專利名稱：基于漏磁測(cè)量來(lái)確定應(yīng)力的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種通過(guò)測(cè)量被測(cè)樣漏磁場(chǎng)來(lái)檢測(cè)應(yīng)力的方法及其裝置，屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前常用的X-Ray檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、超聲檢測(cè)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手段均不僅要求被測(cè)樣停止工作，而且只能發(fā)現(xiàn)被測(cè)樣已存在的缺陷，對(duì)將要發(fā)生缺陷的部位無(wú)法預(yù)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提出基于漏磁測(cè)量來(lái)確定應(yīng)力的方法及其裝置，可以通過(guò)確定應(yīng)力發(fā)現(xiàn)被測(cè)樣已存在的缺陷，對(duì)將要發(fā)生缺陷的部位進(jìn)行預(yù)測(cè)。
1.一種基于漏磁測(cè)量來(lái)確定應(yīng)力的方法，其特征在于檢測(cè)被地磁場(chǎng)磁化的被測(cè)樣表面漏磁場(chǎng)，或者檢測(cè)被測(cè)樣在周圍空間的漏磁場(chǎng)，將測(cè)量結(jié)果與預(yù)先建立的標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和計(jì)算，從而得出被測(cè)樣的應(yīng)力；其中用如下方法建立標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)1)制作與被測(cè)樣同種材料、同形狀截面標(biāo)樣；2)測(cè)量并記錄試驗(yàn)環(huán)境磁場(chǎng)，計(jì)算環(huán)境磁場(chǎng)平均值；測(cè)量并記錄地磁場(chǎng)；3)試驗(yàn)環(huán)境保持恒溫，設(shè)置并記錄試驗(yàn)環(huán)境溫度；4)把標(biāo)樣安裝在加載試驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)臺(tái)架上，初始不對(duì)標(biāo)樣加載；5)測(cè)量并記錄標(biāo)樣表面漏磁場(chǎng)，直到整個(gè)表面各個(gè)點(diǎn)測(cè)量完畢；(測(cè)量點(diǎn)的選取一方面要反應(yīng)標(biāo)樣表面幾何特征，另一方面相鄰測(cè)量點(diǎn)的間隙要足夠小，以便能完整記錄漏磁場(chǎng)在標(biāo)樣表面的變化特征)；6)在沿標(biāo)樣表面法線向外、與標(biāo)樣表面平行的某一空間平面內(nèi)，測(cè)量并記錄標(biāo)樣在該空間平面的漏磁場(chǎng)；(測(cè)量點(diǎn)的選取一方面要反應(yīng)該空間平面幾何特征，另一方面相鄰測(cè)量點(diǎn)的間隙要足夠小，以便能完整記錄漏磁場(chǎng)在該空間平面的變化特征)；7)在沿標(biāo)樣表面法線向外、與標(biāo)樣表面平行的空間平面內(nèi)重復(fù)步驟6)，直到該空間平面內(nèi)所有點(diǎn)的漏磁場(chǎng)值與環(huán)境磁場(chǎng)平均值一致；一致的判斷原則為該空間平面內(nèi)所有點(diǎn)的漏磁場(chǎng)值與環(huán)境磁場(chǎng)平均值之差不大于某一個(gè)常數(shù)；空間平面的選取原則為平面距離要足夠小，以便能完整記錄標(biāo)樣在周圍空間整個(gè)漏磁場(chǎng)的變化特征；8)操作試驗(yàn)設(shè)備對(duì)標(biāo)樣加載至某一值，重復(fù)步驟5)、6)、7)測(cè)量并記錄標(biāo)樣在該載荷下的表面漏磁場(chǎng)和空間漏磁場(chǎng)；同時(shí)測(cè)量并記錄標(biāo)樣的應(yīng)力；9)加大標(biāo)樣的載荷，重復(fù)步驟8)直到標(biāo)樣被破壞；這樣得到一定地磁場(chǎng)、一定溫度下的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力關(guān)系數(shù)據(jù)；10)改變溫度重復(fù)步驟3)～9)，得到該標(biāo)樣一定地磁場(chǎng)下的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度關(guān)系數(shù)據(jù)；11)監(jiān)測(cè)地磁場(chǎng)，在不同地磁場(chǎng)值時(shí)重復(fù)2)～9)，獲得該標(biāo)樣的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度-地磁場(chǎng)關(guān)系數(shù)據(jù)，將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理，得到該標(biāo)樣的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度-地磁場(chǎng)關(guān)系數(shù)據(jù)，從而建立標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)；這里所指消噪處理所采用的方法可以是如小波分析等數(shù)字信號(hào)處理中常用消噪方法；其中對(duì)被測(cè)樣的應(yīng)力測(cè)量方法如下記錄被測(cè)樣地點(diǎn)環(huán)境溫度，測(cè)量并記錄地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，在被測(cè)樣表面或與表面平行的某一空間平面內(nèi)測(cè)量漏磁場(chǎng)；對(duì)所得的被測(cè)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理、幾何修正，將修正后的數(shù)據(jù)與標(biāo)樣的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度-地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)相對(duì)比計(jì)算，從而得出被測(cè)樣的應(yīng)力。所述的幾何修正為乘以被測(cè)樣與標(biāo)樣的面積之比。
這里所指的計(jì)算是指插值、擬合等計(jì)算。
所述方法中建立標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，其中的地磁環(huán)境可由地磁模擬裝置模擬產(chǎn)生。
一種基于漏磁測(cè)量來(lái)確定應(yīng)力的裝置，其特征在于磁敏傳感器陣列1測(cè)量被測(cè)樣的漏磁場(chǎng)，然后把漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)傳給鎖相放大器9，鎖相放大器9對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、放大、鑒相、解調(diào)得到放大、消噪的漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)傳給CPU10；CPU10從存儲(chǔ)器11或通過(guò)外存儲(chǔ)器接口14從外存儲(chǔ)器讀取用戶通過(guò)鍵盤(pán)12指定的標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)比較采集到的被測(cè)樣漏數(shù)據(jù)和標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測(cè)樣的應(yīng)力。
基于漏磁測(cè)量來(lái)確定應(yīng)力的裝置，其特征在于將磁敏傳感器陣列1固定在托架2上；驅(qū)動(dòng)器8驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，電機(jī)4通過(guò)皮帶7帶動(dòng)托架2在導(dǎo)軌3上按CPU10的運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)，編碼器5和電機(jī)4的軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)把位置數(shù)據(jù)反饋給CPU10。
再把用戶通過(guò)鍵盤(pán)12指定的需要顯示的數(shù)據(jù)送到示波器13顯示。通過(guò)與CPU10相連的上位機(jī)接口15，運(yùn)動(dòng)和采集命令可由上位機(jī)發(fā)布，漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)也可傳到上位機(jī)處理。


圖1漏磁應(yīng)力檢測(cè)儀示意圖具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖1是磁敏傳感器陣列安裝在導(dǎo)軌上的漏磁應(yīng)力檢測(cè)儀示意圖。
導(dǎo)軌3安裝在地板17表面上。驅(qū)動(dòng)器8驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，電機(jī)4通過(guò)皮帶7帶動(dòng)托架2在導(dǎo)軌3上按CPU10的運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)，磁敏傳感器陣列1固定在托架2上。編碼器5和電機(jī)4的軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)把位置數(shù)據(jù)反饋給CPU10。磁敏傳感器陣列1測(cè)量被測(cè)樣的漏磁場(chǎng)，然后把漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)傳給鎖相放大器9，鎖相放大器9對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、放大、鑒相、解調(diào)得到放大、消噪的漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)傳給CPU10。CPU10從存儲(chǔ)器11或通過(guò)外存儲(chǔ)器接口14從外存儲(chǔ)器讀取用戶通過(guò)鍵盤(pán)12指定的標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，通過(guò)比較采集到的被測(cè)樣漏數(shù)據(jù)和標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測(cè)樣的應(yīng)力。再把用戶通過(guò)鍵盤(pán)12指定的需要顯示的數(shù)據(jù)送到示波器13顯示。通過(guò)與上位機(jī)接口15，運(yùn)動(dòng)和采集命令可由上位機(jī)發(fā)布，漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)也可傳到上位機(jī)處理。
如果需要兩臺(tái)或多臺(tái)同步工作，把兩臺(tái)或多臺(tái)漏磁應(yīng)力檢測(cè)儀的擴(kuò)展接口16互聯(lián)起來(lái)，其中任何一臺(tái)都可以發(fā)布運(yùn)動(dòng)和采集命令給其他互聯(lián)的漏磁應(yīng)力檢測(cè)儀，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)漏磁應(yīng)力檢測(cè)儀協(xié)同工作。
首先建立標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。
制作45#鋼材質(zhì)、工字型截面、長(zhǎng)50厘米的標(biāo)樣，表面均勻劃分網(wǎng)格。把標(biāo)樣固定在WDW-100電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上。保持試驗(yàn)環(huán)境恒溫20℃，測(cè)量地磁場(chǎng)為0.5mT，環(huán)境磁場(chǎng)平均值為0.3mT。
WDW-100電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)標(biāo)樣加載為零時(shí)。用Lakeshore 475高斯計(jì)在標(biāo)樣表面每個(gè)格點(diǎn)處測(cè)量并記錄漏磁場(chǎng)；在平行標(biāo)樣表面、距離為2mm的空間平面內(nèi)用同樣的方法劃分網(wǎng)格，測(cè)量并記錄每個(gè)格點(diǎn)處的漏磁場(chǎng)；在平行標(biāo)樣表面、距離為4mm的空間平面內(nèi)用同樣的方法劃分網(wǎng)格，測(cè)量并記錄每個(gè)格點(diǎn)處的漏磁場(chǎng)；依此類推直到平面內(nèi)所有各點(diǎn)的磁場(chǎng)值與環(huán)境磁場(chǎng)平均值為0.3mT之差均小于0.003mT。所測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1

通過(guò)WDW-100電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)給樣品加載10KN。用Lakeshore 475高斯計(jì)在標(biāo)樣表面每個(gè)格點(diǎn)處測(cè)量并記錄漏磁場(chǎng)。用RS-100殘余應(yīng)變測(cè)定儀測(cè)量并記錄標(biāo)樣每個(gè)格點(diǎn)所在截面的內(nèi)部應(yīng)力；在平行標(biāo)樣表面、距離為2mm的空間平面內(nèi)用同樣的方法劃分網(wǎng)格，測(cè)量并記錄每個(gè)格點(diǎn)處的漏磁場(chǎng)；在平行標(biāo)樣表面、距離為4mm的空間平面內(nèi)用同樣的方法劃分網(wǎng)格，測(cè)量并記錄每個(gè)格點(diǎn)處的漏磁場(chǎng)；依此類推直到平面內(nèi)所有各點(diǎn)的磁場(chǎng)值與環(huán)境磁場(chǎng)平均值為0.3mT之差均小于0.003mT。
表2 10KN時(shí)的漏磁場(chǎng)

通過(guò)WDW-100電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)依次增大樣品載荷并重復(fù)上述過(guò)程直到標(biāo)樣被破壞，得到該標(biāo)樣20℃、0.5mT下的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力數(shù)據(jù)。
在-50℃～+100℃溫區(qū)內(nèi)每間隔5℃重復(fù)上述過(guò)程，得到該標(biāo)樣0.5mT下的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度數(shù)據(jù)。
地磁場(chǎng)變化區(qū)間0.1～0.9mT范圍內(nèi)，每隔0.1mT重復(fù)上述過(guò)程，可以得到漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度-地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。
其次，對(duì)被測(cè)樣表面磁場(chǎng)進(jìn)行采集。
某裸露鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)為45#鋼、工字型截面、截面面積與標(biāo)樣截面大小相等，此時(shí)環(huán)境溫度為20℃、被測(cè)樣所在處地磁場(chǎng)0.5mT，測(cè)量得到被測(cè)樣的表面漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
表3

那么幾何修正因子截面大小相等為1，通過(guò)與表2比較可知被測(cè)樣各處應(yīng)力為表4。
表4

權(quán)利要求
1.一種基于漏磁測(cè)量來(lái)確定應(yīng)力的方法，其特征在于檢測(cè)被地磁場(chǎng)磁化的被測(cè)樣表面漏磁場(chǎng)，或者檢測(cè)被測(cè)樣在周圍空間的漏磁場(chǎng)，將測(cè)量結(jié)果與預(yù)先建立的標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和計(jì)算，從而得出被測(cè)樣的應(yīng)力；其中用如下方法建立標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)1)制作與被測(cè)樣同種材料、同形狀截面標(biāo)樣；2)測(cè)量并記錄試驗(yàn)環(huán)境磁場(chǎng)，計(jì)算環(huán)境磁場(chǎng)平均值；測(cè)量并記錄地磁場(chǎng)；3)試驗(yàn)環(huán)境保持恒溫，設(shè)置并記錄試驗(yàn)環(huán)境溫度；4)把標(biāo)樣安裝在加載試驗(yàn)設(shè)備的試驗(yàn)臺(tái)架上，初始不對(duì)標(biāo)樣加載；5)測(cè)量并記錄標(biāo)樣表面漏磁場(chǎng)，直到整個(gè)表面各個(gè)點(diǎn)測(cè)量完畢；6)在沿標(biāo)樣表面法線向外、與標(biāo)樣表面平行的某一空間平面內(nèi)，測(cè)量并記錄標(biāo)樣在該空間平面的漏磁場(chǎng)；7)在沿標(biāo)樣表面法線向外、與標(biāo)樣表面平行的空間平面內(nèi)重復(fù)步驟6)，直到該空間平面內(nèi)所有點(diǎn)的漏磁場(chǎng)值與環(huán)境磁場(chǎng)平均值一致；8)操作試驗(yàn)設(shè)備對(duì)標(biāo)樣加載至某一值，重復(fù)步驟5)、6)、7)測(cè)量并記錄標(biāo)樣在該載荷下的表面漏磁場(chǎng)和空間漏磁場(chǎng)；同時(shí)測(cè)量并記錄標(biāo)樣的應(yīng)力；9)加大標(biāo)樣的載荷，重復(fù)步驟8)直到標(biāo)樣被破壞；這樣得到一定地磁場(chǎng)、一定溫度下的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力關(guān)系數(shù)據(jù)；10)改變溫度重復(fù)步驟3)～9)，得到該標(biāo)樣一定地磁場(chǎng)下的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度關(guān)系數(shù)據(jù)；11)監(jiān)測(cè)地磁場(chǎng)，在不同地磁場(chǎng)值時(shí)重復(fù)2)～9)，獲得該標(biāo)樣的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度-地磁場(chǎng)關(guān)系數(shù)據(jù)，將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理，得到該標(biāo)樣的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度-地磁場(chǎng)關(guān)系數(shù)據(jù)，從而建立標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)；其中對(duì)被測(cè)樣的應(yīng)力測(cè)量方法如下記錄被測(cè)樣地點(diǎn)環(huán)境溫度，測(cè)量并記錄地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，在被測(cè)樣表面或與表面平行的某一空間平面內(nèi)測(cè)量漏磁場(chǎng)；對(duì)所得的被測(cè)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理、幾何修正，將修正后的數(shù)據(jù)與標(biāo)樣的漏磁場(chǎng)-應(yīng)力-溫度-地磁場(chǎng)數(shù)據(jù)相對(duì)比計(jì)算，從而得出被測(cè)樣的應(yīng)力；所述的幾何修正為乘以被測(cè)樣與標(biāo)樣的面積之比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于建立標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，其中的地磁環(huán)境由地磁模擬裝置模擬產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法所用裝置，其特征在于磁敏傳感器陣列(1)測(cè)量被測(cè)樣的漏磁場(chǎng)，然后把漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)傳給鎖相放大器(9)，鎖相放大器(9)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、放大、鑒相、解調(diào)得到放大、消噪的漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)傳給CPU(10)；CPU(10)從存儲(chǔ)器(11)或通過(guò)外存儲(chǔ)器接口(14)從外存儲(chǔ)器讀取用戶通過(guò)鍵盤(pán)(12)指定的標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，CPU(10)通過(guò)比較采集到的被測(cè)樣漏數(shù)據(jù)和標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出被測(cè)樣的應(yīng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于還可以將磁敏傳感器陣列(1)固定在托架(2)上；驅(qū)動(dòng)器(8)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)，電機(jī)(4)通過(guò)皮帶(7)帶動(dòng)托架(2)在導(dǎo)軌(3)上按CPU(10)的運(yùn)動(dòng)指令運(yùn)動(dòng)，編碼器(5)和電機(jī)(4)的軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器(5)同時(shí)把位置數(shù)據(jù)反饋給CPU(10)。
全文摘要
基于漏磁測(cè)量來(lái)確定應(yīng)力的方法及其裝置屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。目前常用的X－Ray檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、超聲檢測(cè)等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手段均不僅要求被測(cè)樣停止工作，而且只能發(fā)現(xiàn)被測(cè)樣已存在的缺陷，對(duì)將要發(fā)生缺陷的部位無(wú)法預(yù)測(cè)。本發(fā)明技術(shù)方案檢測(cè)被地磁場(chǎng)磁化的被測(cè)樣表面漏磁場(chǎng)，或者檢測(cè)被測(cè)樣在周圍空間的漏磁場(chǎng)，將測(cè)量結(jié)果與預(yù)先建立的標(biāo)樣漏磁場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和計(jì)算，從而得出被測(cè)樣的應(yīng)力。本發(fā)明可以發(fā)現(xiàn)被測(cè)樣已存在的缺陷，對(duì)將要發(fā)生缺陷的部位預(yù)測(cè)。
文檔編號(hào)G01L1/12GK101071122SQ20071010033
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者陳利民, 紀(jì)金豹, 閻維明, 李振寶, 周錫元, 黃浩華 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)