專利名稱：一種測量鐵磁材料應力的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于檢測技術(shù)，具體涉及一種測量鐵磁材料應力的方法與裝置。
背景技術(shù)：
目前測量鐵磁材料(例如低碳鋼制造的軸、鋼筋及鋼纜等)內(nèi)部
應力的典型技術(shù)，是利用交流電源向環(huán)繞在被測對象磁路上的激磁線圈供電， 在感應線圈兩端產(chǎn)生與被測對象內(nèi)部磁感應強度變化率成正比的電壓信號，這 種信號經(jīng)過積分運算之后獲得與磁感應強度成正比的電壓信號，利用計算機技 術(shù)分析其與激磁電流之間的函數(shù)關(guān)系，計算出磁化過程中被測對象的導磁率， 根據(jù)導磁率與應力的對應關(guān)系測量被測物件內(nèi)部的應力。陳述這種技術(shù)的典型 文獻如-
E Martin, J M Zamarro and J Rivas， An automatic System for the measurement of dynamic hysteresis loops, J. Phys. E:Sci. Instrum. ， Vol. 15， 1982.
這種方法可以實現(xiàn)鐵磁材料內(nèi)部應力的非接觸測量。然而不足之處是，測 量周期過長，傳感器消耗功率過多，以及測試設備體積龐大
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種新的方法與裝置， 更加簡便地以非接觸方式測量鐵磁材料內(nèi)部的應力。利用本發(fā)明，可以顯著減 小傳感器消耗的功率，縮短測量周期，并減小測試裝置的體積與重量。
本發(fā)明的方法是，采用互相隔離的激磁線圈(1〕和感應線圈(2〕，向激磁 線圈(1)饋入激磁電流使被測鐵磁材料磁化，通過激磁線圈的電流是兩組時序 銜接的脈沖電流，第一組脈沖電流是幅值由極大值逐漸減小到零的交變電流， 第二組脈沖電流是幅值周期性脈動的單極性脈沖電流，在第一組脈沖電流幅值 降低為零之后饋入第二組脈沖電流，感應線圈兩端在第二組脈沖電流持續(xù)期間 輸出幅值與被測鐵磁材料應力相關(guān)的電壓信號。
實現(xiàn)本發(fā)明的裝置包括互相隔離的激磁線圈(1)和感應線圈(2)，產(chǎn)生幅 度由最大幅值逐漸減小至零的交流電流脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生幅值周期性脈動的單 極性脈沖電流發(fā)生器，時序脈沖電流合成器，感應線圈輸出電壓信號處理單元 和以感應線圈為溫度傳感器的溫度測量單元。
本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)方案相比較，其有益效果是，可以縮短鐵磁材料應力測量過程持續(xù)的時間，減輕測試裝置的功率負荷，實現(xiàn)在線連續(xù)實時檢 測。依據(jù)本發(fā)明，可以制造用于多種對象的非接觸磁應力檢測裝置，為橋梁、 建筑結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)和起重設備安全運行提供必要的監(jiān)測技術(shù)手段。


圖1示出本發(fā)明采用的通過激磁線圈的電流波形
圖2示出矩形波脈沖電流與等幅正弦波電流線性疊加合成的脈動脈沖電流 波形
圖3示出矩形波脈沖電流與等幅矩形波交變電流線性疊加合成的脈動脈沖
電流波形 圖4示出本發(fā)明測量裝置電路框圖 圖5示出單極性脈動脈沖電流發(fā)生器電路框圖 圖6示出轉(zhuǎn)接開關(guān)與測量系統(tǒng)的連接圖 圖7示出感應線圈輸出電壓信號檢測器電路框圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的方法與裝置作詳細描述。 測量過程中向激磁線圈〔1〕供電的脈沖電流由時序銜接的兩組脈沖電流構(gòu) 成，如圖1所示(圖1中橫坐標T表示時間，縱坐標L表示向激磁線圈饋入的 電流)，其中一組是幅值逐漸減小到零的交變電流脈沖〔3〕，另一組是矩形波 電流脈沖與等幅正弦波電流線性疊加合成的脈動電流脈沖(4〕，如圖2所示(圖 2中橫坐標T表示時間，縱坐標12表示矩形波電流脈沖與等幅正弦波電流線性疊 加合成的脈沖電流)，或矩形波電流脈沖與等幅矩形波交變電流線性疊加合成的 脈動電流脈沖(5)，如圖3所示(圖3中橫坐標T表示時間，縱坐標L表示矩 形波電流脈沖與等幅矩形波交變電流線性疊加合成的脈動電流脈沖)。電流脈沖
(3〕的最大幅值在0. 1到200安培之間、頻率在0. 5至1000赫茲之間、交變 電流脈沖幅值從最大值逐漸減小到零的持續(xù)時間在0. 2至60秒之間。電流脈沖
〔4〕或(5〕的峰值在0. 2至400安培之間、脈沖持續(xù)時間在0. 1至20秒之間、 脈動頻率在0.5至10000赫茲之間。感應線圈(2〕同時作為溫度傳感器，在不 饋入激磁電流時以其歐姆電阻的變化探測感應線圈(2〕的溫度值。
測量裝置包括互相隔離的激磁線圈(1〕和感應線圈(2〕，輸出幅度由最大 值逐漸減小到零的交變電流脈沖發(fā)生器(6〕，輸出幅值周期性脈動的單極性脈沖電流發(fā)生器(7)，時序脈沖電流合成器(8)和電壓信號處理單元(9)，如圖 4所示。單極性脈動脈沖電流發(fā)生器(7〕由矩形波脈沖電壓發(fā)生器〔10〕、等幅 正弦波電壓發(fā)生器(11)或等幅矩形波電壓發(fā)生器(12〕、電壓脈沖合成器(13) 和功率放大器(14〕構(gòu)成，如圖5所示。感應線圈(2〕在不同的時段分別通過 轉(zhuǎn)換開關(guān)U5〕與電壓信號處理單元〔9〕或測溫器(16)相連，如圖6所示。 電壓信號處理單元(9)包括檢波器(17〕、濾波器(18〕和采樣保持器(19〕， 如圖7所示。交變電流脈沖發(fā)生器(6)或矩形波脈沖電壓發(fā)生器(10)、或等 幅正弦波電壓發(fā)生器(11)、或等幅矩形波電壓發(fā)生器(12〕都有一個可以調(diào)節(jié) 輸出信號幅度的裝置。
權(quán)利要求
1、一種測量鐵磁材料應力的方法，使用互相隔離的激磁線圈〔1〕和感應線圈〔2〕，向激磁線圈〔1〕饋入激磁電流使被測鐵磁材料磁化，其特征是，通過激磁線圈〔1〕的電流是兩組時序銜接的脈沖電流，第一組脈沖電流是幅值由極大值逐漸減小到零的交變電流，第二組脈沖電流是幅值周期性脈動的單極性脈沖電流，第一組脈沖電流幅值降低為零之后饋入第二組脈沖電流，在第二組脈沖電流持續(xù)期間感應線圈〔2〕兩端輸出幅值與被測鐵磁材料應力相關(guān)的電壓信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鐵磁材料應力的方法，其特征是，所述的幅值周期性脈動的單極性脈沖電流是矩形波電流脈沖與等幅正弦波電流或等幅矩形波電流線性疊加合成的電流脈沖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鐵磁材料應力的方法，其特征是，所述的幅值逐漸減小到零的交變電流脈沖最大幅值在0.1到200安培之間，頻率在0.5到1000赫茲之間，幅值從最大值減小到零的持續(xù)時間在0.2到60秒之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鐵磁材料應力的方法，其特征是，所述的幅值周期性脈動的單極性脈沖電流持續(xù)時間在0.1到20秒之間，峰值在0.1至400安培之間，脈動頻率在0.5至10000赫茲之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量鐵磁材料應力的方法，其特征是，所述的感應線圈(2)在不饋入激磁電流時同時做為溫度傳感器，以其歐姆電阻的變化探測感應線圈(2)的溫度值。
6、 一種測量鐵磁材料應力的裝置，包括互相隔離的激磁線圈(1〕和感應線圈〔2〕，其特征是，還包括輸出幅度由最大值逐漸下降到零的交變電流脈沖發(fā)生器〔6)，輸出幅值周期性脈動的單極性脈沖電流發(fā)生器(7)，時序脈沖電流合成器(8)和電壓信號處理單元(9)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種測量鐵磁材料應力的裝置，其特征是，所述的輸出幅值周期性脈動的單極性脈沖電流發(fā)生器(7)由矩形波脈沖電壓發(fā)生器〔10〕，等幅正弦波電壓發(fā)生器〔11)或等幅矩形波電壓發(fā)生器〔12〕，電壓脈沖合成器(13〕和功率放大器(14)構(gòu)成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6和7所述的一種測量鐵磁材料應力的裝置，其特征是，所述的輸出幅度由最大值逐漸下降到零的交變電流脈沖發(fā)生器(6)、或矩形波脈沖電壓發(fā)生器〔10)、或正弦波電壓發(fā)生器〔11)、或等幅矩形波電壓發(fā)生器(12〕有一個調(diào)節(jié)輸出幅值的裝置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種測量鐵磁材料應力的裝置，其特征是，感應線圈〔2)與轉(zhuǎn)換開關(guān)〔15〕相連，轉(zhuǎn)換開關(guān)(15〕分別與電壓信號處理單元〔9〕或測溫器(16)相連。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種測量鐵磁材料應力的裝置，其特征是，所述的電壓信號處理單元〔9〕包括檢波器(17〕、濾波器(18〕和采樣保持器(19〕。
全文摘要
一種測量鐵磁材料應力的方法與裝置，在激磁線圈中通過電流產(chǎn)生磁場，使被測對象磁化，根據(jù)磁路平均導磁率的變化獲取應力信息。向激磁線圈饋入時序銜接的兩組脈沖電流，一組是幅值衰減的交變電流，另一組是幅值波動的單極性脈沖電流，感應線圈輸出與被測材料應力相關(guān)的電壓信號；測量裝置包括時序脈沖電流發(fā)生器和脈沖電壓信號處理器?？梢钥s短鐵磁材料應力測量周期，降低測量系統(tǒng)功耗，減少測試設備體積與重量，實現(xiàn)多種鋼鐵制品在線應力測量，例如用于懸索橋鋼纜承載、起重設備鋼索動態(tài)負荷、傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸扭矩以及建筑結(jié)構(gòu)應力分布等非接觸測量。
文檔編號G01N27/72GK101493435SQ20081000875
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者軍 劉, 琰 卜, 張開遜, 赤 徐 申請人:杭州自動化技術(shù)研究院有限公司