hmc-1022磁敏元件磁记忆检测仪的研制

hmc-1022磁敏元件磁记忆检测仪的研制

0法向分量hpy变化符号金属磁强计检测技术可以探测铁磁性组件的危险零件和位置，这是一种新的损伤检测方法，用于早期故障排除。理论与实践研究证明:在铁磁性部件的缺陷或应力集中区域,磁场的切向分量Hp(x)具有最大值,法向分量Hp(y)改变符号且具有零值。在实际检测中,通常是拾取被测表面的法向分量Hp(y)作为检测信息,目前,国内外的磁记忆检测仪器也都是采用检测磁场的法向分量作为判断依据的。由于各种因素的影响,仅采用法向分量作为判别磁记忆检测结果的可信度往往不高,由于磁场强度是一个空间矢量,除法向分量外还有其他2个方向分量。拾取除了法向分量以外的其他磁信息,能够增加信息冗余量,提高判断的准确性,同时,还可以找到一些表征缺陷信息的特征量。基于此,以HMC—1022磁敏元件为基础,开发了二维磁记忆检测仪器,可以对磁场强度的2个方向分量同时进行检测,为进一步通过二维磁记忆信号对铁磁性金属设备结构件的应力应变状态诊断评估提供必要的检测工具。1脉冲消磁电阻器检测仪器主要由探头、脉冲消磁电路和滤波放大电路组成。探头采用灵敏度极高的磁敏电阻器来检测铁磁性工件本身的十分微弱的磁信号;脉冲消磁电路用来消除外界干扰磁场的影响,使磁敏电阻器保持在高灵敏度状态;滤波放大电路则对检测出来的微弱磁信号进行放大,以便观察,进行数据分析。1.1惠斯电阻桥探头采用霍尼韦尔公司的二轴磁敏电阻器HMC—1022,它是按4元件惠斯通电桥配置而成,能将磁场强度转换成差分输出电压。它的灵敏度极高,能检测强度低至3×10-9T的磁场。1.2恢复到低电流脉冲信号的磁敏电阻器s/r+和s/r磁敏电阻器在受到外界强磁场(大于4×10-4T)的干扰时,会导致输出信号的衰变。为了减少这种影响和最大化信号输出,可在磁敏电阻器的S/R+和S/R—引脚之间通过一个大电流脉冲信号,来消除过去磁历史的影响,把磁敏电阻器恢复到测量磁场的高灵敏度状态。图1(c)所示为脉冲消磁电路,在其9引脚处施加一个图1(a)所示的5V的方波时钟信号,在磁敏电阻器的S/R引脚就能得到一个正负脉冲信号。1.3放大处理和滤波处理磁敏电阻器的输出电压信号很小,一般只有几毫伏,需要进行放大处理,同时,为了减少外界干扰,可进行滤波处理。滤波放大电路如图1(b)所示,通过调节连接在AD620的1和8引脚之间的电位器可以改变放大增益。2装置工作原理为了测定弱磁传感器的基本性能,设计了一个简易标定系统。由亥姆霍兹线圈、隔磁装置、可调电源和显示装置组成。调整电源参数,亥姆霍兹线圈会产生不同数值的稳定的均匀磁场。将探头置于线圈中心处,该处的磁场强度可由公式Hz0=0.715NIRΗz0=0.715ΝΙR计算得出。改变电流值,得到不同的磁场强度,同时,记录下检测仪器的输出电压值。为了防止地磁场和其他杂散磁场的干扰,在整个实验的过程中,将线圈和探头都放置在隔磁装置中。该装置内外共三层,由坡莫合金制成,隔磁效果较好,内部的磁场强度仅为地磁场的0.3%。亥姆霍兹线圈中心处的磁场强度方向是沿轴向分布的,因此,在实验时,先将探头竖直放入线圈内中心处,使其法向与线圈的中心轴线重合,反复改变电流值,记录检测仪器的输出电压。然后,再将探头水平转动90°,使其垂直于线圈中心轴线的方向,即让其切向与线圈的中心轴线重合,再反复改变电流值,记录仪器的输出电压。根据实验检测记录的数据,绘出磁场切向分量Hp(x)和法向分量Hp(y)的标定曲线图,如图2所示。由实验结果可得出检测仪器的主要技术指标:线性误差为2.78%,滞后误差为2.23%,重复性误差为1.53%,灵敏度为30V/T,分辨力为10-5T。3法向分量hpy的检测为了进一步验证传感器的性能,对经过拉伸的A3钢试件进行了检测实验,试件形状如图3所示,图中,阴影部分为检测区域15mm×240mm,在其中心线上距检测区域左端185mm处开有一直径为3mm的圆孔缺陷,经过拉伸后,在圆孔边缘出现了较明显的塑性变形。用自制的检测仪器和俄罗斯的TSC—1M—4型金属磁记忆检测仪分别进行了检测,将二者的检测结果相对比,发现二者曲线的变化规律趋势基本相同。图4为试件中心线处二者的法向分量Hp(y)检测曲线对比。在试件检测区域表面绘制一个15行120列的网格,检测网格结点处的数据,这样,每行采集121个数据点,每2个数据点之间间隔2mm,共采集14组。将数据输入Matlab软件中,绘出三维立体图形,其中,图5(a)为Hp(y)在试件表面的分布,图5(b)为切向分量沿试件表面的分布。在图5(a)中的x约为8mm,y约为190mm处,有一尖峰突起,该处正是试件的圆孔缺陷所在处。该尖峰处没有正好位于圆孔缺陷的中心处可能是由于工件本身的材质不均匀等因素造成,但二者之间的距离十分接近。由于现有仪器都是检测Hp(y)值的,因此,切向分量尚无法和已有仪器的检测结果进行对比。国外的已有研究表明:磁场切向分量对于确定塑性变形区域起着重要作用。4与俄罗斯tsc—结论利用二维磁敏电阻器制作的二维弱磁检测仪,其主要技术指标基本满