型初始磁导率检测工况本章小结传感器设计与分析差动式传感器设计差动式传感器分析差动式传感器优化偶式传感器设计差动式传感器难以检测微小裂纹自相关检测原理偶式探头传感器设计偶式探头传感器分析传感器制作本章小结信号采集系统万方数据微处理器模块信号发生系统信号调理串口通讯模块扫描电机的运动控制与接口本章小结实验与数据分析试样的制作平台的搭建偶式传感器的多特征裂纹辨识本章小结技术应用铁氧体材料缺陷检测永磁铁氧体磁环的检测磁悬浮轴承的检测型软磁磁芯的检测自然裂纹宽度的估算球墨铸铁是否球化检测检测位置是否影响检测结果最优检测条件检测效果本章小结总结与展望总结展望参考文献附录附录万方数据作者简历万方数据图清单图检测原理示意图图铁氧体材料磁化曲线图差动检测探头示意图钢铁中残余奥氏体和球铁球化率等相量的测定磁性材料易磁化的快速判别等检测取得了良好的效果，做出了定性的分析效果。新产品微机式钢铁分选仪也已经被广泛使用。在使用螺线管式套筒笔式探头的情况下，可以实现对局部淬火硬度进行快速电磁无损检测。课题组已经率先涉足在线电磁无损检测的研制与开发，已研制成功Ⅱ型微机式钢铁材质自动分选线，解决了许多的实际问题并且成功在国内外多家公司和企业使用，实现了产品的全检，大大提高了劳动生产率。在国内其他高校也有相关研究，如年，合肥工业大学何辅云研究根据铁磁性材料初始磁导率来进行材质分选的技术。年，兰州理工大学帅立国设计了基于初始磁导率法的高速铁路钢轨无损检测仪，取得了较好的试验效果。然而以上的研究对象皆为大尺寸规则钢材，未见对小尺寸窄初始磁化区的铁氧体材料检测研究。为了满足高质高效的检测需求，本文创新性地首次提出将基于初始磁导率的裂纹检测方法改进后运用于铁氧体裂纹检测中。文章中对原有模型进行改进，创建了新的物理模型，推导出初始磁导率与检测电压幅值之间的数学关系。并针对铁氧体材料与钢铁材料在磁化特性上的不同，提出了在低激励下高灵敏度检测的优化方案。根据得到的理论结果针对性的对检测系统进行优化，实验结果表明，优化后的检测系统能够准确的检测铁氧体裂纹缺陷。课题主要研究内容铁氧体是种磁性金属氧化物，是铁氧化物和其他成分起烧结得到的。从二十世纪四十年代开始，铁氧体得到了快速的发展，近年来在多个领域得到大量的应用，产品产量迅猛增加。铁氧体和金属合金有很大不同，铁氧体的电万方数据浙江省硕士学位论文导率较低，几乎是电的绝缘体，具有较高的介电性能和在高频时较高的磁导率等优点。随着我国工业技术的快速发展，铁氧体在多个领域得到了应用，如高频通信领域电路设计计算机仪器设备等工业技术和制造部门，成为了至关重要的组成部分。而且在航天航空领域高频通信设备工业控制和环保节能等方面，也拓展出了宽广的应用空间。随着铁氧体材料的快速发展，突飞猛增的产量的对检测提出了高质高效的检测要求，传统检测方法已无法满足当前的检测需求。同时，裂纹的存在将会大幅度地降低铁氧体工件的性能，高质量的检测将会提升企业的产品价值，为企业带来显著的经济收益。鉴于，铁氧体检测领域尚未实现高质高效的检测方法，本课题针对性的研究将会对铁氧体的检测提供宝贵参考，为推进铁氧体自动化检测贡献力量。课题选取典型的铁氧体作为研究对象，基于磁路磁阻理论建立分析模型，实现对裂纹位置宽度深度长度等缺陷参数的测量功能。结合损伤和寿命评估理论建立预判模型，实现对工件在相应工况下的裂纹发展情况的预判功能。根据裂纹信号微弱磁路参数复杂探头设计困难等特点展开研究，从物理建模探头设计信号采集与处理评估与预判环节对铁氧体工件全面深入分析，为检测系统和评估与预判提供有效依据。本论文主要研究内容围绕以下几点展开系统物理建模。根据探头在检测工件表面裂纹时的实际工况，建立物理模型。基于磁路磁阻理论及麦克斯韦方程组理论，推导严谨的模型系统的数学表达方程式，依据理论分析检测系统探头结构磁芯材料空气间隙激励选择扫描方向等参数，实现对裂纹位置宽度深度长度等信息的有效检测。传感器探头设计。探头传感器是实现测量的首要环节，是本检测仪器的关键组织部件，传感器的设计构造和材料类型等参数从原理上决定了设备的精度和灵敏度。由电磁学原理和麦克斯韦方程组可得，激励线圈产生的交变磁场将被测件纳入检测磁回路中，测量线圈通过检测线圈感应电压的变化可以检出磁场受试件性能的影响。在电磁无损检测中，检测线圈能提取反映被测钢铁成分组织结构等性能不同所引起的差异量，并相应地转换成电信号，经系统放大处理显示，从而反映出钢轨的裂纹损伤等相关品质。在设计中，探头传感器参数的确定要综合考虑检测要求测试条件被测工件的形状材质以及检测仪器的匹配等多种因素。因此，通过电磁感应原理，万方数据浙江省硕士学位论文分析线圈阻抗与哪些因素有关，有何种关系，可为探头传感器的设计提供理论指导和参考。在实际应用中，还要综合考虑检测用途测试条件测试件的形状和材质及检测仪器的要求等多种因素。当前磁路传感器的设计流程需要首先给出检测传感器所需求的工作阻抗和外形大小，但是现有的理论推导公式与实际应用存在很大出入，不适合照搬照用。因此，研究通电线圈在被测件和探头中产生的磁通路，分析感应线圈信号与裂纹缺陷有何种关系，最优化检测探头对裂纹缺陷的灵敏度，同时还可用于裂纹损伤和寿命评估。信号采集与处理。在铁磁性材料分选系统中，通过获取被检测材料和标准材料的感应电压的差异来判断被检测材料是否符合要求。由于探头得到的检测信号比较微弱，需要经过放大以后再处理。般来说放大器的设计必须根据测量信号的性质来选择和设计。从探头输出的信号比较微弱，而二者之间的电压差值将会更小，因此信号需要多级放大后才能得到能够进行后续处理的信号。有用信号会有个频谱的分布范围，所以信号需要通过个带通滤波器滤除无用信号。经过放大和滤波后的信号通过转换电路采集实现模数转换并经微机存储至，微机根据信号特性做进步数据处理及检测，并将结果显示。技术应用。基于初始磁导率的检测方法实现了铁氧体缺陷的自动化检测，检测产品包含软磁铁氧体磁芯，永磁磁环和磁悬浮轴承的缺陷检测。同时在球墨铸铁的球化检测方面，基于初始磁导率的检测方法也获得了很好的检测效果。转向节是汽车制动系统中的重要部件，其主要由球墨铸铁铸造，然而人工在生产球墨铸铁时，有忘记加球化剂的情况，这个企业带来了很大的经济损失，基于初始磁导率的检测方法可以准确判别出铸铁是否球化，可以及时叫停相关生产线，免除人工疏忽因素。基于初始磁导率的检测方法很好的检测效果，为企业解决了球墨铸铁球化情况检测的相关技术难题，响应了国家提倡的产学研工程。总结全文的主要内容，针对研究的基于初始磁导率检测方法存在的问题，进步提高其性能方面进行展望。万方数据浙江省硕士学位论文基于初始磁导率的裂纹检测原理及模型的建立铁氧体材料中存在的裂纹将显著改变其磁导率属性，磁导率变化可直观反映出工件内部是否有裂纹存在，。磁导率检测模型为了实现对铁氧体裂纹的检测，建立磁回路模型，将被测工件的磁导率变化反映在电压输出上。如下图所示，磁回路由检测探头空气气隙和被测工件三部分组成。图检测原理示意图依据安培环路定理和磁路的欧姆定律可得式中，为磁回路磁通为探头磁芯空气隙被测件的磁导率万方数据浙江省硕士学位论文为探头空气隙和被测区域长度为激励线圈匝数为激励电流为磁路截面积。引入麦克斯韦第二方程带入公式得到式中，为响应线圈匝数。由上式可知，当被测铁氧体试件内有裂纹时，其磁导率将会减小，对应的检测电压也会减小。检测被测工件的电压输出响应，即能评判铁氧体工件是否存在裂纹及其大小情况。初始磁导率检测工况磁导率是个随磁化强度变化的物理量，铁氧体工件的磁阻随激励的不同而不同，所以裂纹的存在并不是导致磁阻变化的唯来源，进而无法依靠磁阻的变化来判断裂纹的存在，。铁氧体材料磁化曲线如下图所示。图铁氧体材料磁化曲线由上图可知，铁氧体的磁化曲线为非线性曲线，磁阻和磁导率皆为随激励变化的参数。但在初始磁化阶段，如图中点范围引出的虚线框内所示，其磁化曲线近似为条直线，材料的磁导率与磁阻近似保持不变，可以满足检测需求，该磁化区域内的磁导率即为初始磁导率。万方数据浙江省硕士学位论文铁氧体的初始磁化区较般金属材料更窄，对其检测进行初始磁化时，需要更加微小的激励。参考等铁氧体材料的初始磁化要求，均要求，因此可计算得其激励电流的范围为可见铁氧体材料的裂纹检测必须实现对微小激励信号作用下的输出响应的准确提取。本章小结本章建立了磁路模型，依据磁路的欧姆定律和麦克斯韦第二方程，推导出了磁导率与检测电压相应之间的对应关系。将裂纹导致的物理属性改变表征为电信号输出响应，证实了自动化检测实现的理论可行性。接下来将在推导出的理论模型的基础上，设计针对不同检测对象的传感器探头，并进行深入分析。万方数据硕士学位论文基于初始磁导率的铁氧体工件裂纹检测作者徐浩校内导师叶树亮教授校外导师蒋伟专业领域仪器仪表工程中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文基于初始磁导率的铁氧体工件裂纹检测作者徐浩专业领域仪器仪表工程校内导师叶树亮教授校外导师蒋伟申请学位工学硕士论文类型应用研究二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名导师签名签字日期年月日签字日期年月日万方数据致谢在论文完成之际，回顾过去，三年的研究生生涯让自己在学习和生活上获益匪浅，尤其在思