微磁裂纹检测仪主要原理及裂纹检测实现方案

       以具有镀层的铁磁零部件的裂纹检测为背景，阐述了微磁裂纹检测仪的主要原理、裂纹特征二次梯度提取及裂纹检测的实现。

       由材料的微观磁特性可知：(1)当外加机械应力时，会使材料中的晶格组织发生变化。在损伤区边缘出现附加磁极，产生磁荷聚集，形成磁场，材料对外显示磁性。缺陷不再扩展，其缺陷磁场强度保持不变。(2)当材料内部存在裂纹、夹杂等缺陷时，也会破坏原来的晶格，形成累计磁场，对外显磁性。

       因此在内应力集中或缺陷集中的地方，金属导磁率下降，形成一内部磁源。这一内部磁源向金属表面传递，形成泄漏磁场，其切向分量最大，法向分量具有从正过零到负的变化过程。

　　金属构件缺陷的存在，就一定产生磁畴固定结点，形成内部磁场。这种磁场十分微弱，按微磁学原理称为微磁点，其检测过程称为微磁检测。

　　裂纹磁畴结点磁场按静态磁场的特点向材料表面传递。设裂纹呈V形，宽度为2b，深度为d，长度为L，铁磁材料相对磁导率为μr(如图1所示)。当磁场通过两种介质分界面时，磁感应强度的法向分量是连续的。因此磁场由铁磁区(区域1)进入空气(由于铬与空气的导磁率都近似为1，可认为是一个区域，记为区域2)有：

　　由文献[5]，对如图2所示V形裂纹，磁偶极子在测试点P处产生的磁场其垂直分量为：

　　3裂纹特征提取

　　由式(2)作出的模拟裂纹微磁水平、垂直分量的波形如图3所示。

　　(1)裂纹磁场垂直分量H?y具有正峰和负峰值，峰—峰值随裂纹的深度增加而增大(峰—峰间的变化梯度增大)。当梯度大于某一阈值时，存在裂纹。

　　(2)裂纹水平分量具有单峰，峰值随裂纹深度增加而增大。磁场的二次梯度反映了磁场变化的程度。只有在磁场变化非常剧烈的地方，二次梯度的峰值才会很突出。当二次梯度大于某一阈值时，裂纹存在，且随着裂纹深度增加，二次梯度增大。

　　根据上述特点可提取裂纹特征(图4)。图4(a)为实际检测的信号，(b)为二次梯度信号。由图可见，二次梯度大的信号可判断为裂纹信号。

　　仪器系统由传感装置、自适应扫描装置、采样控制器、信号预处理器、计算机、驱动装置等组成，如图5所示。

　　磁传感装置在驱动装置带动下，沿工件表面运动，测取缺陷磁信号，并转化为电信号输出到信号预处理器;信号预处理器对信号进行放大、滤波，再经采样控制器变成数字信号，送计算机;计算机对上述各部分实施控制，同时对接收的信号进行数字滤波、信号分析、裂纹特征提取、定量计算、显示记录，实现裂纹微磁定量检测。驱动装置受控于计算机，它的两个输出驱动轴分别接采样控制器和磁传感装置，使之联动。在强变化环境磁场干扰时，计算机控制复位电路消除强变化环境磁场干扰。

　　主程序流程如图6所示，采用智能化设计。检测开始，启动探测头扫描，检测信号经放大、滤波预处理后，进入信号采集，将信号转换为数字信号，送计算机进行平滑滤波，然后转换为信号变化二次梯度数据;随后根据裂纹信号特征，首先寻找二次梯度变化峰值点，然后判断各个峰值是否≥阀值，凡二次梯度峰值≥阀值的信号，均可判断为裂纹;对判断为裂纹的信号数据进行记录、显示。

　　根据上述原理研制的智能微磁裂纹检测仪，可检出微米级裂纹，实现了裂纹定量检测，检测工艺简便，工效高。