【弱磁检测系统设计研究国内外文献综述3500字】

弱磁检测系统设计研究国内外文献综述1国外研究现状随着俄罗斯教授Doubov将磁记忆检测相关学说在1997年国际无损检测会议进行了简要概括，经过国内外学者的广泛研究，该技术已经与电磁学、材料学等学科广泛融合，发展成了新型弱磁无损检测技术。磁记忆检测技术首先在俄罗斯石油管道检测中得到了成功的应用，Doubov教授团队开发出一系列基于磁记忆检测技术的检测设备，并成立了动力诊断公司，针对磁记忆检测进行专用的软硬件开发与生产制造。随着该技术在俄国内广泛应用，该技术相继被东欧、中国、东南亚等国引入国内，各国已在工程机械、输油管道、航空装备等领域开展磁记忆检测技术的应用。为了扩展该技术在工业领域的应用场景，国内外学者在磁记忆检测的机理研究与设备开发及应用方面做了大量工作，取得了一系列丰硕的成果。在磁记忆机理研究方面，美国教授Jiles深入的研究了磁机械效应与弹性效应，为Jiles-Atherton模型的产生提供了理论基础，实现了对铁磁材料弹性变形形成的复杂力磁耦合作用进行有效的解释；WilsonJW将磁弹性原理引入到漏磁检测领域，在对焊接件表面缺陷进行磁记忆检测研究，较好的解释了磁记忆检测的物理机理；S.Chikazumi对金属的铁磁效应进行了研究，并将研究成果与金属磁记忆效应结合，为机械设备疲劳损伤的累积与磁化过程研究提供了理论支撑；Wang等人通过对磁偶极子模型的研究，实现了损伤处位置信息与缺陷的尺寸信息对磁信号影响程度的量化，建立的力磁耦合模型利用磁检测实现了对缺陷处疲劳裂纹的萌生的有效监测。此外，Zheng等人对缺陷的研究考虑了宽度尺寸对磁场的影响，将二维的磁偶极子模型跨越到三个维度，采用仿真对磁偶极子模型加以实例验证，有效扩展了磁偶极子的适用范围。磁记忆检测设备开发及应用方面，俄罗斯Dubov教授对锅炉、工程机械以及航空装备等领域引入了磁记忆检测，采用开发的TSC系列的检测仪对铁磁构件表层漏磁信息的获取，通过磁记忆检测技术分析表明在构件的缺陷与退磁区域容易产生应力集中；Jiles教授团队开发出一套磁检测仪Magnescope，从理论与实验方面对力磁效应都开展了深入的探究；Zhang等人以霍尔元件为核心设计了阵列磁记忆传感器并搭建简化测试设备，通过该检测设备对复杂形状或大表面积的部件进行裂纹扩展检测，研究表明磁记忆检测能够对裂纹扩展进行有效的监测；Qiao等人采用DSP和CPLD技术的系统构架，结合霍尔元件开发了一种针对钢丝绳检测的新型磁记忆检测系统，该系统具有稳定性高、定位准确等特点，有效的实现了对钢丝绳带的检测；Chu等人将具有磁电耦合效应的新材料运用于磁通门传感器的设计中，实验表明该传感器在磁场测量中相较于传统磁通门传感器精度更高，该检测探头在磁导航、弱磁检测具有广泛前景；GerdDOBMANN等设计了一款能够实现对机械零件的表面特性如硬度，屈服和抗拉强度等定量的评价的弱磁检测设备。FraunhoferIZFP提出了采用3MA与应力分析的复合检测方案，并开发检测仪器设备，通过将该检测设备与智能算法相结合，能够实现对机械构件的残余应力、裂纹等指标的有效评价。D.O’Sullivan用MAE方法描述铁素体不锈钢（AISI430）的应力状态，并提出MAE绝对能量这一参数对测量波形进行定量。剩磁检测方法与Doubov等提出的磁记忆方法类似，但在外加磁场激励和微小磁场测量方式上有所不同。近年来，还发展了电磁超声检测方法，利用多频交流磁化的塑性变形检测方法，利用增量磁导率等新磁滞特性参数的损伤表征和检测方法，以及利用各种新型传感器和复合电磁检测材料损伤、热处理、加工硬化等的方法。这些方法一方面需要外加磁场激励，操作不便，另一方面，由于其自身发展还不够完善和成熟，诸多检测应用效果还需要进一步验证。2国内研究现状随着磁记忆检测技术的深入研究，于上世纪九十年代被引入国内，1999年的国际无损检测会议的召开，在会议上俄罗斯Dubov教授针对压力容器、锅炉等工程中常见的部件运用磁记忆检测的成功案例进行了介绍，促进了该技术在国内的进一步的发展。磁记忆检测由于在铁磁材料探伤中能够实现早期诊断，并在国内外具有众多的成功应用案例，结合在国内工业发展中具有广泛的实际需求，因此国内高校与研究机构对磁记忆检测技术开展了广泛的研究。在机理方面清华大学和北京交通大学分别从有限元仿真和磁偶极子模型的角度来解释磁记忆信号与应力之间的关系；装甲兵工程学院在对再制造检测时采用实验的方式实现了磁记忆信号对应力集中的表征，研究结果表明，采用磁记忆信号可以对金属材料的剩余寿命进行准确的评估；哈尔滨工业大学通过铁磁材料对塑形变形与漏磁信息之间的关系进行探索，研究表明铁磁材料的塑形变形可以采用磁信号的异常进行判定；浙江大学通过对235钢试样进行实验研究，通过对磁信号与材料弹性变形之间的耦合关系的研究，结果表明磁记忆信号能够有效的对缺陷的变形与应力集中进行表征，能够将其应用到缺陷尺寸与位置的定量化评价中；合肥工业大学作为最早进行绿色设计团队，将磁记忆技术应用到再制造中，通过对退役驱动桥壳的进行研究，不仅完成了对退役桥壳在不同损伤变形状态下的磁信号量化，还对磁记忆技术在桥壳材料裂纹扩展的变化规律进行了探索，采用磁检测与智能算法相结合，为驱动桥壳的服役寿命的评估与再制造提供了依据。厦门爱德森电子有限公司采用微观角度对磁记忆检测机制进行研究，分别对施加不同载荷Q235钢试样内部的微观组织形貌进行观测，探明了铁磁金属漏磁信号产生的本质原因。在中国磁记忆检测设备的开发和应用中，太原科技大学乔铁柱和李建勇团队开发了便携式金属磁记忆探测器。采用了51单片机+Linux操作系统的构架，实现对弱磁信号的检测；清华大学李路明教授研究小组开发了一种能够利用高灵敏度磁阻传感器的手持式金属磁记忆检测设备，可以检测火车导轨、管道等缺陷处的弱磁信号；在北京理工大学，张卫民团队因为工程检测的实际需求，开发了基于嵌入式的便携式金属磁记忆检测设备，通过磁记忆检测手段，利用单向静拉伸实验进行研究了Q235钢和40Cr钢外部磁场信号与载荷规律，通过对微观组织的观测，对位错缺陷与磁畴之间的内部作用进行了解释，进一步探究了金属磁记忆效应的产生机理；在南昌航空大学，任吉林团队利用江苏多维技术开发的TMR薄膜磁阻传感器，对弱磁检测设备的开发进行了广泛的研究，根据弱磁检测的二维检测原理，采用微处理器与弱磁检测探头相结合的方式，开发了能够进行二维检测的新型磁记忆检测设备，该检测设备将通过数据处理的手段将采集的磁场信号的切向信号与法相信号自动进行正交合成李萨如图形，并通过实验方式验证了仪器的工作性能，对李萨如图形观察判断实现了应力集中区的定量分析；在北京工业大学，刘秀成团队通过采用类亥姆霍兹线圈作为激励，以TMR作为传感器，设计了能够对钢丝表面进行检测的环形阵列传感器，并对传感器的阵元一致性以及阵列传感器的检测能力进行了研究；在传感器制造方面，江苏多维科技采用TMR进行弱磁传感器的设计开发，传感器的性能全国领先并得到了广泛应用。国内进行磁检测设备开发的公司中，厦门爱德森电子有限公司研究开发了EMS-2003+/EEC-96++智能检测设备，不仅能够对磁记忆进行有效检测，还具有兼容涡流、漏磁等检测功能，该系列检测设备在飞行器叶片与起落架中都得了成功的应用。黄松岭等利用磁记忆信号对多种钢材的早期损伤进行评估，认为磁信号过零点可定性判断材料的应力集中，磁记忆信号法向分量的梯度与应力近似呈单调递增关系，证明了磁记忆方法定量评估应力水平的可能性。同时，他们发现塑性应力状态下，磁记忆信号法向分量的梯度与应力不唯一确定。此外，磁记忆检测方法还被应用在涡轮发动机转子叶片，飞机起落架，电站汽轮机等多种构件的应力集中检测中，这些研究对铁磁性材料的早期机械损伤检测提供了可行方法。磁记忆技术的检测对象基于铁磁性材料，奥氏体不锈钢为顺磁性，磁记忆方法对顺磁性材料的检测效果还不确定。参考文献DubovAA.AStudyofMetalPropertiesUsingtheMethodofMagneticMemory[J].MetalScienceandHeatTreatment,1997,39(9/10):401-405.Jiles.DC.Theoryofthemagnetomechanicaleffect}J}.JournalofP坷sicsD-AppliedP坷sics(物理杂志，应用物理专版).1995,28(8):1537-1546.WilsonJW,TianGY,BarransS.Residualmagneticfieldsensingforstressmeasurement[J].SensorsandActuatorsA:Physical,2007,135(2):381-387.ScohinChikazumi.PhysicsofFerromagntism(2"dEdition).NewYork:OxfordUniversityPress1997WangZD,YaoK,DengB,etal.Theoreticalstudiesofmetalmagneticmemorytechniqueonmagneticfluxleakagesignals[J].NDT&EInternational,2010,43(4):354-359.ShiPP,JinK,ZhengXJ.Amagnetomechanicalmodelforthemagneticmemorymethod[J].InternationalJournalofMechanicalSciences,2017,124:229-241.ShiPP,ZhengXJ.Magneticchargemodelfor3DMMMsignals[J].NondestructiveTesting&Evaluation,2016,31(1):45-60.AnatolyDubov,AlexandrDubov,SergeyKolokolnikov.Applicationofthemetalmagneticmemorymethodfordetectionofdefectsattheinitialstageoftheirdevelopmentforpreventionoffailuresofpowerengineeringweldedsteelstructuresandsteamturbineparts[J].WeldWorld,2014,58:225-236.DC.files,L.Li.Anewapproachtomodelingthemagnetomechanicaleffect.Jouralofappliedphysics2004,95(1):7058-7060ZhangWM,ChenCF,LiHY,etal.InvestigationofArrayMagneticMemoryTestingTechnologyonExtensionofMetalCrack[J].AppliedMechanicsandMaterials,2011,148-149:1483-1486.TiezhuQ.Astudyofsteelcordbeltmagneticmemorytestingsystem[C]//IsecsInternationalColloquiumonComputing,Communication,Control,&Management.IEEE,2009.LiLJ,ZhangXG.DiscriminationmethodofwireropefaultsignalbasedonHolzersensorformultiarrayweakmagneticdetection[J].ClusterComputing,2018.ChuZ,ShiH,PourhosseiniaslMJ,etal.Amagnetoelectricfluxgate:newapproachforweakDCmagneticfielddetection[J].ScientificReports,2017,7(1):8592.AltpeterI,BeckerR,DobmannG,etal.Robustsolutionsofinverseproblemsinelectromagneticnon-destructiveevaluation[J].InverseProblems,2002,18(6):1907.Werner.T,Rolf.K,Manfred.S.Process-integratednondestructivetestingofgroundandcasehardenedparts[J].EuropeanFederationforNon-DestructiveTesting,2002,8:1-5.D.O’Sullivan,CotterellM,CassidyS,etal.Magneto-acousticemissionforthecharacterisationofferriticstainlesssteelmicrostructura