Page 102 - 无损检测2023年第三期

金新玖, 等:

基于磁弹效应的管道弯曲应力检测方法

影响、 可识别能力较强、 测量速度快、 无辐射危险、 非 μ NIA
Φ= BA = ( 2 )
接触测量等优点, 在管道弯曲应力检测中具有很好 l
的研究价值和应用前景 [ 4 ] 。 式中: A 为磁路有效面积。
以弯曲状态下 Q235 钢板为研究对象, 基于磁 此时, 磁阻为
弹性应力检测法, 分析了磁弹性传感器检测回路中 NI l
R m = = ( 3 )
的磁阻与阻抗, 研究了钢板弯曲状态下的受力情况, Φ μ A
验证了弯曲状态下阻抗与应力的变化关系, 从而为 式中: R m 为磁阻。
管道弯曲应力检测提供新思路。 对线圈输入交流磁化电流I= I m cos ( ωt+ φ ),
为最大电流, 得
1 磁弹性应力检测原理 ω 为磁化电流角速度, t 为时间, I m
), 为最大磁场强
到磁化场 H =H m cos ( ωt+ φ H m
磁弹性检测法以磁弹效应为理论基础, 即铁磁 度。磁感应强度B 比H 落后一个相角 δ , 则磁感应
材料在应力的作用下, 磁畴壁会发生偏转与位移, 偏 强度B 为
转过程中磁畴内部能量不断变换引起铁磁材料磁导 B= B m cos ( ωt+ φ- δ ) ( 4 )
率或磁阻的变化 [ 5 ] 。
式中: B m 为最大磁感应强度。
磁弹性检测法采用结构简单且测量效果较好的
将感应电流、 磁场强度、 磁感应强度以复数的形
二磁极 U 型传感器, U 型磁芯的两端分别缠绕励磁 · · ·
j φ
j φ
j ( φ - δ )
式分别表示为I= I m e , H =H m e , B = B m e ,
线圈和检测线圈, 对激励线圈施加交变电流使其产
·
B
生磁场, 传感器与待测铁磁性材料形成闭合的磁回 则复数磁导率 μ = · = B m -j δ μ m=
e , 设最大磁导率
·
路, 并由检测线圈测量输出的感应电压情况。磁弹 H H m
性应力检测原理如图1所示。
, 则有
B m
H m
-j δ
·
μ= μ m e = μ '- j μ ″ ( 5 )
式中: ' 与 ″ 分别为磁导率的实部与虚部。
μ
μ
2
μ m = μ ' + μ ″ 2 ( 6 )
·
复数电感L 则为
2·
图1 磁弹性应力检测原理 · N μ
L= ( 7 )
根据磁弹效应, 待测铁磁性材料受到外力 F 作 C 1
为磁芯常数。
用时, 其磁导率 μ 发生变化使得回路中磁阻R 发生
式中: C 1
改变, 从而引起磁通量 Φ 的变化, 导致检测线圈中 由公式( 5 ) 与公式( 7 ) 可得
2
2
·
感应电压发生改变。磁弹性应力检测技术就是确定 L= N μ ' - j N μ ″ ( 8 )
出感应电压与应力变化的关系式, 实现对被测试件 C 1 C 1
缠绕在磁芯上的电感线圈对与正弦信号产生的
的应力检测。
阻抗为
2 磁路与阻抗分析 · · ωN μ ' ωN μ ″
2
2
Z= j ωL= j + ( 9 )
C 1 C 1
假设检测过程中传感器磁路内部磁场均匀, 磁 从理论推导可以得出, 磁弹性传感器的阻抗与
路的磁感应强度为
其磁导率有关, 检测过程中磁弹性传感器磁回路由
NI
B= μ H = μ ( 1 ) 传感器本身与待测物体两部分组成, 检测回路中的
l
磁导率 ( ) 由传感器磁导率 ( ) 及待测物体磁导
式中: B 为磁感应强度; I 为感应电流; 为磁导率; μ μ 1
μ
l 为有效磁回路的长度; N 为线圈匝数; H 为磁场 率 ( ) 组成, 即 μ = μ 1+ μ 2 。 当应力导致待测物
μ 2
体磁导率变化时, 回路整体磁导率受到影响, 通过测
强度。
感应磁通量为 量检测回路中的阻抗等相关系数对铁磁性材料所受
应力进行间接测量 [ 6 ] 。
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2023年 第45卷 第3期
无损检测