CN111380947A - 一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置，硬件主要由微磁传感器、笔记本电脑、便携式主机构成，控制软件运行于LabVIEW平台，可对传感器励磁和信号采集参数进行控制，并对记录的扫查实验数据进行分析处理。微磁传感器内置信号调理电路，并装配有手动丝杆调节机构，以携带固定安装于滑块的磁敏元件组对材料性能突变区域进行线性扫描。在手动转轮上进行位移记录，在所有扫查位置逐一进行磁巴克豪森噪声和表面磁场强度检测，它们的特征参量随扫描位置的关系曲线，可以反映焊缝、局部淬硬、磨削烧伤等材料性能突变区域的范围，以及硬度、残余应力等特性的变化规律。

Description

一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置
技术领域
本发明属于材料性能微磁无损检测技术领域，适用于工程现场对材料性能突变区域进行扫查，间接反映材料表面残余应力和硬度等的分布规律。
背景技术
铁磁性材料在焊接、激光淬硬和磨削过程中，经常会出现尺寸在几百微米到几毫米范围的材料性能突变区域，上述区域的材料组分、残余应力和硬度等信息沿空间的分布规律，对于评价产品质量或加工工艺具有重要的价值。利用表面磁场强度、磁巴克豪森噪声信号的特征参量，可以有效反映材料组分、残余应力和硬度等信息。常规的手持式传感器用于小范围材料性能突变区域检测时，面临扫描步长不好控制，逐点检测结果受人工操作影响大等不足；利用机械臂等自动化设备携带传感器沿材料表面进行扫查的***过于复杂，不适用于恶劣的工程现场。
发明内容
本发明设计了一种便携式材料性能突变区域的微磁扫查装置，目的在于检测被测试样性能突变区域与基材区域的磁参量分布情况，反映焊缝、局部淬硬、磨削烧伤等材料性能突变区域的范围，以及硬度、残余应力等特性的变化规律。
本发明采用的技术方案为一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置，该装置由微磁传感器(7)、笔记本电脑(1)、便携式主机(2)构成，微磁传感器(7)通过便携式主机(2)与笔记本电脑(1)相连接，便携式主机(2)内置有FPGA主控模块(3)、励磁电路(4)、电源(5)和信号采集模块(6)，FPGA主控模块(3)分别与励磁电路(4)、信号采集模块(6)连接，电源(5)和FPGA主控模块(3)连接；其特征在于，微磁传感器(7)的内部装配有手动丝杆调节机构，检测单元(16)固定安装在滑块(9)上，检测单元(16)能够沿被测材料的焊缝、局部淬硬、磨削烧伤等材料表面性能突变区域进行线性扫描，获得多种磁参量的变化曲线，间接反映材料性能在扫查路径上的变化规律。手动丝杆调节机构的丝杠横穿U型磁路(12)；丝杠两端的支撑轴承内嵌安装于传感器壳体(13)上，丝杠的一端与带有位移刻度盘(15)和手动转轮(14)相连接，检测导轨(10)固定安装于滑块(9)上，在安装于传感器壳体(13)内侧壁的两限位块(8)约束的行程范围内进行线性移动；检测导轨(10)的末端内部放置有弹簧预压的检测单元(16)。
进一步地，检测单元(16)与被测材料表面始终保持接触，检测单元(16)内部的磁敏元件组包括霍尔元件、感应线圈，在传感器励磁线圈(11)提供的交变磁场作用下，磁敏元件组通过测量平行或垂直材料表面的磁场扰动信号，得到表面磁场强度及磁巴克豪森噪声信号。
与现有技术相比较，本发明提供了一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置，通过改进微磁传感器的检测模式，利用内置在传感器壳体的手动丝杆调节机构，携带固定安装于滑块的磁敏元件组对材料性能突变区域进行线性扫描。实际使用时，只需将传感器放置在待检测区域，手动转动转轮，记录滑块位置并进行微磁检测，主控软件对检测信号进行分析处理后，即可得到多种磁参量沿空间的分布曲线，间接反映材料组分、残余应力和硬度等信息沿空间的分布规律。
附图说明
图1便携式扫查装置总体示意图。
图2微磁传感器结构示意图。
图3U型磁路和手动丝杆装配示意图。
图4典型的磁参量分布曲线检测结果图。
图中：1-笔记本电脑 2-便携式主机 3-FPGA主控模块 4-励磁电路 5-电源6-采集电路 7-微磁传感器 8-限位块 9-滑块 10-检测导轨 11-励磁线圈 12-U型磁路 13-传感器壳体 14-手动转轮 15-位移刻度盘 16-检测单元 17-紧定螺丝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，连接各构件。FPGA主控模块1控制励磁电路4中产生0-50个周期、频率为0-500Hz的正弦波信号，通入缠绕在U型磁路12的传感器励磁线圈11，提供交变磁场对被测试件进行周期磁化，微磁传感器内部装配有手动丝杆调节机构，以携带固定安装于滑块9的磁敏元件组，沿焊缝、局部淬硬、磨削烧伤等材料表面性能突变区域进行线性扫描，在手动转轮上进行位移记录，在所有扫查位置逐一进行磁巴克豪森噪声和表面磁场强度检测，检测到磁巴克豪森噪声信号和切向磁场强度信号进入采集电路6，将切向磁场强度信号作为横坐标，以巴克豪森噪声信号作为纵坐标，得到磁巴克豪森噪声蝶形曲线，通过笔记本电脑1上信号处理软件对信号进行特征提取，各个微磁参量在微磁传感器7扫描轨迹路径处的分布代表了微磁检测的扫查结果，控制软件为LabVIEW。
从得到的蝶形曲线中提取多种磁参量，通过标定实验，建立力学关系与磁学参量的映射关系，利用该***对焊缝试样(45号钢)进行检测，得到扫查结果如图4所示，能够很明显的区分母材、熔融区和热影响区域。

Claims (4)

1.一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置，该装置由微磁传感器(7)、笔记本电脑(1)、便携式主机(2)构成，微磁传感器(7)通过便携式主机(2)与笔记本电脑(1)相连接，便携式主机(2)内置有FPGA主控模块(3)、励磁电路(4)、电源(5)和信号采集模块(6)，FPGA主控模块(3)分别与励磁电路(4)、信号采集模块(6)连接，电源(5)和FPGA主控模块(3)连接；其特征在于，微磁传感器(7)的内部装配有手动丝杆调节机构，检测单元(16)固定安装在滑块(9)上，检测单元(16)能够沿被测材料的焊缝、局部淬硬、磨削烧伤等材料表面性能突变区域进行线性扫描，获得多种磁参量的变化曲线，间接反映材料性能在扫查路径上的变化规律；手动丝杆调节机构的丝杠横穿U型磁路(12)；丝杠两端的支撑轴承内嵌安装于传感器壳体(13)上，丝杠的一端与带有位移刻度盘(15)和手动转轮(14)相连接，检测导轨(10)固定安装于滑块(9)上，在安装于传感器壳体(13)内侧壁的两限位块(8)约束的行程范围内进行线性移动；检测导轨(10)的末端内部放置有弹簧预压的检测单元(16)。
2.根据权利要求1所述的一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置，其特征在于：检测单元(16)与被测材料表面始终保持接触，检测单元(16)内部的磁敏元件组包括霍尔元件、感应线圈，在传感器励磁线圈(11)提供的交变磁场作用下，磁敏元件组通过测量平行或垂直材料表面的磁场扰动信号，得到表面磁场强度及磁巴克豪森噪声信号。
3.根据权利要求1所述的一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置，其特征在于：FPGA主控模块(1)控制励磁电路(4)中产生0-50个周期、频率为0-500Hz的正弦波信号，通入缠绕在U型磁路(12)的传感器励磁线圈(11)，提供交变磁场对被测试件进行周期磁化，微磁传感器内部装配有手动丝杆调节机构，以携带固定安装于滑块(9)的磁敏元件组，沿焊缝、局部淬硬、磨削烧伤材料表面性能突变区域进行线性扫描，在手动转轮上进行位移记录，在所有扫查位置逐一进行磁巴克豪森噪声和表面磁场强度检测，检测到磁巴克豪森噪声信号和切向磁场强度信号进入采集电路(6)，将切向磁场强度信号作为横坐标，以巴克豪森噪声信号作为纵坐标，得到磁巴克豪森噪声蝶形曲线，通过笔记本电脑(1)上信号处理软件对信号进行特征提取，各个微磁参量在微磁传感器(7)扫描轨迹路径处的分布代表了微磁检测的扫查结果。
4.根据权利要求3所述的一种便携式材料性能突变区域微磁扫查装置，其特征在于：通过标定实验，建立力学关系与磁学参量的映射关系，对焊缝试样进行检测，得到扫查结果，能够区分母材、熔融区和热影响区域。
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