专利名称：便携式磁性金属疲劳检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属材料疲劳损伤检测仪，具体的为一种用于检测磁性金属材料疲劳损伤的便携式磁性金属疲劳检测仪。
背景技术：
自上世纪八九十年代以来，钢结构已广泛应用于国内桥梁施工、高层建筑、铁路修筑等行业。随着钢材在建筑材料中所占比例的逐年增加，由金属疲劳破坏导致的安全事故的发生率也在逐年增长。在世界范围内，由金属疲劳破坏引起的安全事故给人们造成了十分惨痛的伤害，如在1998年6月3日德国艾须德高铁车祸事故中，高速列车出轨并撞上陆桥，导致101人死亡，而造成该事故的原因则是列车车轮在高速行驶中产生了疲劳损伤，列车的轮轨滚动接触疲劳(Roiling Contact Fatigue，RCF)载荷使铁轨表面产生的裂纹，但究其根本原因却是那时的德国缺乏探测车轮真实损耗的设备。反观国内，随着技术发展和创新，促使高速铁路的大量铺设，而高速铁路是一柄双刃剑，既给人们带来方便，也带来了隐患，一个小小的裂缝就会给列车的安全运营造成潜在的危险。据有关数据显示，普通铁轨，如京九铁路交通枢纽郑州站平均每天每根铁轨要接受近千次的冲击。一方面是高速、超高速列车的迅速发展与普及，另一方面是相关安全检测设备的落后和缺乏，这样的矛盾使得研发用于检测金属疲劳程度的仪器已经迫在眉睫，只有对铁轨频繁的检测与维护才能确保列车行驶的畅通无阻，将事故扼杀在摇篮中。现有的金属探伤方法有X光射线探伤、Y射线探伤、超声波探伤等方法。考虑到实际情况，X光射线探伤和Y射线探伤均为放射元素射线探伤，不仅需要用放射源发出射线，而且放射元素射线探伤对人的伤害极大，操作不慎会导致操作人员受到辐射伤害，给操作人员的健康造成威胁；超声波探伤的结果不直观，无法准确确定焊接及其他缺陷的性质、数量、尺寸、形状、位置等，不能为焊接及其他缺陷的确诊、修复提供明确的依据。另外，现有的各种射线、超声波探伤检测仪器还具有笨重、价格昂贵的缺点，无法方便实时的实现对整个铁路沿线的检测。鉴于此，本实用新型旨在探索一种便携式磁性金属疲劳检测仪，该便携式磁性金属疲劳检测仪不仅能够有效检测出磁性金属材料中的疲劳损伤位置，而且重量小，携带方便，能够对铁路沿线进行实时方便的检测。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提出一种便携式磁性金属疲劳检测仪，该便携式磁性金属疲劳检测仪不仅能够有效检测出磁性金属材料中的疲劳损伤位置，而且重量小，携带方便，能够对铁路沿线进行实时方便的检测。要实现上述技术目的，本实用新型的便携式磁性金属疲劳检测仪，包括探头，所述探头包括用于检测磁场变化率的霍尔传感器和与稳压直流电源相连并用于产生磁场的电磁铁线圈，所述霍尔传感器安装在电磁铁线圈的一端并位于探头的顶部。[0008]进一步，所述探头上还设有位置传感装置，所述位置传感装置包括设置在所述探头顶端的滚轮，所述滚轮上环形均布设有感应孔，所述滚轮的两侧与感应孔对应设有光电传感器。进一步，还包括与所述探头相连的数据处理装置，所述数据处理装置包括单片机、与所述霍尔传感器相连并用于使霍尔传感器输出的微弱电信号与位置传感装置的输出电信号匹配的放大器，以及分别与单片机相连的用于接收来自所述放大器的电信号的A/D转换器和用于采集所述位置传感装置的位置信号的数据采集器。进一步，还包括与所述数据处理装置相连并用于显示波形的显示器。进一步，所述电磁铁线圈的匝数
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人其中n为电磁铁线圈的匝数；&为霍尔传感器输出电压工作段的中间值，所述霍尔传感器输出电压选用段位于霍尔传感器电压输出特性曲线的线性区；K为霍尔系数；μ。为空气的磁导率；μ r为磁性金属的磁导率；I为通入所述电磁铁线圈的电流。本实用新型的工作原理为金属的微观结构为由一个个晶粒构成的多晶结构组成，对于磁性金属材料来说，这一个个晶粒构成磁畴，这些磁畴在外磁场的作用下，体现出典型的磁滞特性,在磁饱和前具有很高的磁导率，磁导率与磁性金属的磁畴结构紧密相关，磁畴结构的变化会明显的影响材料的磁导率，从而影响作用在该铁磁性金属的外磁场。用磁性材料做成的构件，比如我们很多建筑使用的钢结构材料，在长期使用中会不断的发生形变，出现疲劳损伤，金属疲劳过程中其内部晶粒结构和晶粒间隔均发生变化，从而磁畴结构被改变,进而导致材料的磁导率变化,而这些变化在出现肉眼可见的明显疲劳裂痕前就存在了，因此作为磁性金属材料，我们可以通过检测被测磁性金属磁导率变化，来预见隐藏导致金属材料断裂的安全隐患。本实用新型的有益效果为本实用新型的便携式磁性金属疲劳检测仪，通过在探头上设置电磁铁线圈用于产生磁场，霍尔传感器用于检测磁场变化并产生电压信号，该电压信号经过数据处理装置处理后，由显示器显示波形；该便携式磁性金属疲劳检测仪的工作原理如下霍尔传感器的转换关系式为Uh = KB式中，Uh为霍尔电压，B为磁场强度，K为霍尔系数；在使用过程中，为了保证霍尔传感器对磁场变化检测的精度，需要保证电磁铁线圈的磁场变化范围在霍尔传感器的电压输出曲线的线性区内，采用该原则选用磁铁线圈的磁场强度的工作段，其中为磁铁线圈磁场强度工作段的中间值，即为磁铁线圈工作段内磁场强度变化的最大值与最小值的平均值，由于霍尔传感器的电压输出特性曲线在该磁场强度变化范围内为线形变化，即霍尔传感器中的磁通量对应的霍尔传感器输出电压Ur也为霍尔传感器在磁铁线圈磁场强度工作段的输出电压范围的中间值，即Ur为霍尔传感器输出电压工作段的最大值与最小值的平均值；在磁铁线圈内通入稳定直流I，得到霍尔传感器处的磁场强度B为
权利要求1.一种便携式磁性金属疲劳检测仪，其特征在于包括探头，所述探头包括用于检测磁场变化率的霍尔传感器和与稳压直流电源相连并用于产生磁场的电磁铁线圈，所述霍尔传感器安装在电磁铁线圈的一端并位于探头的顶部。
2.根据权利要求1所述的便携式磁性金属疲劳检测仪，其特征在于所述探头上还设有位置传感装置，所述位置传感装置包括设置在所述探头顶端的滚轮，所述滚轮上环形均布设有感应孔，所述滚轮的两侧与感应孔对应设有光电传感器。
3.根据权利要求2所述的便携式磁性金属疲劳检测仪，其特征在于还包括与所述探头相连的数据处理装置，所述数据处理装置包括单片机、与所述霍尔传感器相连并用于使霍尔传感器输出的微弱电信号与位置传感装置的输出电信号匹配的放大器，以及分别与单片机相连的用于接收来自所述放大器的电信号的A/D转换器和用于采集所述位置传感装置的位置信号的数据采集器。
4.根据权利要求3所述的便携式磁性金属疲劳检测仪，其特征在于还包括与所述数据处理装置相连并用于显示波形的显示器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的便携式磁性金属疲劳检测仪，其特征在于所述电磁铁线圈的匝数IUtη =---KmJ其中η为电磁铁线圈的匝数；Ur为霍尔传感器输出电压工作段的中间值，所述霍尔传感器输出电压选用段位于霍尔传感器电压输出特性曲线的线性区；K为霍尔系数；Utl为空气的磁导率；V- r为磁性金属的磁导率；I为通入所述电磁铁线圈的电流。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式磁性金属疲劳检测仪，包括探头，所述探头包括用于检测磁场变化率的霍尔传感器和与稳压直流电源相连并用于产生磁场的电磁铁线圈，所述霍尔传感器安装在电磁铁线圈的一端并位于探头的顶部。本实用新型的便携式磁性金属疲劳检测仪，通过在探头上设置电磁铁线圈用于产生磁场，霍尔传感器用于检测磁场变化并产生电压信号，该电压信号经过数据处理装置处理后，由显示器显示波形，通过对比磁导率变化规律，可以方便直观的判定疲劳损伤发生位置。
文档编号G01N27/82GK202837237SQ20122054218
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者周平, 陈皓, 张冠南, 梁红艮 申请人:重庆交通大学, 周平