基于微磁理論的鍍層工件裂紋檢測儀

　　由材料的微觀(guān)磁特性可知：(1)當外加機械應力時(shí)，會(huì )使材料中的晶格組織發(fā)生變化。在損傷區邊緣出現附加磁極，產(chǎn)生磁荷聚集，形成磁場(chǎng)，材料對外顯示磁性。缺陷不再擴展，其缺陷磁場(chǎng)強度保持不變。(2)當材料內部存在裂紋、夾雜等缺陷時(shí)，也會(huì )破壞原來(lái)的晶格，形成累計磁場(chǎng)，對外顯磁性。
　　因此在內應力集中或缺陷集中的地方，金屬導磁率下降，形成一內部磁源。這一內部磁源向金屬表面傳遞，形成泄漏磁場(chǎng)，其切向分量最大，法向分量具有從正過(guò)零到負的變化過(guò)程。
　　金屬構件缺陷的存在，就一定產(chǎn)生磁疇固定結點(diǎn)，形成內部磁場(chǎng)。這種磁場(chǎng)十分微弱，按微磁學(xué)原理稱(chēng)為微磁點(diǎn)，其檢測過(guò)程稱(chēng)為微磁檢測。

　　裂紋磁疇結點(diǎn)磁場(chǎng)按靜態(tài)磁場(chǎng)的特點(diǎn)向材料表面傳遞。設裂紋呈V形，寬度為2b，深度為d，長(cháng)度為L(cháng)，鐵磁材料相對磁導率為μr(如圖1所示)。當磁場(chǎng)通過(guò)兩種介質(zhì)分界面時(shí)，磁感應強度的法向分量是連續的。因此磁場(chǎng)由鐵磁區(區域1)進(jìn)入空氣(由于鉻與空氣的導磁率都近似為1，可認為是一個(gè)區域，記為區域2)有：
　　

　　由文獻［5］，對如圖2所示V形裂紋，磁偶極子在測試點(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。當二次梯度大于某一閾值時(shí)，裂紋存在，且隨著(zhù)裂紋深度增加，二次梯度增大。
　　根據上述特點(diǎn)可提取裂紋特征（圖4）。圖4(a)為實(shí)際檢測的信號，(b)為二次梯度信號。由圖可見(jiàn)，二次梯度大的信號可判斷為裂紋信號。

　　儀器系統由傳感裝置、自適應掃描裝置、采樣控制器、信號預處理器、計算機、驅動(dòng)裝置等組成，如圖5所示。

　　磁傳感裝置在驅動(dòng)裝置帶動(dòng)下，沿工件表面運動(dòng)，測取缺陷磁信號，并轉化為電信號輸出到信號預處理器；信號預處理器對信號進(jìn)行放大、濾波，再經(jīng)采樣控制器變成數字信號，送計算機；計算機對上述各部分實(shí)施控制，同時(shí)對接收的信號進(jìn)行數字濾波、信號分析、裂紋特征提取、定量計算、顯示記錄，實(shí)現裂紋微磁定量檢測。驅動(dòng)裝置受控于計算機，它的兩個(gè)輸出驅動(dòng)軸分別接采樣控制器和磁傳感裝置，使之聯(lián)動(dòng)。在強變化環(huán)境磁場(chǎng)干擾時(shí)，計算機控制復位電路消除強變化環(huán)境磁場(chǎng)干擾。

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　　主程序流程如圖6所示，采用智能化設計。檢測開(kāi)始，啟動(dòng)探測頭掃描，檢測信號經(jīng)放大、濾波預處理后，進(jìn)入信號采集，將信號轉換為數字信號，送計算機進(jìn)行平滑濾波，然后轉換為信號變化二次梯度數據；隨后根據裂紋信號特征，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，均可判斷為裂紋；對判斷為裂紋的信號數據進(jìn)行記錄、顯示。

　　根據上述原理研制的智能微磁裂紋檢測儀，可檢出微米級裂紋，實(shí)現了裂紋定量檢測，檢測工藝簡(jiǎn)便，工效高。