專利名稱：金屬磁記憶診斷儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及檢測(cè)金屬應(yīng)力集中的診斷裝置，特別是指一種利用磁記憶效應(yīng)而
檢測(cè)金屬應(yīng)力集中區(qū)的診斷儀。
背景技術(shù)：
金屬工件普遍應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中，特別是在諸如生產(chǎn)車間等的大型設(shè) 備，其質(zhì)量的穩(wěn)定性直接影響著生產(chǎn)進(jìn)度和效益，而對(duì)于金屬工件而言，其內(nèi)部產(chǎn)生的缺陷 無法由肉眼直接判斷，當(dāng)因內(nèi)部缺陷而影響到外部時(shí)，此時(shí)設(shè)備往往已經(jīng)不能使用，因此若 能及早發(fā)現(xiàn)缺陷部位并進(jìn)行處理，可大大節(jié)省維修時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 目前檢測(cè)金屬工件的內(nèi)部缺陷，通常是利用鐵磁性部件的缺陷會(huì)在外部強(qiáng)磁場(chǎng)作 用下產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象的原理，其機(jī)理是缺陷在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下會(huì)"被動(dòng)地"產(chǎn)生"磁泄漏"，從而 讓磁敏元件"方便地"逮著，進(jìn)而判斷其缺陷的大小和性質(zhì)等。然而，這種方法必須采用笨 重的磁化設(shè)備，且耗能大，檢測(cè)過后往往需要對(duì)部件進(jìn)行退磁，對(duì)一些在役設(shè)備、部件，或者 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件，常規(guī)漏磁法往往難以實(shí)施，因此需要尋求其它的檢測(cè)途徑。 眾所周知，地球存在著南、北極，地磁在人們的生活空間中可謂無處不在，無時(shí)不 有，人們周邊的鐵磁性設(shè)備、部件，同樣也處在地磁的"包圍"之中。因此，它們也會(huì)被地磁場(chǎng) 磁化，通常，人們未覺察到鐵磁性部件的"磁性"，并非不存在"磁性"，而是其磁性強(qiáng)度較弱 罷了。事實(shí)上，在役部件在周期性或振動(dòng)性負(fù)載條件下，由于磁彈性和磁機(jī)械效應(yīng)的作用， 金屬磁化強(qiáng)度將顯著增加。磁記憶診斷技術(shù)就是利用缺陷或缺陷形成之前的微區(qū)變化在地 球磁場(chǎng)作用下，"主動(dòng)"發(fā)出磁場(chǎng)變化信息的這樣一種特性，間接地判斷鐵磁性部件是否存 在缺陷或應(yīng)力集中區(qū)。 眾所周知，鐵磁性構(gòu)件加工冷卻硬化過程中，冷卻硬化比較激烈的地方可能形成 頸變，在構(gòu)件形成頸變處(Hp = 0的斷面)會(huì)發(fā)生位錯(cuò)的快速趨近，并引起微裂紋——形成 后來構(gòu)件損壞的發(fā)源點(diǎn)或應(yīng)力集中線。當(dāng)應(yīng)力集中線與外部負(fù)荷作用力的方向垂直時(shí)，頸 變引發(fā)構(gòu)件斷裂必定發(fā)生在應(yīng)力集中線上，如果應(yīng)力集中線沿構(gòu)件的軸線分布或應(yīng)力集中 (Hp值變化強(qiáng)度)很小時(shí)，頸變的位置與構(gòu)件的斷裂往往不重合；雖然如此，但是隨著負(fù)荷 作用力的增加，可出現(xiàn)應(yīng)力集中線向頸變處偏移。因此，及時(shí)地揭露在役金屬構(gòu)件的應(yīng)力集 中線是非常重要的。 機(jī)械零部件和金屬構(gòu)件發(fā)生損壞的主要根源，是各種微觀和宏觀機(jī)械應(yīng)力集中。 在應(yīng)力集中區(qū)域，腐蝕、疲勞和蠕變過程的發(fā)展最為激烈。機(jī)械應(yīng)力同鐵磁材料的自磁化現(xiàn) 象和殘磁狀況有直接的聯(lián)系，在地磁作用的條件下，缺陷處的導(dǎo)磁率減小，工件表面的漏磁 場(chǎng)增大，鐵磁性材料的這一特性稱為磁機(jī)械效應(yīng)。其表面上的磁場(chǎng)分布與部件應(yīng)力載荷有 一定的關(guān)系，磁機(jī)械效應(yīng)的存在使得鐵磁性金屬工件的表面磁場(chǎng)增強(qiáng)，這一增強(qiáng)了的磁場(chǎng) "記憶"著部件的缺陷或應(yīng)力集中的位置，這就是"磁記憶"效應(yīng)，因此可通過檢測(cè)部件表面 的磁場(chǎng)分布情況間接地對(duì)部件缺陷或應(yīng)力集中位置進(jìn)行診斷。 本著前述思想，本設(shè)計(jì)人對(duì)現(xiàn)今檢測(cè)金屬內(nèi)部缺陷或應(yīng)力集中區(qū)的裝置進(jìn)行研究改進(jìn)，本案由此產(chǎn)生。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的，在于提供一種金屬磁記憶診斷儀，其可方便、準(zhǔn)確地檢測(cè)
出金屬工件內(nèi)部的缺陷或應(yīng)力集中區(qū)。 為了達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案是 —種金屬磁記憶診斷儀，包括檢測(cè)探頭、數(shù)據(jù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、
顯示模塊、測(cè)距電路和報(bào)警模塊；檢測(cè)探頭包括四個(gè)或八個(gè)按陣列排列的磁場(chǎng)傳感器和與
之連接的多路開關(guān)，多路開關(guān)的輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端經(jīng)由A/
D轉(zhuǎn)換模塊連接微處理器，該微處理器還連接顯示模塊、測(cè)距電路和報(bào)警模塊。 上述數(shù)據(jù)處理模塊包括依次連接的檢波電路、放大電路、差動(dòng)放大電路、增益調(diào)整
電路和濾波電路。 上述微處理器還連接有RS232接口或USB接口 。 上述顯示模塊為L(zhǎng)CD顯示電路或LED指示燈。 上述微處理器還連接有鍵盤。 采用上述方案后，本實(shí)用新型通過利用磁記憶效應(yīng)，通過檢測(cè)金屬工件表面的磁 場(chǎng)分布情況，可方便準(zhǔn)確地判斷工件內(nèi)部的缺陷或應(yīng)力集中區(qū)，給出設(shè)備疲勞損傷的早期 診斷，從而可盡早進(jìn)行相應(yīng)處理，防止設(shè)備完全損壞后再進(jìn)行維修或更換，保持生產(chǎn)的連續(xù) 性，降低維修費(fèi)用，提高生產(chǎn)效率。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型中磁場(chǎng)傳感器的排列示意圖； 圖3是金屬材料磁場(chǎng)的切向和法向分量示意圖； 圖4是被測(cè)金屬材料的疲勞裂紋的函數(shù)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。 首先參考圖1所示，是本實(shí)用新型所提供的一種金屬磁記憶診斷儀的結(jié)構(gòu)示意 圖，其包括檢測(cè)探頭1、數(shù)據(jù)處理模塊2、 A/D轉(zhuǎn)換模塊3、微處理器4、顯示模塊5、測(cè)距電路 6、報(bào)警模塊7、接口電路和鍵盤9，以下分別進(jìn)行介紹。 檢測(cè)探頭1包含4個(gè)或8個(gè)磁場(chǎng)傳感器11 (本實(shí)施例中采用4個(gè))及多路開關(guān)12， 所述磁場(chǎng)傳感器11均采用陣列排列，形成正交結(jié)構(gòu)，可同時(shí)參考圖2所示，其中傳感器A、C 負(fù)責(zé)"水平"方向的金屬材料磁場(chǎng)分布和磁場(chǎng)值的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，傳感器B、 D負(fù)責(zé)"垂直"方向 的金屬材料磁場(chǎng)分布和磁場(chǎng)值的動(dòng)態(tài)檢測(cè)；多路開關(guān)12的輸入端數(shù)目與磁場(chǎng)傳感器11的 數(shù)目匹配，分別與各磁場(chǎng)傳感器11連接，而輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊2，可控制選通其中某 一路檢測(cè)信號(hào)。 數(shù)據(jù)處理模塊2用于對(duì)前述檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行初期處理，使之達(dá)到可運(yùn)算處理的 標(biāo)準(zhǔn)，具體來說，所述數(shù)據(jù)處理模塊2包含依次連接的檢波電路21、放大電路22、差動(dòng)放大電路23、增益調(diào)整電路24和濾波電路25，將檢測(cè)信號(hào)依次進(jìn)行檢波、放大和濾波，再送入A/ D轉(zhuǎn)換模塊3，件模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器4可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，送入微處理器4中。 微處理器4內(nèi)置有存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)接收到的數(shù)字信號(hào)，對(duì)前述數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處 理后，再送入相應(yīng)的模塊，具體內(nèi)容如下 金屬材料由于疲勞、蠕變而產(chǎn)生的微裂紋會(huì)導(dǎo)致缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，其部件表 面上的磁場(chǎng)分布與部件應(yīng)力載荷有一定的關(guān)系，因此可通過檢測(cè)部件表面的磁場(chǎng)分布情 況，間接地對(duì)部件缺陷或應(yīng)力集中位置進(jìn)行診斷。鐵磁性部件缺陷或應(yīng)力集中區(qū)域磁場(chǎng)的 切向分量Hp(x)和法向分量Hp(y)具有最大值，參考圖3所示，其中黑色斜線表示應(yīng)力集中 線。 操作人員手持檢測(cè)探頭l，在某原點(diǎn)(可根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)定)開始沿金屬工件 的表面移動(dòng)，微處理器4根據(jù)接收到的"水平"方向和"垂直"方向的磁場(chǎng)值，利用下面的公 式計(jì)算某一時(shí)段的導(dǎo)數(shù)值。 Kx = (DHX1_DHX。) / (Dtl—1。) Kx為水平方向的磁場(chǎng)導(dǎo)數(shù)值 KY = (DHY1_DHY。) / (Dtl—1。) KY為水平方向的磁場(chǎng)導(dǎo)數(shù)值 然后利用磁場(chǎng)正交的原理，計(jì)算出磁場(chǎng)矢量的導(dǎo)數(shù)值 iC=#+《 然后查對(duì)應(yīng)該種金屬材料的疲勞裂紋表，判斷K是否大于某一值K。(可在實(shí)驗(yàn)室 通過破壞性試驗(yàn)得到)，如圖4所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)K大于時(shí)，說明金屬材料此時(shí)處于應(yīng)力集中危 險(xiǎn)階段，此時(shí)測(cè)距電路6同時(shí)測(cè)量此時(shí)距原點(diǎn)的距離，并發(fā)送到微處理器4中，微處理器4 將相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示模塊5進(jìn)行顯示，由LCD顯示電路51顯示具體數(shù)據(jù)、位置等信息，而 LED指示燈52相應(yīng)發(fā)光，引起操作人員的注意，同時(shí)控制報(bào)警模塊7發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 另外，微處理器4還連接有鍵盤9，操作人員可通過鍵盤9輸入信息或命令，調(diào)節(jié)預(yù) 設(shè)數(shù)值或進(jìn)行控制。微處理器4還可連接接口電路，此實(shí)施例中包含RS232接口 81和USB 接口 82，參考圖1所示，這樣既可通過RS232接口 81進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，還可通過USB接口 82 導(dǎo)出數(shù)據(jù)。 以上實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍，凡是按照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本實(shí) 用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種金屬磁記憶診斷儀，其特征在于包括檢測(cè)探頭、數(shù)據(jù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、顯示模塊、測(cè)距電路和報(bào)警模塊；檢測(cè)探頭包括四個(gè)或八個(gè)按陣列排列的磁場(chǎng)傳感器和與之連接的多路開關(guān)，多路開關(guān)的輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊連接微處理器，該微處理器還連接顯示模塊、測(cè)距電路和報(bào)警模塊。
2. 如權(quán)利要求1所述的金屬磁記憶診斷儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊包括依次 連接的檢波電路、放大電路、差動(dòng)放大電路、增益調(diào)整電路和濾波電路。
3. 如權(quán)利要求l所述的金屬磁記憶診斷儀，其特征在于所述微處理器還連接有RS232 接口或USB接口。
4. 如權(quán)利要求1所述的金屬磁記憶診斷儀，其特征在于所述顯示模塊為L(zhǎng)CD顯示電 路或LED指示燈。
5. 如權(quán)利要求1所述的金屬磁記憶診斷儀，其特征在于所述微處理器還連接有鍵盤。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種金屬磁記憶診斷儀，包括檢測(cè)探頭、數(shù)據(jù)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微處理器、顯示模塊、測(cè)距電路和報(bào)警模塊；檢測(cè)探頭包括四個(gè)或八個(gè)按陣列排列的磁場(chǎng)傳感器和與之連接的多路開關(guān)，多路開關(guān)的輸出端連接數(shù)據(jù)處理模塊；數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊連接微處理器，該微處理器還連接顯示模塊、測(cè)距電路和報(bào)警模塊。此種金屬診斷儀可方便、準(zhǔn)確地檢測(cè)出金屬工件內(nèi)部的缺陷或應(yīng)力集中區(qū)。
文檔編號(hào)G01N27/83GK201548520SQ20092018121
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者陳金貴 申請(qǐng)人:廈門艾帝爾電子科技有限公司