[發明專利]鐵磁性材料局域應力和應變場的巴克豪森噪聲無損測量方法與系統

在審

• 申請號: 201811057351.0
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109142057A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 劉秀成;尚萬里;王麗婷;王楠;何存富;吳斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N23/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了鐵磁性材料局域應力和應變場的巴克豪森噪聲無損測量方法與系統，利用硬盤磁頭檢測鐵磁性材料周期磁化過程中的巴克豪森噪聲信號，將提取的多項磁參量輸入預先建立的力?磁參量映射關系神經網絡模型，定量預測出應力或應變大小；磁芯末端空氣氣隙小于1μm的硬盤磁頭由三軸運動平臺搭載沿被測材料局域范圍掃查，巴克豪森噪聲檢測裝置同步檢測巴克豪森噪聲信號，神經網絡模型預測掃查點的應力或應變大小，掃查完成后得到材料局域范圍的應力場或應變場。由此標定出鐵磁性材料中巴克豪森噪聲信號與應力、應變的關系，對局域應力和應變場進行快速、無損定量檢測。

技術領域

本發明屬于實驗力學領域，利用鐵磁性材料中巴克豪森噪聲信號與應力、應變的標定關系，對局域應力和應變場進行快速、無損定量檢測。

背景技術

鐵磁性材料的應力、應變場無損測量是實驗力學的重要內容。例如數字圖像相關或云紋干涉法可以實現應變場的高精度測量，但進行測量前需對材料表面進行特殊處理，以預制散斑圖或試件柵；X射線衍射法可以無損測量殘余應力，但單點檢測耗時長，進行應力場測試時效率低。巴克豪森噪聲可以對應力、應變進行無損評價，檢測速度快且無需對材料表面進行特殊處理。但目前的巴克豪森噪聲檢測系統橫向分辨率低，不具備掃查功能，無法對材料局域應力場和應變場進行檢測。因此，本發明提供了一種基于硬盤磁頭的高分辨率巴克豪森噪聲掃查系統，并提供了利用神經網絡模型建立應力(或應變)與巴克豪森噪聲信號特征磁參量的映射關系的方法，可以用于鐵磁性材料局域范圍內的應力、應變場快速、無損檢測。

發明內容

本發明公布了一種鐵磁性材料局域應力和應變場的巴克豪森噪聲無損評價方法與裝置，目的在于利用硬盤磁頭檢測鐵磁性材料周期磁化過程中的巴克豪森噪聲信號，將提取的多項磁參量輸入預先建立的力-磁參量映射關系神經網絡模型，定量預測出應力或應變大小。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為鐵磁性材料局域應力和應變場的巴克豪森噪聲無損測量方法與系統，其基本原理是：利用硬盤磁頭檢測鐵磁性材料周期磁化過程中的巴克豪森噪聲信號，將提取的多項磁參量輸入預先建立的力-磁參量映射關系神經網絡模型，定量預測出應力或應變大小；磁芯19末端空氣氣隙小于1μm的硬盤磁頭由三軸運動平臺4搭載沿被測材料局域范圍掃查，巴克豪森噪聲檢測裝置同步檢測巴克豪森噪聲信號，神經網絡模型預測掃查點的應力或應變大小，掃查完成后得到材料局域范圍的應力場或應變場。

首先搭建測量系統：

任意函數發生器1與脈沖功率放大器2連接，勵磁線圈22纏繞在勵磁磁芯21上并連接至脈沖功率放大器2，被測試件13由夾具20夾持固定于微型拉伸裝置14，微型拉伸裝置14安裝底座與三軸運動平臺4通過連接件5固定，巴克豪森噪聲檢測傳感器12主要由磁芯19、檢測線圈16、彈簧17和傳感器外殼18組成，彈簧17和磁頭19安裝在傳感器外殼18的中間，磁芯19位于彈簧17的下方，磁芯19為不閉合的框架結構，框架結構的不閉合處設有外凸的對稱鉤狀結構，兩鉤狀結構的尖端間存在小于1μm的空氣氣隙。檢測線圈16纏繞于磁芯19并與信號調整電路7連接，巴克豪森噪聲檢測傳感器12的勵磁磁路嵌入微型拉伸裝置14安裝底座，并與被測材料下表面耦合，巴克豪森噪聲檢測傳感器12固定安裝于三軸運動平臺4的Z軸末端與被測試件13的上表面貼合，同時與信號調整電路7連接，多通道數據采集卡8與信號調整電路7連接，運動平臺控制卡10和拉伸裝置控制箱11分別連接到三軸運動平臺4和微型拉伸裝置14，最后把多通道數據采集卡8、運動平臺控制卡10和拉伸裝置控制箱11同時連接到上位機9。

三軸運動平臺4豎直方向通過Z軸滑臺3進行調整；微型拉伸裝置14上設有力傳感器6和光柵尺15；