便攜式磁性金屬疲勞檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種便攜式磁性金屬疲勞檢測方法，包括如下步驟：1）校準(zhǔn)：將探頭放置在被測磁性金屬無損區(qū)的表面或等高面上，調(diào)節(jié)電磁鐵線圈的電流I，校準(zhǔn)霍爾傳感器輸出電壓值；2）檢測：將探頭在被測磁性金屬表面移動或?qū)⑻筋^沿著與第1）步驟中相同的被測磁性金屬表面的等高面上移動，由霍爾電壓UH與被測磁性金屬的磁導(dǎo)率關(guān)系測得每一個測量位置的磁導(dǎo)率，并得到磁導(dǎo)率μr和檢測位置X之間的μr-X曲線或建立霍爾電壓UH和檢測位置X之間的UH-X曲線；3）判定：在μr-X曲線或UH-X曲線上發(fā)生劇烈波動的區(qū)域位置，即表明被測磁性金屬在該位置處發(fā)生了疲勞損傷。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于金屬疲勞檢測
，具體的為一種用于檢測磁性金屬疲勞損傷的。
技術(shù)介紹
自上世紀(jì)八九十年代以來，鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)橋梁施工、高層建筑、鐵路修筑等行業(yè)。隨著鋼材在建筑材料中所占比例的逐年增加，由金屬疲勞破壞導(dǎo)致的安全事故的發(fā)生率也在逐年增長。在世界范圍內(nèi)，由金屬疲勞破壞引起的安全事故給人們造成了十分慘痛的傷害，如在1998年6月3日德國艾須德高鐵車禍?zhǔn)鹿手校咚倭熊嚦鲕壊⒆采详憳颍瑢?dǎo)致101人死亡，而造成該事故的原因則是列車車輪在高速行駛中產(chǎn)生了疲勞損傷，列車的輪軌滾動接觸疲勞(Roiling Contact Fatigue，RCF)載荷使鐵軌表面產(chǎn)生的裂紋，但究其根本原因卻是那時的德國缺乏探測車輪真實損耗的設(shè)備。反觀國內(nèi)，隨著技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新，促使高速鐵路的大量鋪設(shè)，而高速鐵路是一柄雙刃劍，既給人們帶來方便，也帶來了隱患，一個小小的裂縫就會給列車的安全運(yùn)營造成潛在的危險。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，普通鐵軌，如京九鐵路交通樞紐鄭州站平均每天每根鐵軌要接受近千次的沖擊。一方面是高速、超高速列車的迅速發(fā)展與普及，另一方面是相關(guān)安全檢測設(shè)備的落后和缺乏，這樣的矛盾使得研發(fā)用于檢測金屬疲勞程度的儀器已經(jīng)迫在眉睫，只有對鐵軌頻繁的檢測與維護(hù)才能確保列車行駛的暢通無阻，將事故扼殺在搖籃中。現(xiàn)有的金屬探傷方法有X光射線探傷、Y射線探傷、超聲波探傷等方法。考慮到實際情況，X光射線探傷和Y射線探傷均為放射元素射線探傷，不僅需要用放射源發(fā)出射線，而且放射元素射線探傷對人的傷害極大，操作不慎會導(dǎo)致操作人員受到輻射傷害，給操作人員的健康造成威脅；超聲波探傷的結(jié)果不直觀，無法準(zhǔn)確確定焊接及其他缺陷的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸、形狀、位置等，不能為焊接及其他缺陷的確診、修復(fù)提供明確的依據(jù)。另外，現(xiàn)有的各種射線、超聲波探傷檢測儀器還具有笨重、價格昂貴的缺點(diǎn)，無法方便實時的實現(xiàn)對整個鐵路沿線的檢測。鑒于此，本專利技術(shù)旨在探索一種，該能夠有效對磁性金屬材料的疲勞損傷進(jìn)行檢測，且不會對操作人員的健康帶來影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提出一種，該能夠有效對磁性金屬材料的疲勞損傷進(jìn)行檢測，且不會對操作人員的健康帶來影響。要實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)的，包括如下步驟將探頭放置在被測磁性金屬無損區(qū)的表面或等高面上，調(diào)節(jié)電磁鐵線圈的電流I，校準(zhǔn)霍爾傳感器輸出電壓值；2)檢測將探頭在被測磁性金屬表面移動或?qū)⑻筋^沿著與第I)步驟中相同的被測磁性金屬表面的等高面上移動，由霍爾電壓Uh與被測磁性金屬的磁導(dǎo)率關(guān)系CZh =λ-Κμ,μ.ηΙ，測得每一個測量位置的磁導(dǎo)率，并得到磁導(dǎo)率μ r和檢測位置X之間的μ r-X曲線或建立霍爾電壓Uh和檢測位置X之間的Uh-X曲線；其中，η為電磁鐵線圈的匝數(shù)； Ur為霍爾傳感器輸出電壓工作段的中間值，所述霍爾傳感器輸出電壓工作段位于霍爾傳感器電壓輸出特性曲線的線性區(qū)；K為霍爾系數(shù)；μ。為空氣的磁導(dǎo)率；μ r為被測磁性金屬的磁導(dǎo)率；I為通入電磁鐵線圈的電流；3)判定在μ r-X曲線或Uh-X曲線上發(fā)生劇烈波動的區(qū)域位置，即表明被測磁性金屬在該位置處發(fā)生了疲勞損傷。進(jìn)一步，所述第I)步驟中，校準(zhǔn)霍爾傳感器輸出的電壓值為其工作段輸出電壓的中間值Up進(jìn)一步，所述第2)步驟中，探頭在被測磁性金屬表面或等高面上勻速移動。進(jìn)一步，所述第2)步驟中，霍爾傳感器輸出的霍爾電壓經(jīng)數(shù)據(jù)處理裝置的放大器和A/D轉(zhuǎn)換器處理后與數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)采集器采集的由位置傳感裝置輸出的位置信號匹配，并通過顯示器輸出μ「Χ曲線或Uh-X曲線。 本專利技術(shù)的工作原理為金屬的微觀結(jié)構(gòu)為由一個個晶粒構(gòu)成的多晶結(jié)構(gòu)組成，對于磁性金屬材料來說，這一個個晶粒構(gòu)成磁疇，這些磁疇在外磁場的作用下，體現(xiàn)出典型的磁滯特性,在磁飽和前具有很高的磁導(dǎo)率，磁導(dǎo)率與磁性金屬的磁疇結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，磁疇結(jié)構(gòu)的變化會明顯的影響材料的磁導(dǎo)率，從而影響作用在該鐵磁性金屬的外磁場。用磁性材料做成的構(gòu)件，比如我們很多建筑使用的鋼結(jié)構(gòu)材料，在長期使用中會不斷的發(fā)生形變，出現(xiàn)疲勞損傷，金屬疲勞過程中其內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu)和晶粒間隔均發(fā)生變化，從而磁疇結(jié)構(gòu)被改變,進(jìn)而導(dǎo)致材料的磁導(dǎo)率變化,而這些變化在出現(xiàn)肉眼可見的明顯疲勞裂痕前就存在了，因此作為磁性金屬材料，我們可以通過檢測被測磁性金屬磁導(dǎo)率變化，來預(yù)見隱藏導(dǎo)致金屬材料斷裂的安全隱患。本專利技術(shù)的有益效果為本專利技術(shù)的通過校準(zhǔn)，確定適用于該磁性金屬的電磁鐵線圈的通入直流電流I的大小，以便使霍爾傳感器在其輸出特性曲線的線性區(qū)工作，保證測量精度；在檢測過程中，通過將探頭在被測磁性金屬表面移動或?qū)⑻筋^沿著與被測磁性金屬表面的等高面上移動，保證測量基準(zhǔn)一致，由于霍爾傳感器輸出電壓與通過的磁通量有關(guān)，而探頭與被測磁性金屬表面的距離會影響霍爾傳感器的磁通量，因此，保證在測量過程中探頭與被測磁性金屬表面的距離一致，能夠保證霍爾傳感器輸出的電壓的測量基準(zhǔn)的一致，防止霍爾傳感器的輸出電壓由于探頭與磁性金屬表面的距離波動而發(fā)生波動；在判定過程中，在μ r-X曲線或Uh-X曲線上，由Hil可知，出現(xiàn)劇烈波動的區(qū)域位置，表明霍爾傳感器在該區(qū)域位置處的輸出電壓值與其他區(qū)域相比發(fā)生較大波動，即被測金屬磁導(dǎo)率在該區(qū)域位置發(fā)生變化，說明該區(qū)域位置發(fā)生了疲勞損傷；綜上，本專利技術(shù)的通過采用霍爾傳感器對被測磁性金屬的磁導(dǎo)率變化進(jìn)行測量，能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)生疲勞損傷的區(qū)域，便于對整個被測磁性金屬進(jìn)行監(jiān)控和后續(xù)處理，且本專利技術(shù)的的測量過程簡單方便，并能夠在μ -曲線或Uh-X曲線上直觀的在現(xiàn)場進(jìn)行判斷，便于操作人員標(biāo)記和記錄。附圖說明圖I為適用于本專利技術(shù)的其中一種便攜式磁性金屬疲勞檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為探頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為霍爾傳感器電壓輸出特性曲線；圖4為采用本專利技術(shù)便攜式磁性金屬疲勞檢測儀對扁鋼條疲勞彎曲50次后測得的磁導(dǎo)率變化曲線；圖5為采用本專利技術(shù)便攜式磁性金屬疲勞檢測儀對扁鋼條疲勞彎曲100次后測得的磁導(dǎo)率變化曲線；圖6為采用本專利技術(shù)便攜式磁性金屬疲勞檢測儀對扁鋼條疲勞彎曲150次后測得的磁導(dǎo)率變化曲線。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式作詳細(xì)說明。如圖I所示，為適用于本專利技術(shù)的其中一種便攜式磁性金屬疲勞檢測儀的結(jié)構(gòu)示意圖。該便攜式磁性金屬疲勞檢測儀包括探頭I、與探頭I相連的數(shù)據(jù)處理裝置和與數(shù)據(jù)處理裝置相連并用于顯示波形的顯示器2，探頭I包括用于檢測磁場變化率的霍爾傳感器3和與穩(wěn)壓直流電源5相連并用于產(chǎn)生磁場的電磁鐵線圈4，霍爾傳感器3安裝在電磁鐵線圈4的一端并位于探頭I的頂部。該便攜式磁性金屬疲勞檢測儀，通過在探頭I上設(shè)置電磁鐵線圈4用于產(chǎn)生磁場，霍爾傳感器3用于檢測磁場變化并產(chǎn)生電壓信號，電壓信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理裝置處理后，由顯示器顯示波形，通過波形的變化，可直觀方便判斷磁性金屬的疲勞損傷情況，其工作原理如下霍爾傳感器3的轉(zhuǎn)換關(guān)系式為Uh = KB式中，Uh為霍爾電壓，B為磁場強(qiáng)度，K為霍爾系數(shù)；如圖3所示，在使用過程中，為了保證霍爾傳感器3對磁場變化檢測的精度，需要保證電磁鐵線圈4的磁場變化范圍在霍爾傳感器3的電壓輸出曲線的線性區(qū)內(nèi)，采用該原則選用磁鐵線圈4的磁場強(qiáng)度的工作段，其中為磁鐵線圈4磁場強(qiáng)度工作段的中間值，即為磁鐵線圈4工作段內(nèi)磁場強(qiáng)度變化的最大值與最小值的平均值，由于霍爾傳感器的電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種便攜式磁性金屬疲勞檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：1）校準(zhǔn)：將探頭放置在被測磁性金屬無損區(qū)的表面或等高面上，調(diào)節(jié)電磁鐵線圈的電流I，校準(zhǔn)霍爾傳感器輸出電壓值；2）檢測：將探頭在被測磁性金屬表面移動或?qū)⑻筋^沿著與第1）步驟中相同的被測磁性金屬表面的等高面上移動，由霍爾電壓UH與被測磁性金屬的磁導(dǎo)率關(guān)系測得每一個測量位置的磁導(dǎo)率，并得到磁導(dǎo)率μr和檢測位置X之間的μr？X曲線或建立霍爾電壓UH和檢測位置X之間的UH？X曲線；其中，n為電磁鐵線圈的匝數(shù)；Ur為霍爾傳感器輸出電壓工作段的中間值，所述霍爾傳感器輸出電壓工作段位于霍爾傳感器電壓輸出特性曲線的線性區(qū)；K為霍爾系數(shù)；μ0為空氣的磁導(dǎo)率；μr為被測磁性金屬的磁導(dǎo)率；I為通入電磁鐵線圈的電流；3）判定：在μr？X曲線或UH？X曲線上發(fā)生劇烈波動的區(qū)域位置，即表明被測磁性金屬在該位置處發(fā)生了疲勞損傷。FDA00002287793700011.jpg

【技術(shù)特征摘要】
1.一種便攜式磁性金屬疲勞檢測方法，其特征在于包括如下步驟 1)校準(zhǔn)將探頭放置在被測磁性金屬無損區(qū)的表面或等高面上，調(diào)節(jié)電磁鐵線圈的電流I，校準(zhǔn)霍爾傳感器輸出電壓值； 2)檢測將探頭在被測磁性金屬表面移動或?qū)⑻筋^沿著與第I)步驟中相同的被測磁性金屬表面的等高面上移動，由霍爾電壓Uh與被測磁性金屬的磁導(dǎo)率關(guān)系Uh =^Κμ0μΓη1，測得每一個測量位置的磁導(dǎo)率，并得到磁導(dǎo)率μ r和檢測位置X之間的μ r-X曲線或建立霍爾電壓Uh和檢測位置X之間的Uh-X曲線； 其中，η為電磁鐵線圈的匝數(shù)； Ur為霍爾傳感器輸出電壓工作段的中間值，所述霍爾傳感器輸出電壓工作段位于霍爾傳感器電壓輸出特性曲線的線性區(qū)； K為霍爾系數(shù)； Utl為空氣的磁導(dǎo)率； μ^為被測磁...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周平，陳皓，張冠南，梁紅艮，
申請(專利權(quán))人：重慶交通大學(xué)，周平，
類型：發(fā)明
國別省市：