本發明公開了鐵磁性材料磁致伸縮曲線的SH0模態超聲導波測量方法，采用基于磁致伸縮機制的電磁超聲傳感器在鐵磁性薄板中激勵并接收SH0模態超聲導波并提取其波包的幅值，代入理論公式反演出材料的磁致伸縮系數。通過改變基于磁致伸縮機制的電磁超聲傳感器的靜態偏置磁場強度，重復上述測量過程，即可得到磁致伸縮系數與靜態偏置磁場強度的關系曲線，也即薄板材料的磁致伸縮曲線。該方法可以直接應用于工程現場，對電工鋼或磁致伸縮帶材的磁致伸縮曲線進行快速無損評價，測得的SH0模態超聲導波幅值與偏置磁場的關系曲線也可用于材料應力和微觀結構變化的表征。
技術領域
本發明屬于材料性能無損測量技術領域，利用SH0模態超聲導波方法測量鐵磁性材料的磁致伸縮曲線。測量方法還可應用于電工鋼、先進高強鋼等性能的無損評價，間接表征材料內部應力、微觀結構變化等。
背景技術
在外加磁場作用下，鐵磁性材料的長度和體積都會發生微小變化，這種現象稱為磁致伸縮，其中長度變化稱為線磁致伸縮。磁致伸縮曲線反映了線磁致伸縮應變量(或磁致伸縮系數)與外加磁場強度的關系，是鐵磁性材料磁致伸縮性能的重要表征形式。磁致伸縮曲線測量是評價電工鋼、磁致伸縮傳感材料性能的重要內容。
目前常用的磁致伸縮曲線測量方法包括電阻應變法、光杠桿法和小角轉動法等等。上述方法一般只能面向小尺寸試樣，需采用精密儀器在實驗室完成，難以直接面向工業現場進行測試。
本發明公布了一種鐵磁性材料磁致伸縮曲線的SH0模態超聲導波測量方法，基本原理是：基于磁致伸縮機制的電磁超聲傳感器的能量轉換效率(激勵的SH0模態導波能量與傳感器輸入電能的比值)與被測材料的磁致伸縮系數成正比。利用基于磁致伸縮機制的電磁超聲傳感器在薄板中激發和檢測SH0模態超聲導波(采用自激自收或一激一收)，分析得到SH0模態超聲導波幅值與外加靜態磁場強度的關系曲線，結合SH0模態超聲導波激勵的相關理論，反演得到測試材料的磁致伸縮曲線。該方法屬于非接觸測量且不用制備特殊試件，可實現現場在線檢測。
發明內容
本發明是一種鐵磁性材料磁致伸縮曲線的SH0模態超聲導波測量方法，目的在于提供一種便捷、快速、非接觸的鐵磁性材料磁致伸縮測量方法，同時可利用該方法實現鐵磁性材料的無損檢測。
為實現上述發明目的，本發明提供的技術方案如下：
1.鐵磁性材料磁致伸縮曲線SH0模態超聲導波測量方法的理論推導
a.動態磁場計算
根據基于磁致伸縮機制的電磁超聲傳感器的配置情況建立二維簡化模型，并根據麥克斯韋方程和電磁邊界條件可得在試件內產生的動態磁場的表達式為
其中，Hdy(y,z)為動態磁場在y方向上的分量，Hdz(y,z)為動態磁場在z方向上的分量，a為回折線圈導線的寬度，D為回折線圈的周期，hl為回折線圈的提離距離，μr為材料的相對磁導率，μ0為真空磁導率，I0為回折線圈的激勵電流，ω為激勵電流的角頻率，t為時間，δ為集膚深度，σe為材料的電導率，An、kn和qn為與傳感器回折線圈尺寸相關的系數，且qn為正數，n為從0到∞的自然數，j為虛數單位。
由于Hdy(y,z)Hdz(y,z)，回折線圈在鐵磁性材料內產生的動態磁場為y方向的分量，即試件內的動態磁場簡化為：
