本實用新型設(shè)計一種用于基于巴克豪森效應(yīng)應(yīng)力檢測系統(tǒng)的檢測探頭。

背景技術(shù)：

鐵磁性材料在機(jī)械特性方面具有良好的適應(yīng)性，因此在鐵路、運(yùn)輸、能源、建筑、航天、軍事和化工等方面被作為關(guān)鍵材料，得到廣泛的應(yīng)用。然而，種類繁多的鐵磁性材料，會由于不同的加工工藝、不同含碳量、金相結(jié)構(gòu)和不同摻雜合金成分材料，使其機(jī)械物理和化學(xué)特性具有很大差異。而且，鐵磁性材料在不同應(yīng)用環(huán)境下，對載荷、疲勞、腐蝕、使用溫度等條件的表現(xiàn)也會有很大差別。因此，需要通過對其磁特性的檢測，獲取材料微觀結(jié)構(gòu)信息，從而確定其載荷、疲勞以及腐蝕狀態(tài)，獲取材料壽命信息。

另外，鐵磁性材料在長期服役情況下，會形成缺陷，造成傷害事故，引發(fā)人員傷亡和較大的經(jīng)濟(jì)損失。缺陷的形成包含孵化期、初始裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展期等部分。鐵磁性材料在損傷的早期即孵化期，其表現(xiàn)通常是各種微觀的應(yīng)力集中等因素導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)組織的變化。鐵磁性材料在使用過程中造成缺陷的因素包括：由承載過大導(dǎo)致的局部應(yīng)力和應(yīng)力集中，最終造成局部塑性變形，產(chǎn)生缺陷；長期使用導(dǎo)致的疲勞損傷；溫度變化導(dǎo)致金屬熱脹冷縮，從而形成在材料內(nèi)部積累的溫度應(yīng)力；焊接等加工工藝導(dǎo)致的內(nèi)部殘余應(yīng)力分布；熱處理參數(shù)如硬度、滲碳層深度、奧氏體和馬氏體含量、晶粒尺寸等材料參數(shù)。因此，需要對材料內(nèi)部殘余應(yīng)力分布和受力部位的應(yīng)力集中進(jìn)行監(jiān)測，從而防止材料的局部塑性變形以及缺陷的產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實用新型目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種用于基于巴克豪森效應(yīng)應(yīng)力檢測系統(tǒng)的檢測探頭，能夠減小磁化器提離對測試結(jié)果的影響。

技術(shù)方案：一種用于基于巴克豪森效應(yīng)應(yīng)力檢測系統(tǒng)的檢測探頭，包括U型磁軛，以及繞制在U型磁軛上的磁化線圈；在U型磁軛的兩個側(cè)邊之間設(shè)置有固定擋片，固定擋片中央設(shè)有通孔；在U型磁軛內(nèi)設(shè)有彈簧，彈簧的一端固定在U型磁軛的底部；還包括檢測線圈，所述檢測線圈由工型磁芯和漆包線兩部分組成，檢測線圈穿過固定擋片中央設(shè)的通孔，所述工型磁芯的一端連接彈簧的自由端，檢測線圈的端部在自由狀態(tài)下超出U型磁軛側(cè)邊的端部。

進(jìn)一步的，在U型磁軛的一個側(cè)邊上繞有感應(yīng)線圈。

進(jìn)一步的，固定擋片采用反磁性材料制備。

進(jìn)一步的，檢測線圈的漆包線選用直徑為0.07mm的銅漆包線，匝線為3000圈。

進(jìn)一步的，感應(yīng)線圈由200匝直徑為0.21mm的漆包線構(gòu)成。

有益效果：本實用新型的一種用于基于巴克豪森效應(yīng)應(yīng)力檢測系統(tǒng)的檢測探頭，與現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)有固定在U型磁軛底部的彈簧，檢測線圈穿過固定擋片中央設(shè)的通孔，其一端連接彈簧的自由端，在自由狀態(tài)下，檢測線圈的端部超出U型磁軛。在使用時，檢測線圈配合彈簧的作用使得檢測線圈的底面都能夠時刻貼緊被測試件，克服提離對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響。

為了進(jìn)一步減小提離的影響，引入測量磁軛磁場強(qiáng)度的感應(yīng)線圈。在U型磁軛1的一個側(cè)邊纏繞漆包線構(gòu)成1個磁通量感應(yīng)線圈。通過磁軛腳上的磁通量，進(jìn)而修正傳感器磁化器的擺放姿態(tài)以及與試件的接觸狀態(tài)。

附圖說明

圖1為基于巴克豪森效應(yīng)應(yīng)力檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型檢測探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為檢測線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，一種基于巴克豪森效應(yīng)應(yīng)力檢測系統(tǒng)，包括激勵信號發(fā)生電路、檢測探頭、信號調(diào)理電路、信號采集卡以及工控機(jī)。激勵信號發(fā)生電路提供局部磁化需要的交流激勵信號的幅值與頻率，檢測探頭用作對鐵磁性材料進(jìn)行局部磁化并采集檢測對象的巴克豪森噪音信號，信號調(diào)理電路用于對檢測探頭采集的信號進(jìn)行濾波以及放大，信號采集卡將交流激勵信號和信號調(diào)理電路輸出的巴克豪森噪音信號同步傳輸?shù)焦た貦C(jī)。

如圖2所示，檢測探頭包括U型磁軛1，以及繞制在U型磁軛1上的磁化線圈2。根據(jù)經(jīng)典電磁感應(yīng)理論，線圈上施加交流電流會感應(yīng)產(chǎn)生交變的磁場；本實施例中，將線徑0.21mm的銅漆包線繞在U型磁軛1上構(gòu)成磁化線圈2，并通過激勵信號發(fā)生電路施加交變電流。經(jīng)過驗證，在U型磁軛上繞600匝的銅漆包線最為合適，在繞線過程中要保持銅漆包線之間緊密且螺旋方向保持一致。U型磁軛本身不生產(chǎn)磁場，主要目的用來束縛磁力線方向，使磁場形成閉合回路，并增強(qiáng)磁場強(qiáng)度。U型磁軛1的制作通常選用高導(dǎo)磁率、高磁通密度的材料；本實施例選用MnZn鐵氧體材料，其品質(zhì)因素高、磁導(dǎo)率高，利于產(chǎn)生更大的磁場、磁滯回線窄而長、矯頑力低、容易獲得磁性也容易退去磁性。

由于被測物體表面可能不平整或者檢測探頭沒有完全接觸被測物體表面，會產(chǎn)生一定提離距離，該提離會對實驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。本實用新型的檢測探頭在U型磁軛1的兩個側(cè)邊之間設(shè)置有固定擋片3，固定擋片3中央設(shè)有通孔；在U型磁軛1內(nèi)設(shè)有彈簧4，彈簧4的一端固定在U型磁軛1的底部，其另一側(cè)連接檢測線圈5。檢測線圈5的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由工型磁芯和漆包線兩部分組成，檢測線圈5穿過固定擋片3中央設(shè)的通孔，其工型磁芯的一端連接彈簧4的自由端；在自由狀態(tài)下，檢測線圈5的端部超出U型磁軛1。在使用時，檢測線圈5的端部超出U型磁軛1，配合彈簧的作用使得檢測線圈的底面都能夠時刻貼緊被測試件，克服提離對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響。固定擋片3采用薄鋁片制備而成，鋁為反磁性材料，故不影響檢測探頭的檢測性能。

磁芯材料與磁軛同樣選擇錳鋅鐵氧體，將漆包線纏繞在磁芯上，纏繞時注意保持方向一致性且均勻。本實施例中漆包線選用的是直徑為0.07mm的銅漆包線，線圈匝數(shù)越多，感應(yīng)的巴克豪森噪音信號能量越大，但匝數(shù)變多導(dǎo)致線圈電阻增大、電流減小，又制約線圈感應(yīng)信號的能力。為了獲取合適的檢測線圈匝數(shù)，分別選取了1000-5000匝不同的線圈，分析獲得信號效果發(fā)現(xiàn)：匝數(shù)的增加，獲得信號幅值變大，信噪比越好，但是匝數(shù)越多，必然導(dǎo)致阻抗增大、電流減小，削弱感應(yīng)信號的能力。經(jīng)過試驗對比發(fā)現(xiàn)3000匝線圈拾取信號信噪比最好且對應(yīng)力值的分辨力最高。

為了進(jìn)一步減小提離的影響，引入測量磁軛磁場強(qiáng)度的感應(yīng)線圈6。與磁化線圈2相似，在U型磁軛1的一個側(cè)邊纏繞200匝直徑0.21mm的漆包線構(gòu)成1個磁通量感應(yīng)線圈。通過磁軛腳上的磁通量，進(jìn)而修正傳感器磁化器的擺放姿態(tài)以及與試件的接觸狀態(tài)。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。