[發明專利]鐵磁性材料性能的一階反轉磁化響應矩陣表征方法

有效

• 申請號: 202010154673.8
• 申請日: 2020-03-08
• 公開（公告）號: CN111257407B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 何存富;瞿玲潔;劉秀成
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N27/83
• 分類號: G01N27/83
• 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性能的一階反轉磁化響應矩陣表征方法，利用鐵磁性材料一階反轉磁化過程中宏、微觀磁響應，構建由多維磁參量組成的基準磁矩陣，用于對不同深度材料的微觀組分、宏觀力學性能等目標指標的定量表征。利用2個電感線圈分別測試主磁通量變化和接收磁巴克豪森噪聲信號；其次，以切向磁場強度響應為橫軸、反轉磁場強度響應為縱軸建立二維基準空間，從主磁通量變化和磁巴克豪森噪聲信號中提取出對應基準空間的多維磁參量，構建基準磁矩陣；最后，針對具有不同目標指標的材料進行基準磁矩陣測試，通過分析基準矩陣中特征磁參量對目標性能指標的表征能力，確定有效的一階反轉磁化響應空間，并實現鐵磁性材料性能的最優磁表征。

技術領域

鐵磁性材料性能的一階反轉磁化響應矩陣表征方法屬于微磁無損檢測技術領域，該方法能對不同深度材料的微觀組分、宏觀力學性能等目標指標進行定量表征，其無損表征效果能達到最優。

背景技術

傳統的微磁無損檢測技術，主要采用等幅的多周期正弦波磁場對待測鐵磁性材料進行飽和或近飽和磁化，利用多個周期的檢測信號進行平均后，提取固定磁化條件下的磁參量進行力學性能表征。例如北京工業大學蔡燕超利用頻率12Hz、峰峰值8V的正弦波對具有不同表面硬度的S136試件進行磁化，通過采集巴克豪森噪聲信號和切向磁場強度信號得到蝶形曲線，從中提取蝶形曲線峰值M_max、峰值對應的切向磁場強度H_cm、半峰寬DH50M等磁參量用于硬度表征；國外學者利用0.5Hz的正弦波對具有不同微觀組分的SAE1020和1045鋼進行磁化，通過采集磁感應強度信號和切向磁場強度信號得到磁滯回線，從中提取矯頑力和微分磁導率來表征不同的微觀組分。

由于磁疇運動特性直接決定了微磁信號對力學性能的檢測靈敏度。飽和或近飽和磁化無法調控磁疇運動特性，只能獲得一種磁化狀態下的微磁信號，往往無法實現全局(磁化狀態)條件下力學性能的最優表征。另外，等幅磁場可磁化的最大深度是固定的，無法再獲得檢測范圍內不同深度的微磁信號，也即不具備對不同深度材料力學性能進行評價的潛力。針對上述問題，本發明專利提出利用負極性幅值線性調制的多周期正弦波磁場對待測鐵磁性材料進行一階反轉磁化，獲得不同磁化條件(強度、變化率)下的微磁信號，并構建多維基準磁矩陣，用于對不同深度材料的微觀組分、宏觀力學性能等目標指標進行最優無損表征。

發明內容

本發明的目的是提出一種鐵磁性材料性能的一階反轉磁化響應矩陣表征方法，利用鐵磁性材料一階反轉磁化過程中宏、微觀磁響應，構建由多維磁參量組成的基準磁矩陣，用于對不同深度材料的微觀組分、宏觀力學性能等目標指標的定量表征。

為實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

首先，利用負極性幅值線性調制的N(5≤N≤50)個周期正弦波磁場H對待測鐵磁性材料進行一階反轉磁化，利用霍爾元件測試材料表面的切向磁場強度，繞制于U型磁芯的感應線圈測試主磁通量變化巴克豪森噪聲檢測線圈接收磁巴克豪森噪聲信號。將第i(i＝1,2,3,…,N)個磁化周期內從反轉場H_r至正向磁飽和場H_sat的切向磁場強度響應信號均勻插值離散成具有(M-N+i)個元素的一維矩陣E，對矩陣左側進行N-i次補零操作，形成長度為M的一維矩陣P，再將N個磁化周期形成的一維矩陣P依序排列構建一階反轉磁化的二維基準空間矩陣Q，行列數分別為N和M；

其次，將主磁通量變化引起的線圈輸出電壓經過積分換算后，得到磁感應強度B，或進一步計算得到微分磁導率μ＝B/H，映射到二維基準空間矩陣Q，形成磁感應強度和微分磁導率基準磁矩陣；或計算磁巴克豪森噪聲信號的均方根值曲線，映射到二維基準空間矩陣Q，形成磁巴克豪森噪聲基準磁矩陣；