掌上型金属磁记忆检测仪

　　现代工业部门大量使用铁磁性金属材料设备和构件。各种微观和宏观机械应力集中是这些设备和构件发生损伤的一个重要原因。传统无损检测方法难以对主要由机械应力集中引起的金属构件的早期损伤实施有效评价。因此,有效地评价导致损伤的临界应力变形状况是评价设备和构件结构强度与可靠性的一个重要依据。为及时准确地找出最大机械应力变形区域,必须开发新的无损检测方法。

　　1　磁记忆检测原理

　　20世纪90年代后期,以杜波夫为代表的俄罗斯学者率先提出一种崭新的金属诊断技术———金属磁记忆检测。该方法的原理是基于铁磁性工件在应力和变形集中区域内会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向的和不可逆的重新取向^[1] 。试验研究表明,铁磁性金属部件存在着磁机械效应,其表面上的磁场分布与部件应力载荷有一定的对应关系,因此可通过检测部件表面的磁场分布情况间接地诊断部件应力集中位置^[2~8] 。该理论的提出为研制新型检测仪器开辟了一个方向,为此清华大学无损检测中心在国家自然科学基金的资助下,做了大量磁记忆的研究工作,对磁记忆的产生机理产生了不同的观点,即由应力集中产生的磁记忆与地磁场几乎无关^[6] ,且被测件的材质和表面粗糙度对测量结果的影响远远小于应力的影响。

　　2　仪器研制

　　在以磁场变化的梯度和磁场强度的绝对值为诊断参数来检测应力集中和判断应力集中程度的基础上,采用最新元器件设计而成了掌上型金属磁记忆检测仪,以利于现场使用(尤其是野外工作),能实时显示磁场的波形变化,且具备一定数据分析能力。

　　2.1　仪器组成

　　图1为仪器的原理框图。仪器由高灵敏度磁阻传感器、地磁补偿电路、光电编码器、磁测量模块电路、MCU(单片机)、显示器和键控装置、串行通讯电路、读出/写入装置、IC卡(可选)以及PDA(PersonalDigital Assistant)组成。

　　2.2　传感器

　　采用的磁阻传感器是高灵敏度元件,比霍尔芯片传感器的精度要高出三个量级。为了提高检测效率,采用多个传感器组成多通道(3通道,可扩充至36通道)形式。

　　2.3　地磁补偿电路和光电编码电路

　　地磁补偿电路用于补偿测量时由于和地磁场方向发生偏差而产生的误差。光电编码电路用于测量扫查位移和控制数据采集,使扫查速度和采集数据量呈正比例。

　　2.4　磁测量模块电路及信号处理电路

　　本部分主要由传感器驱动电路、信号调理电路、带有A/D转换与梳状陷波电路的AD芯片组成。AD芯片具有很高的集成度,在工频50和60Hz时陷波参数是120dB,能很好地抑制工频干扰,可实现运算放大与低通滤波的功能,为实现对微弱磁信号测量奠定了基础。采用八位MCU来处理数据和执行通讯接口命令,保证了磁测量模块功能的实现。