间分布曲线，得到被测物体发生位移前的样品磁场；

(3)根据步骤(2)绘制的曲线，将磁通门磁强计探头移动到曲线斜率最大的位置，然后记录该点的坐标值及相应的样品磁场；

(4)被测物体发生位移后，磁通门磁强计探头位置不变，测量出该点此时的磁场，然后再次减去相同坐标点的背景磁场，得到位移后该点的样品磁场；

(5)根据步骤(4)所得到的样品磁场，在步骤(2)绘制的曲线中找到对应的坐标值，然后将该坐标值减去步骤(3)中记录的坐标值，即可得到被测物体的位移量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过设置磁屏蔽间、龙门式测量架、第一测量***、第二测量***和磁性标记，并将顺磁箱放在磁通门磁强计探头下方，探头与箱体外表面尽量接近，被测物体可能发生位移的方向平行于光栅尺。如此一来，在被测物体发生位移后，磁通门磁强计探头可测得磁场的变化，从而根据磁粉磁场的空间分布规律及背景磁场可以测得物体的位移。本发明具备了同时对顺磁金属箱与非金属箱内物***移的检测能力，本发明利用静磁场在顺磁性材料内穿透深度大的特点进行位移检测，可以克服X射线难以穿透金属的缺点。

(2)本发明对物体的检测深度非常大，经试验表明，其可以达到约50mm，这是因为静磁场在顺磁性材料内不会产生涡流而造成衰减，只存在磁偶极子磁场随距离的负三次方衰减。

(3)本发明的位移测量精度高，其利用最小测量值0.01毫高斯的磁通门磁强计和30mm³钕铁硼磁粉，在顺磁箱厚度为17mm时，对1mm以内的微小位移的测量误差可达0.02mm，而目前X射线成像技术对同等厚度的顺磁金属箱内物***移的测量难以达到这个精度。

(4)本发明的测量方法不仅对材料无损，而且对人体健康毫无任何危害，这是因为本发明在使用的过程中不产生任何的电离辐射，且测量的磁场大小也只有毫高斯量级，是很弱的磁场，因此对被测材料和生物均无影响。

(5)本发明测量方式灵活、测量精度高、检测深度大，很好地弥补了无损检测领域对物体微小位移及错位测量的空白，因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

图1为本发明测量装置的结构示意图。

图2为图1中A处的放大示意图。

图3为本发明中背景磁场的曲线示意图。

图4为图3中增加了被测物体发生位移前、后的样品磁场的曲线示意图。

图5为采用本发明测得的被测物***移值与实测值的对比示意图。

图6为本发明测得的0.2mm至1.6mm之间的微小位移值与实测值的对比示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-磁屏蔽间，2-龙门式测量架，3-光栅尺，4-位移传感器，5-探头夹，6-磁通门磁强计探头，7-光栅尺数字显示器，8-磁通门磁强计数字显示器，9-磁性标记，10-顺磁箱，11-被测物体。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1、2所示，本发明提供了一种位移测量装置，可应用于无损检测方面，该装置包括磁屏蔽间1、龙门式测量架2、磁性标记9、第一测量***和第二测量***。

所述的磁屏蔽间1采用双层坡莫合金磁屏蔽间(例如双层1.5mm坡莫合金磁屏蔽间)，其在0.5高斯的地磁场环境下可将地磁场屏蔽至10毫高斯以下。所述的龙门式测量架2设置在磁屏蔽间1内，其内放置有装载了被测物体11的顺磁箱10。本实施例中，龙门式测量架2由4040铝型材及铝质连接件、铜质紧定螺丝搭建而成。

所述的磁性标记9固定在被测物体离顺磁箱内表面最近的部位，并沿着被测物体可能发生位移的方向磁化。本实施例中，该磁性标记9为钕铁硼磁粉，而需要说明的是，顺磁箱10内不能有强于钕铁硼磁粉的磁场源，以免发生干扰。

所述第一测量***用于记录被测物体11放置前后以及被测物***移后的磁场变化，其包括位于磁性标记9正上方、且靠近顺磁箱外表面的磁通门磁强计探头6，一端与该磁通门磁强计探头6连接的探头夹5，以及通过信号线与该磁通门磁强计探头6连接、且位于磁屏蔽间1外部的磁通门磁强计数字显示器8；所述磁通门磁强计探头6的方向平行于磁性标记9的磁极方向。而所述的第一测量***则用于第一测量***在记录磁场变化的同时进行相应的一维坐标标定，其包括固定在龙门式测量架2内、且与顺磁箱内被测物体移动方向平行的光栅尺3，滑动连接在该光栅尺3上、且与探头夹5另一端连接的位移传感器4，以及通过信号线与该位移传感器4连接、且位于磁屏蔽间1外部的光栅尺数字显示器7。磁通门磁强计探头6与光栅尺3可以根据用户所需的测量精度进行选择，位移测量误差与二者的测量误差有关，二者的测量误差越小，顺磁箱内被测物***移的测量误差也越小。

并且，本实施例中，探头夹5长度为5cm～10cm，如此可以有效降低光栅尺剩磁的影响；同时，所述的光栅尺3、位移传感器4、探头夹5和磁通门磁强计探头6各自的外部均包裹有由顺磁性材料制成的磁屏蔽层，如此可有效避免零部件的磁性对磁场测量的不利影响。

下面对本发明的测量过程进行详细介绍。

(1)安装磁性标记9。将体积约30mm³的磁性标记(钕铁硼磁粉)用胶粘在被测物体11离顺磁箱10内表面最近的部位，并沿可能发生位移的方向磁化。然后将顺磁箱10放在磁通门磁强计探头6下方，磁通门磁强计探头6与顺磁箱10外表面尽量接近。

(2)测量背景磁场。将磁通门磁强计探头6沿着光栅尺3移动，从坐标0mm移动到约70mm，记录磁通门磁强计数字显示器8的磁场分量数值，并绘制成曲线，如图3所示。

(3)测量被测物体11发生位移前的样品磁场。将顺磁箱10放在龙门式测量架2上，磁性标记9位于磁通门磁强计探头6正下方。被测物体11发生位移前，将磁通门磁强计探头6沿着光栅尺3移动，从坐标0mm移动到约70mm，记录磁通门磁强计数字显示器8的磁场分量数值，绘成曲线，减去图3中的背景磁场，再绘成曲线，即得到样品磁场(图4中的圆点曲线)。而后，将磁通门磁强计探头6移动到样品磁场曲线斜率较大的任一点(可以是斜率最大的一点)，记下该点坐标与样品磁场、背景磁场。

(4)测量被测物体11发生位移后的样品磁场。磁通门磁强计探头6位置不变，被测物体发生位移后，磁场测量值发生变化，新的磁场值减去该点的背景磁场，得到位移后该点的样品磁场竖直，在图4圆点曲线上找到新值对应的坐标值，标记出该点的位置，如图4中的三角形点所示。新的坐标值减去发生位移前的该点坐标，即得到发生位移的测量值。

(5)对比测量值与实测值。打开箱体，用游标卡尺测量实际发生的位移，二者对比绘成曲线，如图5所示，用本发明所述的测量方法，测量0.2mm至1.6mm之间的微小位移，与实际发生的位移作对比，绘成曲线，如图6所示。而在图5和图6中，箱体在17至47毫米的厚度范围内，位移测量值与实际值之间线性度较高，误差较小，说明本发明具有检测深度大、位移测量误差小的优点。

本发明通过合理的结构及测量方法设计，可对顺磁金属或非金属箱内物体的位移进行无损检测，其检测深度可以达到约50mm，而对1mm以内的微小位移进行检测，误差可以达到0.02mm的精度，因而拥有较高的检测深度和较低的误差。并且，本发明不仅对顺磁性金属、非金属箱体都可以检测，而且对材料无损，对人体健康毫无危害。因此，本发明很好地填补了现有技术难以对物体微小位移及错位进行无损检测的空白，其相比现有技术来说，具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，其特征在于，包括磁屏蔽间(1)、龙门式测量架(2)、磁性标记(9)、第一测量***和第二测量***，其中：

龙门式测量架，设置在磁屏蔽间内，其内放置有装载了被测物体的顺磁箱；

磁性标记，固定在被测物体离顺磁箱内表面最近的部位，并沿着被测物体可能发生位移的方向磁化；

第一测量***，位于磁性标记正上方，并靠近顺磁箱外表面，用于记录被测物体放置前后以及被测物体发生位移后的磁场变化；

第二测量***，同时与龙门式测量架和第一测量***连接，用于第一测量***在记录磁场变化的同时进行相应的一维坐标标定。

2.根据权利要求1所述的基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，其特征在于，所述磁性标记(9)为钕铁硼磁粉。

3.根据权利要求1或2所述的基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，其特征在于，所述第一测量***包括位于磁性标记(9)正上方、且靠近顺磁箱外表面的磁通门磁强计探头(6)，一端与该磁通门磁强计探头(6)连接、另一端与第二测量***连接的探头夹(5)，以及通过信号线与该磁通门磁强头(6)连接的磁通门磁强计数字显示器(8)；所述磁通门磁强计探头(6)的方向平行于磁性标记(9)的磁极方向。

4.根据权利要求3所述的基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，其特征在于，所述第二测量***包括固定在龙门式测量架(2)内、且与顺磁箱内被测物体移动方向平行的光栅尺(3)，滑动连接在该光栅尺(3)上、且与探头夹(5)另一端连接的位移传感器(4)，以及通过信号线与该位移传感器(4)连接的光栅尺数字显示器(7)。

5.根据权利要求4所述的基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，其特征在于，所述探头夹(5)长度为5cm～10cm。

6.根据权利要求5所述的基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，其特征在于，所述磁屏蔽间(1)为双层坡莫合金磁屏蔽间。

7.根据权利要求6所述的基于磁性标记的顺磁箱内物***移测量装置，所述的光栅尺(3)、位移传感器(4)、探头夹(5)和磁通门磁强计探头(6)各自的外部均包裹有由顺磁性材料制成的磁屏蔽层。

8.一种权利要求7所述的装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用磁通门磁强计探头沿光栅尺量程测量顺磁箱内放置被测物体前各个点的磁场，然后记录和绘制出磁场空间分布曲线，并将其记为背景磁场；

(2)继续利用磁通门磁强计探头沿光栅尺量程测量顺磁箱内放置被测物体后各个点的磁场，然后各自减去步骤(1)中相同坐标点的背景磁场，再绘制出磁场空间分布曲线，得到被测物体发生位移前的样品磁场；

(3)根据步骤(2)绘制的曲线，将磁通门磁强计探头移动到曲线斜率最大的位置，然后记录该点的坐标值及相应的样品磁场；

(4)被测物体发生位移后，磁通门磁强计探头位置不变，测量出该点此时的磁场，然后再次减去相同坐标点的背景磁场，得到位移后该点的样品磁场；

(5)根据步骤(4)所得到的样品磁场，在步骤(2)绘制的曲线中找到对应的坐标值，然后将该坐标值减去步骤(3)中记录的坐标值，即可得到被测物体的位移量。