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原文传递一种基于宽带激励的铁磁性材料大范围损伤低频电磁检测方法

专利名称：	一种基于宽带激励的铁磁性材料大范围损伤低频电磁检测方法
摘要：	本发明公开了一种基于宽带激励的铁磁性材料大范围损伤低频电磁检测方法，根据铁磁性构件待检测缺陷的尺寸，确定低频电磁传感器的磁场信号检测方向；选定参考信号及检测信号采集位置，固定传感器与被测试件的提离距离，激励一Chirp信号作为宽带励磁信号，进行宽带激励低频电磁检测；由计算机对采集到的宽带检测信号进行处理；利用参考信号与缺陷检测信号间的欧式距离作为缺陷表征参量，得到铁磁性构件上、下表面不同深度缺陷欧氏距离随检测位置变化曲线；通过对低频电磁宽带检测信号进行分析处理，利用宽带激励下电磁响应信号与参考信号的欧式距离表征材料损伤程度变化，可有效减弱磁场趋肤效应的影响，有利于材料不同深度上、下表面缺陷的有效表征。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京工业大学
发明人：	焦敬品;梁文圆;何存富;吴斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910552740.9
公开号：	CN110196276A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：	沈波
分类号：	G01N27/83(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	100124 北京市朝阳区平乐园100号
主权项：	1.一种基于宽带激励的铁磁性材料大范围损伤低频电磁检测方法，其特征在于：该方法是通过以下步骤实现的， 1)选取一块工业常用的铁磁性钢板作为被测试件，铁磁性钢板厚度在12mm-16mm之间，铁磁性钢板单侧表面存在不同深度的裂纹缺陷，各裂纹缺陷除深度不同外，其他尺寸一致，裂纹的最大深度均小于铁磁性钢板的厚度； 2)调整低频电磁传感器内部磁敏元件的信号拾取方向，使其检测方向与被测试件表面平行，此时检测结果为铁磁性钢板表面的切向漏磁场强度，该方向的磁场强度对缺陷深度较为敏感； 3)将低频电磁传感器置于被测钢板表面，使其处于铁磁性钢板无缺陷参考区域，调节低频电磁传感器与被测试件的提离距离小于1mm； 4)调节函数发生器，使调节函数发生器的输出电压和频带宽度固定的宽频Chirp信号用于励磁，启动功率放大器，数字示波器会同时显示低频电磁传感器在铁磁性钢板无缺陷参考区域的激励信号和电磁检测信号，以该电磁检测信号为无缺陷时参考信号并进行保存； 5)将低频电磁传感器置于裂纹一侧，在相同激励条件下，手动控制低频电磁传感器的移动方向，使该移动方向与被测裂纹的长度方向垂直；启动功率放大器，每当低频电磁传感器置于一个检测点时，数字示波器会同时显示低频电磁传感器在该检测点的激励信号和电磁检测信号，保存所有检测点宽带检测信号； 6)由计算机对采集到的参考信号和缺陷检测信号进行处理；首先对参考信号和各缺陷检测信号进行频域分析，得到参考信号频谱及不同位置处缺陷检测信号频谱；然后应用欧式距离得到各检测点处检测信号与参考信号间的频域欧式距离，以该频域欧式距离作为缺陷特征参量，绘制欧氏距离随检测位置变化的曲线； 7)布置被测试件，重复步骤3)到步骤6)工作，得到当缺陷位于被测试件下表面时，欧式距离随检测位置变化曲线； 8)根据欧式距离变化曲线对铁磁性构件不同深度上下表面缺陷进行定量表征。 2.根据权利要求1所述的一种基于宽带激励的铁磁性材料大范围损伤低频电磁检测方法，其特征在于：基于磁偶极子理论，建立不同频率下低频电磁检测磁场理论计算模型，在此基础上发展一种基于宽带激励的铁磁性材料大范围损伤低频电磁检测方法；当磁化后的铁磁性构件内部存在孔洞、裂纹、凹坑等缺陷时，缺陷两侧壁会有磁力线泄漏，产生漏磁场；磁偶极子理论认为缺陷的漏磁场由极性相反的偶极子产生；将带有方向的缺陷假设为无限长且垂直于磁化场H方向的矩形槽；漏磁检测中，铁磁材料磁畴的自发磁化以磁荷形式均匀分布在槽的两侧壁；假定磁荷面密度为Q，两侧壁磁荷符号相反；此时，可忽略缺陷长度的影响，矩形缺陷二维磁偶极子模型理论公式为式中，Hx表示切向磁场强度，Hy表示法向磁场强度，x表示观测点P的横坐标，y表示观测点P的纵坐标，μ0表示真空磁导率磁导率，h1表示缺陷上表面埋藏深度，h2表示缺陷下表面埋藏深度，w表示缺陷宽度的一半，y’表示左右槽壁微线元dy到材料表面距离；低频电磁检测原理与漏磁检测类似，但低频电磁检测的磁化方式采用交变磁场；因而，其被测试件内磁力线分布呈现类似于涡流检测中感应电流密度分布的趋肤效应，即趋肤深度随励磁频率上升而变浅；因此，在低频电磁检测中，位于被测试件表面下h深度处磁荷密度与其表面磁荷密度关系可近似表示为：式中，Qh表示距构件表面距离h处的磁荷密度，Q0表示构件表层处的磁荷密度，σ表示铁磁性材料磁导率，μ表示铁磁性材料电导率，f表示励磁信号频率；将低频电磁检测磁场趋肤公式(3)引入磁偶极子模型(1)和(2)中，得到低频电磁检测等效磁偶极子模型为由公式(4)和(5)可知，低频电磁检测磁荷密度随缺陷深度增加不再是均匀分布，而是呈指数衰减趋势；此时，缺陷在观测点P(x,y)处产生的切向磁场Hx及法向磁场Hy是关于频率f的函数，与低频电磁检测原理相一致；低频电测检测受趋肤效应影响，当激励信号为单频信号时，被测试件内有效检测磁场分布范围较窄，不利于不同深度埋藏缺陷检测；为实现铁磁性构件内下表面埋藏缺陷的有效检测，本研究基于低频电磁等效磁偶极子模型，进行宽带激励下低频电磁检测方法研究；以参考区域的宽带激励响应作为参考信号，对检测信号宽带响应进行相似度分析，将得到的宽带响应欧式距离作为特征参量，用于铁磁性构件上下表面缺陷的表征；欧式距离表征参量E(Hd,Hn)可用公式(6)进行计算；式中，Hd表示待检测区域磁场强度，Hn表示参考区域基准磁场强度，Hdi表示各频率下待检测区域磁场强度，Hni表示各频率下参考区域基准磁场强度。 3.根据权利要求1所述的一种基于宽带激励的铁磁性材料大范围损伤低频电磁检测方法，其特征在于：实现该方法的装置包括函数发生器(1)、功率放大器(2)、数字示波器(3)、稳压稳流电源(4)和低频电磁传感器(5)；首先，将函数发生器(1)的输出端口分为两路，一路连入数字示波器(3)的第二通道，用于显示宽带激励信号，另一路与功率放大器(2)的输入端口相连用于磁化被测铁磁性构件；接着，将功率放大器(2)的输出端接入低频电磁传感器(5)的输入端，其输出端连入数字示波器(3)的第一通道，用于显示传感器检测的电磁信号；最后，将稳压稳流电源(4)的正负极分别连入低频电磁传感器(5)的两供电输入端，用于传感器内部磁敏元件的供电。
所属类别：	发明专利