摘要：以具有鍍層的鐵磁零部件的裂紋檢測(cè)為背景，闡述了微磁裂紋檢測(cè)儀的主要原理、裂紋特征二次梯度提取及裂紋檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：鍍層零件；微磁檢測(cè)；二次梯度

Instrument of Testing Crack for the Parts with Plating Layer Based on Micromagnetic Theory
CHEN Guiqin1, XU Zhangsui2, WANG Feng2, ZHOU Hailin2
(1.Hebei Higher Special School of Engineering, Cangzhou 0 61001, China;
2.Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)
Abstract: Using the crack detection of ferromagnetic materials p arts with plating layer as a sample, the micromagnetic crack testing principle s, the crack characteristic extracting based on double gradient, and realizing o f crack testing were introduced in this paper.
Key words: parts with plating layer; micromagnetic detection; double gradient

鍍層工件是指在鋼材料表面鍍有如鉻、鎳、鋅等金屬的工件，鍍層厚度約為20～80μm。這些金屬的磁導(dǎo)率近于1，不適于采用磁粉探傷；其鍍層覆蓋在鐵磁工件表面，也不適于電渦流探傷和超聲探傷方法。筆者在國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目研究中，運(yùn)用微磁檢測(cè)技術(shù)對(duì)這種工件裂紋進(jìn)行了檢測(cè)，取得了滿意的效果。

1 裂紋微磁檢測(cè)原理

由材料的微觀磁特性可知：(1)當(dāng)外加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，會(huì)使材料中的晶格組織發(fā)生變化。在損傷區(qū)邊緣出現(xiàn)附加磁極，產(chǎn)生磁荷聚集，形成磁場(chǎng)，材料對(duì)外顯示磁性。缺陷不再擴(kuò)展，其缺陷磁場(chǎng)強(qiáng)度保持不變。(2)當(dāng)材料內(nèi)部存在裂紋、夾雜等缺陷時(shí)，也會(huì)破壞原來(lái)的晶格，形成累計(jì)磁場(chǎng)，對(duì)外顯磁性。

因此在內(nèi)應(yīng)力集中或缺陷集中的地方，金屬導(dǎo)磁率下降，形成一內(nèi)部磁源。這一內(nèi)部磁源向金屬表面?zhèn)鬟f，形成泄漏磁場(chǎng)，其切向分量最大，法向分量具有從正過(guò)零到負(fù)的變化過(guò)程。

金屬構(gòu)件缺陷的存在，就一定產(chǎn)生磁疇固定結(jié)點(diǎn)，形成內(nèi)部磁場(chǎng)。這種磁場(chǎng)十分微弱，按微磁學(xué)原理稱為微磁點(diǎn)，其檢測(cè)過(guò)程稱為微磁檢測(cè)。

2 裂紋磁疇結(jié)點(diǎn)磁荷變異

裂紋磁疇結(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)按靜態(tài)磁場(chǎng)的特點(diǎn)向材料表面?zhèn)鬟f。設(shè)裂紋呈V形，寬度為2b，深度為d，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率為μr(如圖1所示)。當(dāng)磁場(chǎng)通過(guò)兩種介質(zhì)分界面時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量是連續(xù)的。因此磁場(chǎng)由鐵磁區(qū)(區(qū)域1)進(jìn)入空氣(由于鉻與空氣的導(dǎo)磁率都近似為1，可認(rèn)為是一個(gè)區(qū)域，記為區(qū)域2)有：

式中n為法線方向，M1、M2為磁化強(qiáng)度，M2=0，δs為磁荷面密度，它是由μ0M1法線分量在兩種不同介質(zhì)分界面上的不連續(xù)形成的，表明磁荷分布在邊界處會(huì)發(fā)生變異，即出現(xiàn)正負(fù)峰，檢測(cè)這一變異就可以發(fā)現(xiàn)裂紋。而變異的峰值、位置等特性就反應(yīng)了裂紋的形狀和尺寸。因此磁荷變異理論就形成了裂紋檢測(cè)的基礎(chǔ)。

由文獻(xiàn)［5］，對(duì)如圖2所示V形裂紋，磁偶極子在測(cè)試點(diǎn)P處產(chǎn)生的磁場(chǎng)其垂直分量為：

3 裂紋特征提取

由式(2)作出的模擬裂紋微磁水平、垂直分量的波形如圖3所示。

由圖可見(jiàn)：

(1)裂紋磁場(chǎng)垂直分量Hy具有正峰和負(fù)峰值，峰—峰值隨裂紋的深度增加而增大（峰—峰間的變化梯度增大）。當(dāng)梯度大于某一閾值時(shí)，存在裂紋。

(2)裂紋水平分量具有單峰，峰值隨裂紋深度增加而增大。磁場(chǎng)的二次梯度反映了磁場(chǎng)變化的程度。只有在磁場(chǎng)變化非常劇烈的地方，二次梯度的峰值才會(huì)很突出。當(dāng)二次梯度大于某一閾值時(shí)，裂紋存在，且隨著裂紋深度增加，二次梯度增大。

根據(jù)上述特點(diǎn)可提取裂紋特征（圖4）。圖4(a)為實(shí)際檢測(cè)的信號(hào)，(b)為二次梯度信號(hào)。由圖可見(jiàn)，二次梯度大的信號(hào)可判斷為裂紋信號(hào)。

4 裂紋檢測(cè)系統(tǒng)組成

儀器系統(tǒng)由傳感裝置、自適應(yīng)掃描裝置、采樣控制器、信號(hào)預(yù)處理器、計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置等組成，如圖5所示。

磁傳感裝置由磁阻傳感器等組成。磁阻傳感器利用半導(dǎo)體磁阻效應(yīng)制作，其靈敏度較高，可檢測(cè)小于10-7T的微弱磁場(chǎng)，因而可直接檢測(cè)缺陷泄漏的微磁信號(hào)，并將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。采樣控制器由圓光柵、A/D轉(zhuǎn)換器等組成，實(shí)現(xiàn)空域等距采樣；自適應(yīng)掃描裝置由觸覺(jué)傳感器、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、自適應(yīng)控制器等組成，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制磁傳感器與工件表面的貼合度。計(jì)算機(jī)為586SX級(jí)別的PC/104，板上包含了DMA控制器、中斷控制器、定時(shí)器；外部接口包括一個(gè)雙向并行口、兩個(gè)RS232串行口等。存儲(chǔ)器為電子盤(pán)DOC(32MB)。顯示器為320×240場(chǎng)致發(fā)光顯示屏，在強(qiáng)光下可正常顯示。

磁傳感裝置在驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下，沿工件表面運(yùn)動(dòng)，測(cè)取缺陷磁信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出到信號(hào)預(yù)處理器；信號(hào)預(yù)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，再經(jīng)采樣控制器變成數(shù)字信號(hào)，送計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)對(duì)上述各部分實(shí)施控制，同時(shí)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、信號(hào)分析、裂紋特征提取、定量計(jì)算、顯示記錄，實(shí)現(xiàn)裂紋微磁定量檢測(cè)。驅(qū)動(dòng)裝置受控于計(jì)算機(jī)，它的兩個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)軸分別接采樣控制器和磁傳感裝置，使之聯(lián)動(dòng)。在強(qiáng)變化環(huán)境磁場(chǎng)干擾時(shí)，計(jì)算機(jī)控制復(fù)位電路消除強(qiáng)變化環(huán)境磁場(chǎng)干擾。

5 軟件設(shè)計(jì)

主程序流程如圖6所示，采用智能化設(shè)計(jì)。檢測(cè)開(kāi)始，啟動(dòng)探測(cè)頭掃描，檢測(cè)信號(hào)經(jīng)放大、濾波預(yù)處理后，進(jìn)入信號(hào)采集，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送計(jì)算機(jī)進(jìn)行平滑濾波，然后轉(zhuǎn)換為信號(hào)變化二次梯度數(shù)據(jù)；隨后根據(jù)裂紋信號(hào)特征，首先尋找二次梯度變化峰值點(diǎn)，然后判斷各個(gè)峰值是否≥閥值，凡二次梯度峰值≥閥值的信號(hào)，均可判斷為裂紋；對(duì)判斷為裂紋的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、顯示。

6 結(jié)論

根據(jù)上述原理研制的智能微磁裂紋檢測(cè)儀，可檢出微米級(jí)裂紋，實(shí)現(xiàn)了裂紋定量檢測(cè)，檢測(cè)工藝簡(jiǎn)便，工效高。

參考文獻(xiàn)
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硫化氫檢測(cè)儀的參數(shù)特點(diǎn)及適用

    硫化氫檢測(cè)儀由硅光光源、透鏡、比色瓶、光電管、信號(hào)微處理器構(gòu)成，可直接在液晶屏上顯示出被測(cè)樣品中硫化氫的含量。

    特點(diǎn)：

    無(wú)可動(dòng)部件，靈敏度高（測(cè)定下限為0.01mg/L）

    動(dòng)態(tài)線性范圍寬（0.01-1.00mg/L）

    樣品和試劑用量少，分析速度快（檢測(cè)速度20分鐘

    體積小、重量輕、操作方便（整機(jī)重180g）

    技術(shù)參數(shù)：

    測(cè)定下限：0.01mg/L（以S2-計(jì)）

    測(cè)量范圍：0.00-1.00mg/L（以S2-計(jì)）

    測(cè)量精度：5%

    測(cè)量方法：采用國(guó)標(biāo)亞甲藍(lán)法方法（GB/T5750.6-2006）

    光源：波長(zhǎng)為630nm

    電源：9V電池一節(jié)，可使用40小時(shí)以上，停止使用

    后10分鐘后自動(dòng)關(guān)閉儀器

    工作環(huán)境溫度：0—40°C

    尺寸：140X70X30mm

    重量：180g（含電池）

    用途：主要用于蒸餾水、飲用水、生活用水、海水、地表水和處理后的廢水中硫化氫含量的定量測(cè)定。

標(biāo)簽: 硫化氫檢測(cè)儀

硫化氫檢測(cè)儀標(biāo)簽： 硫化氫檢測(cè)儀的參數(shù)特點(diǎn)及適用_硫化氫檢測(cè)儀組合標(biāo)題：  　　門(mén)窗性能檢測(cè)儀設(shè)備系統(tǒng)組成

　　門(mén)窗三性檢測(cè)儀的組成按各個(gè)部分的功能可以分為壓力箱、供壓系統(tǒng)、淋水系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)（位移測(cè)量系統(tǒng)、低壓差測(cè)量系統(tǒng)、風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)）電器控制系統(tǒng)、試件安裝系統(tǒng)等組成。

　　1、壓力箱

　　門(mén)窗試件的靜壓箱根據(jù)規(guī)格和風(fēng)壓的要求不同，采用高輕度型鋼做為主框架，根據(jù)測(cè)試功能及平板變形值輔以方鋼管、槽鋼等型鋼材料作為龍骨架，形成的框架結(jié)構(gòu)。

　　2、供壓系統(tǒng)

　　供壓系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、漏氣閥、進(jìn)氣閥、四通電磁換向閥、擋風(fēng)板等組成：

　　該系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)采用高壓離心風(fēng)機(jī)及變頻調(diào)速器、制動(dòng)單元。是整個(gè)設(shè)備的主要?jiǎng)恿?lái)源，是實(shí)現(xiàn)模擬自然界刮風(fēng)狀態(tài)的送風(fēng)單元。本系統(tǒng)采用的低壓管系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)門(mén)窗物理性能檢測(cè)的氣密性、水密性、抗風(fēng)壓性能變形檢測(cè)的風(fēng)壓控制。本系統(tǒng)采用的高壓管路系統(tǒng)旨在解決門(mén)窗抗風(fēng)壓檢測(cè)中的脈沖壓控制問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“反復(fù)受壓檢測(cè)”、“波動(dòng)加壓檢測(cè)”等。其中“反復(fù)受壓檢測(cè)”及“波動(dòng)加壓檢測(cè)”是由高低壓管路系統(tǒng)配合控制實(shí)現(xiàn)的壓力切換功能。

　　漏氣閥與進(jìn)氣閥在不同的試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)各個(gè)開(kāi)關(guān)量的大小調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)所需要的風(fēng)壓的大小。在試驗(yàn)的過(guò)程中，開(kāi)關(guān)量的調(diào)節(jié)，都是系統(tǒng)軟件自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行的。

　　在門(mén)窗物理性能動(dòng)風(fēng)壓測(cè)試中，采用變頻器調(diào)速及制動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)壓技術(shù)功能，由于它是通過(guò)改變風(fēng)機(jī)本身的固有特性曲線實(shí)現(xiàn)調(diào)壓，因此可以根本上解決氣密性極好的靜壓控制難題。另外，在進(jìn)行低風(fēng)壓測(cè)試時(shí)，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低（1～4Hz），因此，在氣密性和水密性試驗(yàn)過(guò)程中，噪音級(jí)別大大減少，風(fēng)機(jī)本身功率消耗也極低。

　　對(duì)系統(tǒng)的換向裝置，我公司采用的是“四通換向閥”，該閥門(mén)的主要結(jié)構(gòu)原理是通過(guò)直板閥瓣在帶有四個(gè)開(kāi)口的圓管環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)90°產(chǎn)生兩兩通流的方式，使風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口在靜壓室以及空氣中切換，達(dá)到正負(fù)換向的測(cè)試要求，該技術(shù)是解決一臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正負(fù)壓供給的很好的方式。

　　在試驗(yàn)箱的內(nèi)部裝置中安裝有一個(gè)擋風(fēng)口，該設(shè)計(jì)主要解決了風(fēng)壓直吹試件的而破壞試件造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

　　3、淋水系統(tǒng)

　　淋水系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的水密性能的檢測(cè)裝置。在噴淋系統(tǒng)中，為了對(duì)試件淋水的均勻性，在壓力箱的背板上，均與的布置了16個(gè)內(nèi)藏式霧狀噴頭，噴頭出水口鑲嵌在靜壓箱內(nèi)板上，后面采用管路連接到位，可由試驗(yàn)人員通過(guò)控制相應(yīng)的閥門(mén)控制不同區(qū)域的噴頭出水。相比較于內(nèi)懸式噴頭來(lái)講，具有操作簡(jiǎn)單，故障率低，噴淋均勻，不需安裝，效率高等優(yōu)點(diǎn)。從試件上流下來(lái)的水通過(guò)設(shè)備的底座流到水槽中，水槽采用不休鋼制作，終回流到水箱中。形成水循環(huán)，充分的利用水資源。

　　水噴淋系統(tǒng)是用于為水密性測(cè)試提供帶有一定壓力的水霧狀下雨的整套裝置，它包括：水泵、水流量調(diào)節(jié)閥、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、分水器、噴頭控制閥、噴淋頭座、PVC連接件等組成?？蓪?shí)現(xiàn)噴淋用水的循環(huán)使用，整個(gè)過(guò)流部件均采用的是耐腐蝕材料。

　　4、測(cè)量系統(tǒng)

　　其中位移測(cè)量裝置采用高精度、高線性度、長(zhǎng)壽命BWR微型自復(fù)位系列的直線位移傳感器，該儀器為納米級(jí)化工導(dǎo)電材料及貴金屬耐磨新材料科學(xué)組合，抗干擾能力強(qiáng)。并且對(duì)其采用專門(mén)的磁力座，在測(cè)試的過(guò)程中保證了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

　　壓差測(cè)量裝置采用進(jìn)口的微壓差傳感器，該傳感器采用高精度、高穩(wěn)定性的微差壓力敏芯片，經(jīng)嚴(yán)格精密的溫度補(bǔ)償，線性補(bǔ)償，信號(hào)放大、V/I轉(zhuǎn)換，逆極性保護(hù)，壓力過(guò)載限流等信號(hào)處理，將很微小的壓差、風(fēng)壓、流量等可靠地轉(zhuǎn)換成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4mA～20mA信號(hào)輸出。在測(cè)試的過(guò)程中，使得測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。

　　風(fēng)速測(cè)量裝置采用進(jìn)口的風(fēng)速傳感器，在試驗(yàn)過(guò)程中，檢測(cè)空氣流量的大小，并且將采集來(lái)的數(shù)據(jù)量傳送到上位機(jī)，根據(jù)附加滲透量和總滲透量的值判斷門(mén)窗氣密性的等級(jí)。該傳感器的精度可以實(shí)現(xiàn)空氣流量比的全量程滿足精度（0.5級(jí)）的測(cè)試要求。

　　5、電器控制柜：

　　首先上位機(jī)選用計(jì)算機(jī)作為控制顯示系統(tǒng)，下位機(jī)采用進(jìn)口的可編程邏輯控制器，以及溫度模塊，執(zhí)行上位機(jī)的命令的同時(shí)，采集下部各個(gè)器件的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行分析。執(zhí)行器件采用進(jìn)口的施耐德固態(tài)繼電器，對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、各個(gè)閥門(mén)等進(jìn)行控制。水路有φ10的耐壓耐腐蝕的PVC氣管連接。這些控制系統(tǒng)的核心部件與其它線路部分就組成了整個(gè)電氣控制系統(tǒng)部分。

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