基于微磁理論的鍍層工件裂紋檢測(cè)儀

　　由材料的微觀磁特性可知：(1)當(dāng)外加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，會(huì)使材料中的晶格組織發(fā)生變化。在損傷區(qū)邊緣出現(xiàn)附加磁極，產(chǎn)生磁荷聚集，形成磁場(chǎng)，材料對(duì)外顯示磁性。缺陷不再擴(kuò)展，其缺陷磁場(chǎng)強(qiáng)度保持不變。(2)當(dāng)材料內(nèi)部存在裂紋、夾雜等缺陷時(shí)，也會(huì)破壞原來的晶格，形成累計(jì)磁場(chǎng)，對(duì)外顯磁性。
　　因此在內(nèi)應(yīng)力集中或缺陷集中的地方，金屬導(dǎo)磁率下降，形成一內(nèi)部磁源。這一內(nèi)部磁源向金屬表面?zhèn)鬟f，形成泄漏磁場(chǎng)，其切向分量最大，法向分量具有從正過零到負(fù)的變化過程。
　　金屬構(gòu)件缺陷的存在，就一定產(chǎn)生磁疇固定結(jié)點(diǎn)，形成內(nèi)部磁場(chǎng)。這種磁場(chǎng)十分微弱，按微磁學(xué)原理稱為微磁點(diǎn)，其檢測(cè)過程稱為微磁檢測(cè)。

　　裂紋磁疇結(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)按靜態(tài)磁場(chǎng)的特點(diǎn)向材料表面?zhèn)鬟f。設(shè)裂紋呈V形，寬度為2b，深度為d，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率為μr(如圖1所示)。當(dāng)磁場(chǎng)通過兩種介質(zhì)分界面時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量是連續(xù)的。因此磁場(chǎng)由鐵磁區(qū)(區(qū)域1)進(jìn)入空氣(由于鉻與空氣的導(dǎo)磁率都近似為1，可認(rèn)為是一個(gè)區(qū)域，記為區(qū)域2)有：
　　

　　由文獻(xiàn)［5］，對(duì)如圖2所示V形裂紋，磁偶極子在測(cè)試點(diǎn)P處產(chǎn)生的磁場(chǎng)其垂直分量為：
　
3裂紋特征提取
　　由式(2)作出的模擬裂紋微磁水平、垂直分量的波形如圖3所示。

　　(1)裂紋磁場(chǎng)垂直分量H?y具有正峰和負(fù)峰值，峰—峰值隨裂紋的深度增加而增大（峰—峰間的變化梯度增大）。當(dāng)梯度大于某一閾值時(shí)，存在裂紋。
　　(2)裂紋水平分量具有單峰，峰值隨裂紋深度增加而增大。磁場(chǎng)的二次梯度反映了磁場(chǎng)變化的程度。只有在磁場(chǎng)變化非常劇烈的地方，二次梯度的峰值才會(huì)很突出。當(dāng)二次梯度大于某一閾值時(shí)，裂紋存在，且隨著裂紋深度增加，二次梯度增大。
　　根據(jù)上述特點(diǎn)可提取裂紋特征（圖4）。圖4(a)為實(shí)際檢測(cè)的信號(hào)，(b)為二次梯度信號(hào)。由圖可見，二次梯度大的信號(hào)可判斷為裂紋信號(hào)。

　　儀器系統(tǒng)由傳感裝置、自適應(yīng)掃描裝置、采樣控制器、信號(hào)預(yù)處理器、計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置等組成，如圖5所示。

　　磁傳感裝置在驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下，沿工件表面運(yùn)動(dòng)，測(cè)取缺陷磁信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出到信號(hào)預(yù)處理器；信號(hào)預(yù)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，再經(jīng)采樣控制器變成數(shù)字信號(hào)，送計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)對(duì)上述各部分實(shí)施控制，同時(shí)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、信號(hào)分析、裂紋特征提取、定量計(jì)算、顯示記錄，實(shí)現(xiàn)裂紋微磁定量檢測(cè)。驅(qū)動(dòng)裝置受控于計(jì)算機(jī)，它的兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)軸分別接采樣控制器和磁傳感裝置，使之聯(lián)動(dòng)。在強(qiáng)變化環(huán)境磁場(chǎng)干擾時(shí)，計(jì)算機(jī)控制復(fù)位電路消除強(qiáng)變化環(huán)境磁場(chǎng)干擾。

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　　主程序流程如圖6所示，采用智能化設(shè)計(jì)。檢測(cè)開始，啟動(dòng)探測(cè)頭掃描，檢測(cè)信號(hào)經(jīng)放大、濾波預(yù)處理后，進(jìn)入信號(hào)采集，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送計(jì)算機(jī)進(jìn)行平滑濾波，然后轉(zhuǎn)換為信號(hào)變化二次梯度數(shù)據(jù)；隨后根據(jù)裂紋信號(hào)特征，首先尋找二次梯度變化峰值點(diǎn)，然后判斷各個(gè)峰值是否≥閥值，凡二次梯度峰值≥閥值的信號(hào)，均可判斷為裂紋；對(duì)判斷為裂紋的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、顯示。

　　根據(jù)上述原理研制的智能微磁裂紋檢測(cè)儀，可檢出微米級(jí)裂紋，實(shí)現(xiàn)了裂紋定量檢測(cè)，檢測(cè)工藝簡(jiǎn)便，工效高。