摘要：以具有鍍層的鐵磁零部件的裂紋檢測為背景，闡述了微磁裂紋檢測儀的主要原理、裂紋特征二次梯度提取及裂紋檢測的實現。
關鍵詞：鍍層零件；微磁檢測；二次梯度

Instrument of Testing Crack for the Parts with Plating Layer Based on Micromagnetic Theory
CHEN Guiqin1, XU Zhangsui2, WANG Feng2, ZHOU Hailin2
(1.Hebei Higher Special School of Engineering, Cangzhou 0 61001, China;
2.Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)
Abstract: Using the crack detection of ferromagnetic materials p arts with plating layer as a sample, the micromagnetic crack testing principle s, the crack characteristic extracting based on double gradient, and realizing o f crack testing were introduced in this paper.
Key words: parts with plating layer; micromagnetic detection; double gradient

鍍層工件是指在鋼材料表面鍍有如鉻、鎳、鋅等金屬的工件，鍍層厚度約為20～80μm。這些金屬的磁導率近于1，不適于采用磁粉探傷；其鍍層覆蓋在鐵磁工件表面，也不適于電渦流探傷和超聲探傷方法。筆者在國家自然科學基金資助項目研究中，運用微磁檢測技術對這種工件裂紋進行了檢測，取得了滿意的效果。

1 裂紋微磁檢測原理

由材料的微觀磁特性可知：(1)當外加機械應力時，會使材料中的晶格組織發(fā)生變化。在損傷區(qū)邊緣出現附加磁極，產生磁荷聚集，形成磁場，材料對外顯示磁性。缺陷不再擴展，其缺陷磁場強度保持不變。(2)當材料內部存在裂紋、夾雜等缺陷時，也會破壞原來的晶格，形成累計磁場，對外顯磁性。

因此在內應力集中或缺陷集中的地方，金屬導磁率下降，形成一內部磁源。這一內部磁源向金屬表面?zhèn)鬟f，形成泄漏磁場，其切向分量最大，法向分量具有從正過零到負的變化過程。

金屬構件缺陷的存在，就一定產生磁疇固定結點，形成內部磁場。這種磁場十分微弱，按微磁學原理稱為微磁點，其檢測過程稱為微磁檢測。

2 裂紋磁疇結點磁荷變異

裂紋磁疇結點磁場按靜態(tài)磁場的特點向材料表面?zhèn)鬟f。設裂紋呈V形，寬度為2b，深度為d，長度為L，鐵磁材料相對磁導率為μr(如圖1所示)。當磁場通過兩種介質分界面時，磁感應強度的法向分量是連續(xù)的。因此磁場由鐵磁區(qū)(區(qū)域1)進入空氣(由于鉻與空氣的導磁率都近似為1，可認為是一個區(qū)域，記為區(qū)域2)有：

式中n為法線方向，M1、M2為磁化強度，M2=0，δs為磁荷面密度，它是由μ0M1法線分量在兩種不同介質分界面上的不連續(xù)形成的，表明磁荷分布在邊界處會發(fā)生變異，即出現正負峰，檢測這一變異就可以發(fā)現裂紋。而變異的峰值、位置等特性就反應了裂紋的形狀和尺寸。因此磁荷變異理論就形成了裂紋檢測的基礎。

由文獻［5］，對如圖2所示V形裂紋，磁偶極子在測試點P處產生的磁場其垂直分量為：

3 裂紋特征提取

由式(2)作出的模擬裂紋微磁水平、垂直分量的波形如圖3所示。

由圖可見：

(1)裂紋磁場垂直分量Hy具有正峰和負峰值，峰—峰值隨裂紋的深度增加而增大（峰—峰間的變化梯度增大）。當梯度大于某一閾值時，存在裂紋。

(2)裂紋水平分量具有單峰，峰值隨裂紋深度增加而增大。磁場的二次梯度反映了磁場變化的程度。只有在磁場變化非常劇烈的地方，二次梯度的峰值才會很突出。當二次梯度大于某一閾值時，裂紋存在，且隨著裂紋深度增加，二次梯度增大。

根據上述特點可提取裂紋特征（圖4）。圖4(a)為實際檢測的信號，(b)為二次梯度信號。由圖可見，二次梯度大的信號可判斷為裂紋信號。

4 裂紋檢測系統(tǒng)組成

儀器系統(tǒng)由傳感裝置、自適應掃描裝置、采樣控制器、信號預處理器、計算機、驅動裝置等組成，如圖5所示。

磁傳感裝置由磁阻傳感器等組成。磁阻傳感器利用半導體磁阻效應制作，其靈敏度較高，可檢測小于10-7T的微弱磁場，因而可直接檢測缺陷泄漏的微磁信號，并將磁信號轉換為電信號。采樣控制器由圓光柵、A/D轉換器等組成，實現空域等距采樣；自適應掃描裝置由觸覺傳感器、調節(jié)機構、自適應控制器等組成，自動調節(jié)控制磁傳感器與工件表面的貼合度。計算機為586SX級別的PC/104，板上包含了DMA控制器、中斷控制器、定時器；外部接口包括一個雙向并行口、兩個RS232串行口等。存儲器為電子盤DOC(32MB)。顯示器為320×240場致發(fā)光顯示屏，在強光下可正常顯示。

磁傳感裝置在驅動裝置帶動下，沿工件表面運動，測取缺陷磁信號，并轉化為電信號輸出到信號預處理器；信號預處理器對信號進行放大、濾波，再經采樣控制器變成數字信號，送計算機；計算機對上述各部分實施控制，同時對接收的信號進行數字濾波、信號分析、裂紋特征提取、定量計算、顯示記錄，實現裂紋微磁定量檢測。驅動裝置受控于計算機，它的兩個輸出驅動軸分別接采樣控制器和磁傳感裝置，使之聯動。在強變化環(huán)境磁場干擾時，計算機控制復位電路消除強變化環(huán)境磁場干擾。

5 軟件設計

主程序流程如圖6所示，采用智能化設計。檢測開始，啟動探測頭掃描，檢測信號經放大、濾波預處理后，進入信號采集，將信號轉換為數字信號，送計算機進行平滑濾波，然后轉換為信號變化二次梯度數據；隨后根據裂紋信號特征，首先尋找二次梯度變化峰值點，然后判斷各個峰值是否≥閥值，凡二次梯度峰值≥閥值的信號，均可判斷為裂紋；對判斷為裂紋的信號數據進行記錄、顯示。

6 結論

根據上述原理研制的智能微磁裂紋檢測儀，可檢出微米級裂紋，實現了裂紋定量檢測，檢測工藝簡便，工效高。

參考文獻
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［2］李國棟.當代磁學［M］.合肥：中國科學技術大學出版社，1999.
［3］姜壽，亭李衛(wèi).凝聚態(tài)磁性物理［M］.北京：科學出版社，2003.
［4］徐章遂，等.鐵磁材料組合型裂紋缺陷漏磁數學模型［J］.兵器材料工程與科學，2001，(3)：3-6.
［5］徐章遂，馬愛文.基于模糊模式識別的裂紋漏磁信號定量分析［J］.中國機械工程，1998，(6)：41-43.

硫化氫檢測儀的參數特點及適用

    硫化氫檢測儀由硅光光源、透鏡、比色瓶、光電管、信號微處理器構成，可直接在液晶屏上顯示出被測樣品中硫化氫的含量。

    特點：

    無可動部件，靈敏度高（測定下限為0.01mg/L）

    動態(tài)線性范圍寬（0.01-1.00mg/L）

    樣品和試劑用量少，分析速度快（檢測速度20分鐘

    體積小、重量輕、操作方便（整機重180g）

    技術參數：

    測定下限：0.01mg/L（以S2-計）

    測量范圍：0.00-1.00mg/L（以S2-計）

    測量精度：5%

    測量方法：采用國標亞甲藍法方法（GB/T5750.6-2006）

    光源：波長為630nm

    電源：9V電池一節(jié)，可使用40小時以上，停止使用

    后10分鐘后自動關閉儀器

    工作環(huán)境溫度：0—40°C

    尺寸：140X70X30mm

    重量：180g（含電池）

    用途：主要用于蒸餾水、飲用水、生活用水、海水、地表水和處理后的廢水中硫化氫含量的定量測定。

標簽: 硫化氫檢測儀

硫化氫檢測儀標簽： 硫化氫檢測儀的參數特點及適用_硫化氫檢測儀組合標題：  　　門窗性能檢測儀設備系統(tǒng)組成

　　門窗三性檢測儀的組成按各個部分的功能可以分為壓力箱、供壓系統(tǒng)、淋水系統(tǒng)、測量系統(tǒng)（位移測量系統(tǒng)、低壓差測量系統(tǒng)、風速測量系統(tǒng)）電器控制系統(tǒng)、試件安裝系統(tǒng)等組成。

　　1、壓力箱

　　門窗試件的靜壓箱根據規(guī)格和風壓的要求不同，采用高輕度型鋼做為主框架，根據測試功能及平板變形值輔以方鋼管、槽鋼等型鋼材料作為龍骨架，形成的框架結構。

　　2、供壓系統(tǒng)

　　供壓系統(tǒng)由風機、漏氣閥、進氣閥、四通電磁換向閥、擋風板等組成：

　　該系統(tǒng)的風機采用高壓離心風機及變頻調速器、制動單元。是整個設備的主要動力來源，是實現模擬自然界刮風狀態(tài)的送風單元。本系統(tǒng)采用的低壓管系統(tǒng)旨在實現門窗物理性能檢測的氣密性、水密性、抗風壓性能變形檢測的風壓控制。本系統(tǒng)采用的高壓管路系統(tǒng)旨在解決門窗抗風壓檢測中的脈沖壓控制問題，實現“反復受壓檢測”、“波動加壓檢測”等。其中“反復受壓檢測”及“波動加壓檢測”是由高低壓管路系統(tǒng)配合控制實現的壓力切換功能。

　　漏氣閥與進氣閥在不同的試驗過程中，通過各個開關量的大小調節(jié)實現所需要的風壓的大小。在試驗的過程中，開關量的調節(jié)，都是系統(tǒng)軟件自動調節(jié)進行的。

　　在門窗物理性能動風壓測試中，采用變頻器調速及制動單元實現了變頻調壓技術功能，由于它是通過改變風機本身的固有特性曲線實現調壓，因此可以根本上解決氣密性極好的靜壓控制難題。另外，在進行低風壓測試時，由于風機轉速很低（1～4Hz），因此，在氣密性和水密性試驗過程中，噪音級別大大減少，風機本身功率消耗也極低。

　　對系統(tǒng)的換向裝置，我公司采用的是“四通換向閥”，該閥門的主要結構原理是通過直板閥瓣在帶有四個開口的圓管環(huán)內轉動，以實現旋轉90°產生兩兩通流的方式，使風機的吸風口在靜壓室以及空氣中切換，達到正負換向的測試要求，該技術是解決一臺風機實現正負壓供給的很好的方式。

　　在試驗箱的內部裝置中安裝有一個擋風口，該設計主要解決了風壓直吹試件的而破壞試件造成檢測結果不準確的現象。

　　3、淋水系統(tǒng)

　　淋水系統(tǒng)主要負責對試驗設備的水密性能的檢測裝置。在噴淋系統(tǒng)中，為了對試件淋水的均勻性，在壓力箱的背板上，均與的布置了16個內藏式霧狀噴頭，噴頭出水口鑲嵌在靜壓箱內板上，后面采用管路連接到位，可由試驗人員通過控制相應的閥門控制不同區(qū)域的噴頭出水。相比較于內懸式噴頭來講，具有操作簡單，故障率低，噴淋均勻，不需安裝，效率高等優(yōu)點。從試件上流下來的水通過設備的底座流到水槽中，水槽采用不休鋼制作，終回流到水箱中。形成水循環(huán)，充分的利用水資源。

　　水噴淋系統(tǒng)是用于為水密性測試提供帶有一定壓力的水霧狀下雨的整套裝置，它包括：水泵、水流量調節(jié)閥、玻璃轉子流量計、分水器、噴頭控制閥、噴淋頭座、PVC連接件等組成?？蓪崿F噴淋用水的循環(huán)使用，整個過流部件均采用的是耐腐蝕材料。

　　4、測量系統(tǒng)

　　其中位移測量裝置采用高精度、高線性度、長壽命BWR微型自復位系列的直線位移傳感器，該儀器為納米級化工導電材料及貴金屬耐磨新材料科學組合，抗干擾能力強。并且對其采用專門的磁力座，在測試的過程中保證了測量數據的準確性。

　　壓差測量裝置采用進口的微壓差傳感器，該傳感器采用高精度、高穩(wěn)定性的微差壓力敏芯片，經嚴格精密的溫度補償，線性補償，信號放大、V/I轉換，逆極性保護，壓力過載限流等信號處理，將很微小的壓差、風壓、流量等可靠地轉換成工業(yè)標準的4mA～20mA信號輸出。在測試的過程中，使得測量數據更加準確，符合國家的標準。

　　風速測量裝置采用進口的風速傳感器，在試驗過程中，檢測空氣流量的大小，并且將采集來的數據量傳送到上位機，根據附加滲透量和總滲透量的值判斷門窗氣密性的等級。該傳感器的精度可以實現空氣流量比的全量程滿足精度（0.5級）的測試要求。

　　5、電器控制柜：

　　首先上位機選用計算機作為控制顯示系統(tǒng)，下位機采用進口的可編程邏輯控制器，以及溫度模塊，執(zhí)行上位機的命令的同時，采集下部各個器件的數據傳輸到上位機進行分析。執(zhí)行器件采用進口的施耐德固態(tài)繼電器，對風機、水泵、各個閥門等進行控制。水路有φ10的耐壓耐腐蝕的PVC氣管連接。這些控制系統(tǒng)的核心部件與其它線路部分就組成了整個電氣控制系統(tǒng)部分。

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