专利名称：金属磁记忆诊断仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及检测金属应力集中的诊断装置，特别是指一种利用磁记忆效应而
检测金属应力集中区的诊断仪。
背景技术：
金属工件普遍应用于工农业生产和生活中，特别是在诸如生产车间等的大型设 备，其质量的稳定性直接影响着生产进度和效益，而对于金属工件而言，其内部产生的缺陷 无法由肉眼直接判断，当因内部缺陷而影响到外部时，此时设备往往已经不能使用，因此若 能及早发现缺陷部位并进行处理，可大大节省维修时间，提高生产效率。 目前检测金属工件的内部缺陷，通常是利用铁磁性部件的缺陷会在外部强磁场作 用下产生漏磁现象的原理，其机理是缺陷在强磁场作用下会"被动地"产生"磁泄漏"，从而 让磁敏元件"方便地"逮着，进而判断其缺陷的大小和性质等。然而，这种方法必须采用笨 重的磁化设备，且耗能大，检测过后往往需要对部件进行退磁，对一些在役设备、部件，或者 复杂结构的部件，常规漏磁法往往难以实施，因此需要寻求其它的检测途径。 众所周知，地球存在着南、北极，地磁在人们的生活空间中可谓无处不在，无时不 有，人们周边的铁磁性设备、部件，同样也处在地磁的"包围"之中。因此，它们也会被地磁场 磁化，通常，人们未觉察到铁磁性部件的"磁性"，并非不存在"磁性"，而是其磁性强度较弱 罢了。事实上，在役部件在周期性或振动性负载条件下，由于磁弹性和磁机械效应的作用， 金属磁化强度将显著增加。磁记忆诊断技术就是利用缺陷或缺陷形成之前的微区变化在地 球磁场作用下，"主动"发出磁场变化信息的这样一种特性，间接地判断铁磁性部件是否存 在缺陷或应力集中区。 众所周知，铁磁性构件加工冷却硬化过程中，冷却硬化比较激烈的地方可能形成 颈变，在构件形成颈变处(Hp = 0的断面)会发生位错的快速趋近，并引起微裂纹——形成 后来构件损坏的发源点或应力集中线。当应力集中线与外部负荷作用力的方向垂直时，颈 变引发构件断裂必定发生在应力集中线上，如果应力集中线沿构件的轴线分布或应力集中 (Hp值变化强度)很小时，颈变的位置与构件的断裂往往不重合；虽然如此，但是随着负荷 作用力的增加，可出现应力集中线向颈变处偏移。因此，及时地揭露在役金属构件的应力集 中线是非常重要的。 机械零部件和金属构件发生损坏的主要根源，是各种微观和宏观机械应力集中。 在应力集中区域，腐蚀、疲劳和蠕变过程的发展最为激烈。机械应力同铁磁材料的自磁化现 象和残磁状况有直接的联系，在地磁作用的条件下，缺陷处的导磁率减小，工件表面的漏磁 场增大，铁磁性材料的这一特性称为磁机械效应。其表面上的磁场分布与部件应力载荷有 一定的关系，磁机械效应的存在使得铁磁性金属工件的表面磁场增强，这一增强了的磁场 "记忆"着部件的缺陷或应力集中的位置，这就是"磁记忆"效应，因此可通过检测部件表面 的磁场分布情况间接地对部件缺陷或应力集中位置进行诊断。 本着前述思想，本设计人对现今检测金属内部缺陷或应力集中区的装置进行研究改进，本案由此产生。
实用新型内容本实用新型的主要目的，在于提供一种金属磁记忆诊断仪，其可方便、准确地检测
出金属工件内部的缺陷或应力集中区。 为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是 —种金属磁记忆诊断仪，包括检测探头、数据处理模块、A/D转换模块、微处理器、
显示模块、测距电路和报警模块；检测探头包括四个或八个按阵列排列的磁场传感器和与
之连接的多路开关，多路开关的输出端连接数据处理模块；数据处理模块的输出端经由A/
D转换模块连接微处理器，该微处理器还连接显示模块、测距电路和报警模块。 上述数据处理模块包括依次连接的检波电路、放大电路、差动放大电路、增益调整
电路和滤波电路。 上述微处理器还连接有RS232接口或USB接口 。 上述显示模块为LCD显示电路或LED指示灯。 上述微处理器还连接有键盘。 采用上述方案后，本实用新型通过利用磁记忆效应，通过检测金属工件表面的磁 场分布情况，可方便准确地判断工件内部的缺陷或应力集中区，给出设备疲劳损伤的早期 诊断，从而可尽早进行相应处理，防止设备完全损坏后再进行维修或更换，保持生产的连续 性，降低维修费用，提高生产效率。

图1是本实用新型的结构示意图； 图2是本实用新型中磁场传感器的排列示意图； 图3是金属材料磁场的切向和法向分量示意图； 图4是被测金属材料的疲劳裂纹的函数示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型的结构及工作原理进行详细说明。 首先参考图1所示，是本实用新型所提供的一种金属磁记忆诊断仪的结构示意 图，其包括检测探头1、数据处理模块2、 A/D转换模块3、微处理器4、显示模块5、测距电路 6、报警模块7、接口电路和键盘9，以下分别进行介绍。 检测探头1包含4个或8个磁场传感器11 (本实施例中采用4个)及多路开关12， 所述磁场传感器11均采用阵列排列，形成正交结构，可同时参考图2所示，其中传感器A、C 负责"水平"方向的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测，传感器B、 D负责"垂直"方向 的金属材料磁场分布和磁场值的动态检测；多路开关12的输入端数目与磁场传感器11的 数目匹配，分别与各磁场传感器11连接，而输出端连接数据处理模块2，可控制选通其中某 一路检测信号。 数据处理模块2用于对前述检测到的信号进行初期处理，使之达到可运算处理的 标准，具体来说，所述数据处理模块2包含依次连接的检波电路21、放大电路22、差动放大电路23、增益调整电路24和滤波电路25，将检测信号依次进行检波、放大和滤波，再送入A/ D转换模块3，件模拟信号转换为微处理器4可识别的数字信号，送入微处理器4中。 微处理器4内置有存储器，用于存储接收到的数字信号，对前述数据进行运算处 理后，再送入相应的模块，具体内容如下 金属材料由于疲劳、蠕变而产生的微裂纹会导致缺陷处出现应力集中，其部件表 面上的磁场分布与部件应力载荷有一定的关系，因此可通过检测部件表面的磁场分布情 况，间接地对部件缺陷或应力集中位置进行诊断。铁磁性部件缺陷或应力集中区域磁场的 切向分量Hp(x)和法向分量Hp(y)具有最大值，参考图3所示，其中黑色斜线表示应力集中 线。 操作人员手持检测探头l，在某原点(可根据实际情况自行设定)开始沿金属工件 的表面移动，微处理器4根据接收到的"水平"方向和"垂直"方向的磁场值，利用下面的公 式计算某一时段的导数值。 Kx = (DHX1_DHX。) / (Dtl—1。) Kx为水平方向的磁场导数值 KY = (DHY1_DHY。) / (Dtl—1。) KY为水平方向的磁场导数值 然后利用磁场正交的原理，计算出磁场矢量的导数值 iC=#+《 然后查对应该种金属材料的疲劳裂纹表，判断K是否大于某一值K。(可在实验室 通过破坏性试验得到)，如图4所示，当发现K大于时，说明金属材料此时处于应力集中危 险阶段，此时测距电路6同时测量此时距原点的距离，并发送到微处理器4中，微处理器4 将相应数据发送到显示模块5进行显示，由LCD显示电路51显示具体数据、位置等信息，而 LED指示灯52相应发光，引起操作人员的注意，同时控制报警模块7发出报警信号。 另外，微处理器4还连接有键盘9，操作人员可通过键盘9输入信息或命令，调节预 设数值或进行控制。微处理器4还可连接接口电路，此实施例中包含RS232接口 81和USB 接口 82，参考图1所示，这样既可通过RS232接口 81进行远程通讯，还可通过USB接口 82 导出数据。 以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范 围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实 用新型保护范围之内。
权利要求一种金属磁记忆诊断仪，其特征在于包括检测探头、数据处理模块、A/D转换模块、微处理器、显示模块、测距电路和报警模块；检测探头包括四个或八个按阵列排列的磁场传感器和与之连接的多路开关，多路开关的输出端连接数据处理模块；数据处理模块的输出端经由A/D转换模块连接微处理器，该微处理器还连接显示模块、测距电路和报警模块。
2. 如权利要求1所述的金属磁记忆诊断仪，其特征在于所述数据处理模块包括依次 连接的检波电路、放大电路、差动放大电路、增益调整电路和滤波电路。
3. 如权利要求l所述的金属磁记忆诊断仪，其特征在于所述微处理器还连接有RS232 接口或USB接口。
4. 如权利要求1所述的金属磁记忆诊断仪，其特征在于所述显示模块为LCD显示电 路或LED指示灯。
5. 如权利要求1所述的金属磁记忆诊断仪，其特征在于所述微处理器还连接有键盘。
专利摘要本实用新型公开一种金属磁记忆诊断仪，包括检测探头、数据处理模块、A/D转换模块、微处理器、显示模块、测距电路和报警模块；检测探头包括四个或八个按阵列排列的磁场传感器和与之连接的多路开关，多路开关的输出端连接数据处理模块；数据处理模块的输出端经由A/D转换模块连接微处理器，该微处理器还连接显示模块、测距电路和报警模块。此种金属诊断仪可方便、准确地检测出金属工件内部的缺陷或应力集中区。
文档编号G01N27/83GK201548520SQ20092018121
公开日2010年8月11日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者陈金贵 申请人:厦门艾帝尔电子科技有限公司