铁磁性板材的微磁检测传感器研制

• 作 者: 王磊
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 铁磁性板材 微磁无损检测 传感器 磁滞模型 表面硬度

由磁特性不同的材料组成的多层结构在高端传感器件、机械部件制造中应用广泛。硬度、残余应力分布是上述结构表面力学性能的重要评价指标。微磁检测方法旨在通过检测结构的磁学参量，对力学性能进行表征，属于无损检测技术的重要发展方向之一。本文以铁磁性单/双层板结构为检测对象，重点研制一款具备优化结构参数的多功能微磁检测传感器，对表面硬度进行定量表征;提出一种适用于硬化层深度定量检测的多层板结构磁滞模型，并在65Mn/纯镍构成的双层板中进行了试验验证。上述研究工作，可为板材表面力学性的微磁无损检测提供基础借鉴，具有重要的学术价值和工程应用前景。具体研究内容包括:　　(1)多功能微磁传感器研制及切向磁场的线性外推检测方法。为解决微磁检测信号解析标度-切向磁场强度的高精度测量问题，研究基于霍尔元件阵列的线性外推检测方法，试验验证了该方法的有效性。为降低线性外推法的检测误差，通过有限元仿真方法，对传感器励磁结构、磁路调整结构和磁敏元件位置等进行了综合优化设计，使传感器可同步检测巴克豪森噪声、磁滞回线及切向磁场强度时变信号。　　(2)多层板结构磁滞模型的建立及其试验验证。基于双曲正切函数和相邻点磁荷模型，给出了多层板结构磁滞回线的计算方程，分析了板厚对结构磁滞回线的影响规律。针对由不同厚度的65Mn与纯镍板组成的双层板结构的磁滞回线进行试验测试，与模型预测结果较为吻合，这为多层结构中单层材料厚度（如表面硬化层深度）的定量检测提供一种“免标定式”方法。　　(3)钢板表面硬度的微磁检测试验及结果分析。首先通过实验对比测试，对巴克豪森噪声检测参数（励磁信号与滤波器参数）及线圈参数（匝数、位置等）进行了优化选取。其次，采集表面硬度不同的45号钢板中的巴克豪森噪声信号，提取出多种对硬度敏感的微磁参数，得到了各微磁参数与硬度的关系方程。