封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法
2023-07-22 11:33:46 1
專利名稱：封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種材料內部應力和缺陷的無損檢測技術，尤其涉及一種封閉多層殼體內部 夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法。
背景技術：
在很多設備中，都會用到多層殼體的結構，而多層殼體結構的設備必須在裝配過程中施 加較大的作用力使各層殼體緊密結合；由於任何工件都存在一定的尺寸加工誤差，在生產裝 配時，容易在各層殼體的接觸面上產生局部應力集中、局部過熱、偏載和配合欠緊密等問題， 甚至會造成材料內部的裂紋和損傷，從而造成損失或成為隱患引發事故；如果在裝配過程中， 我們可以掌握內部各層殼體的厚度(或者殼體間的縫隙距離)，適當調整裝配時各個丄件的 位置，就可以很好的避免出現各層殼體的接觸面上產生局部應力集中、局部過熱、偏載和配 合欠緊密等問題，因此，研究封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇的在線檢測的方法， 對於保障產品質量、裝配時的安全性、以及提高裝配精度都具有重要意義。
截止目前，可用於檢測多層殼體結構內部無損檢測的方法有超聲檢測、射線檢測、紅 外檢測以及磁檢測，前述種種方法中，各個方法雖然在其各自的應用領域都有其獨到的優勢， 但是，還沒有哪種方法能夠用於檢測多層殼體內部夾層厚度和殼體問狹縫間間歇厚度。
發明內容
本發明公開了一種封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法，向巴克豪森 磁噪聲檢測裝置施加連續變頻電磁激勵，獲取封閉多層殼體內部不同深度的連續MBN、 MAE 信號，根據MBN、 MAE信號的突跳和突跳幅度，確定封閉多層殼體內非鐵磁材料層的厚度 和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚度。
施加連續變頻電磁激勵的方式為從高頻到低頻。
根據下式確定封閉多層殼體內非鐵磁材料層的厚度和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚度
formula see original document page 3
式中A、 //2分別為相同電磁激勵頻率下，信號突跳前和突跳後的感應磁場強度；/,為 非鐵磁材料層的厚度和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚度；/2為磁極化磁鐵兩極間距；^為非 鐵磁材料層和/或空氣層的相對磁導率；//2為鐵磁材料的相對磁導率。
本發明的有益技術效果是該方法能夠測量和計算出封閉多層殼體內夾層中的非鐵磁材 料層的厚度以及兩層鐵磁殼體間狹縫間隙的大小，這對於封閉多層殼體在線裝配檢測、在役設備的定期檢測和維護，為設備裝配質量提高和設備長期穩定可靠存放提供技術保障，從而 提高我國無損檢測技術水平。
圖1，巴克豪森磁噪聲檢測裝置結構示意圖2，激勵磁場和接收傳感器一體化結構；
圖3，控制磁場激勵頻率對鐵磁材料縱深的逐層掃描示意
圖4，突跳和突跳幅度示意圖
圖5，鐵磁殼體間有空氣層的示意圖6，鐵磁殼體間有非鐵磁材料層的示意圖中:"門"型鐵芯l、激勵線圈2、 MBN傳感器3、 MAE傳感器4;
具體實施方式
本發明的方法中採用的裝置是已經十分成熟的巴克豪森磁噪聲檢測裝置，參見圖1，其
結構主要由以下幾個部件組成"門"型鐵芯l、激勵線圈2、 MBN傳感器3、 MAE傳感器4; 檢測時，將"門"型鐵芯1的下部(激勵發射端)緊貼在待測殼體表面，MBN傳感器3設置在 鐵芯橫粱在待測殼體外表面的正投影線上，MAE傳感器4設置在此正投影線的延長線上；為 了便於檢測可以將MBN傳感器3、 MAE傳感器4和"n"型鐵芯1設計為如圖2所示的"激勵 磁場和接收傳感器一體化結構"，即在"門"型鐵芯1框體內側和外側分別加設一連接板，將 MBN傳感器3固定在"門"型鐵芯1框體內側的連接板上，將MAE傳感器4固定在"門"型鐵 芯1框體外側的連接板上。
參見圖3，測量時，按從高頻到低頻的方式向巴克豪森磁噪聲檢測裝置施加連續變頻電 磁激勵；由於鐵磁材料的相對磁導率(大約100-1000)和電導率(大約1G、1G^/M)遠遠 大於空氣和/或非鐵磁材料的相對磁導率(大約1-10)和電導率(1000-10000)。在空氣層和 Z或非鐵磁材料層內趨膚效應(3 = 1/V^， //為材料的磁導率；cr為材料的電導率；/為 磁場激勵頻率；^為表面磁場經鐵磁殼體衰減l/e處的深度)影響非常小；然而，由於兩種材 料磁導率的不同，根據磁路定理，在空氣層和/或非鐵磁材料層中磁場強度與外鐵磁層內表面 磁場強度比值(外鐵磁層內表面與空氣層和/或非鐵磁材料層緊密結合)，或稱為磁場衰減率 為
formula see original document page 4式中，//,為非鐵磁材料層中磁場強度，/^為外鐵磁層內表面磁場強度，反應在響應信 號上，即//" //2分別為相同電磁激勵頻率下，信號突跳(後文將對突跳進行介紹)前和突 跳後的感應磁場強度；A為非鐵磁材料層的厚度和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚度；/2為磁極化磁鐵兩極間距(S卩"門"型鐵S 1激勵發射端正、負極間間距)；//,為非鐵磁材料層和/
或空氣層的相對磁導率；/^為鐵磁材料(外殼)的相對磁導率。
通常，A^cx/"空氣和/或非鐵磁材料與鐵磁材料磁導率相差越大，空氣和/或非鐵磁材料
層厚度的影響也越大，但是，它與磁場激勵頻率無關。激勵源頻率由高到低連續的變化過程， 磁場由淺入深逐步(連續)深入，當磁場到達空氣層和/或非鐵磁材料層內時(此時頻率為/w)，
磁場會急劇衰減，衰減幅度由式^-, /l+/'2決定;如果頻率繼續降低，磁場會穿透空氣
層和/或非鐵磁材料層到達內部鐵磁殼體內，並且隨著頻率繼續降低深入結構內部。因此，在 頻率降低經過/w的過程中，即磁場穿過非鐵磁材料層和/或空氣層，山於磁場會急劇衰減， MBN和MAE響應信號在非鐵磁材料層和/或空氣層會有一個突跳的衰減，如圖4所示。通過 檢測到的MBN和MAE響應信號在該頻率點的突然衰減，可以計算出磁場的衰減情況。如果 磁極化磁鐵兩極間距、磁場衰減幅度、非鐵磁材料和鐵磁材料相對磁導率都知道，可以由式 & =A+(2求得非鐵磁材料層厚度。
下面分別介紹兩種殼體結構下本發明的應用
1、 外部殼體和內部殼體間存在空氣間隙的情況參見圖5，隨著電磁激勵的頻率降低， 巴克豪森磁噪聲檢測裝置發出的磁場逐步向殼體內部深入，當磁場深入到殼體與殼體間空氣 層的交界面時，由於磁導率和電導率的變化，磁場會發生突變，這種突變反應在檢測信號上，
就是MBN和MAE傳感器接收到的響應信號在該頻率點(磁場激勵頻率，也即檢測裝置電磁 激勵的頻率)的突然衰減，這種情況我們稱之為突跳(參見圖4);當電磁激勵的頻率繼續 降低，磁場穿透深度繼續向內部深入，當磁場穿過空氣間隙，到達空氣層與內部殼體的交界 處時，突跳結束(突跳開始和結束時，響應信號的衰減幅度也稱為突跳幅度，只要非鐵磁材 料層和/或空氣層的厚度足夠小，就可以認為突跳是發生在某一頻率點處，故前文中，盡、//2 的定義基礎是在相同電磁激勵頻率這一條件下)，MBN和MAE傳感器接收到的響應信號回 歸正常(即與磁場在鐵磁材料中穿透時，應得的MBN和MAE響應信號相同)；
2、 外部殼體和內部殼體間存在非鐵磁材料層(各層緊密結合)參見圖6，與前一種情 況類似，當磁場深入到鐵磁材料殼體與非鐵磁材料殼體的交界面時，MBN和MAE響應信號 會發生突跳；當磁場繼續深入，直到穿過非鐵磁材料殼體，到達非鐵磁材料殼體與內部鐵磁 材料殼體的交界面時，MBN和MAE響應信號又回歸正常；
前面兩種情況都是對相同磁導率/電導率的鐵磁材料殼體間空氣層/非鐵磁層厚度檢測的
描述，還可能出現的情況是，外部殼體和內部殼體均為鐵磁材料，但其磁導率/電導率不同，
但不論其磁導率/電導率差異多大，只要殼體是鐵磁材料，其MBN和MAE響應信號與非鐵磁材料(或空氣)磁導率的MBN和MAE響應信號迥然不同，根據磁導率和電導率，我們就 可以確定殼體厚度和空氣間瞎度(磁辨/電導率與磁場穿麟度的研究已相當成熟)。
權利要求
1、一種封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法，其特徵在於向巴克豪森磁噪聲檢測裝置施加連續變頻電磁激勵，獲取封閉多層殼體內部不同深度的連續MBN、MAE信號，根據MBN、MAE信號的突跳和突跳幅度，確定封閉多層殼體內非鐵磁材料層的厚度和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚度。
2、 根據權利要求1所述的封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法，其特 徵在於施加連續變頻電磁激勵的方式為從高頻到低頻。
3、 根據權利要求i所述的封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法，其特 徵在於根據下式確定封閉多層殼體內非鐵磁材料層的厚度和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚 度/,，formula see original document page 2式中//2分別為相同電磁激勵頻率下，信號突跳前和突跳後的感應磁場強度；/,為 非鐵磁材料層的厚度和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚度；/2為磁極化磁鐵兩極間距；//,為非 鐵磁材料層和/或空氣層的相對磁導率；//2為鐵磁材料的相對磁導率。
全文摘要
本發明公開了一種封閉多層殼體內部夾層厚度和狹縫間間歇在線檢測方法，向巴克豪森磁噪聲檢測裝置施加連續變頻電磁激勵，獲取封閉多層殼體內部不同深度的連續MBN、MAE信號，根據MBN、MAE信號的突跳和突跳幅度，確定封閉多層殼體內非鐵磁材料層的厚度和/或鐵磁材料層間的狹縫間隙厚度。本發明的有益技術效果是能夠測量和計算出封閉多層殼體內夾層中的非鐵磁材料層的厚度以及兩層鐵磁殼體間狹縫間隙的大小，這對於封閉多層殼體在線裝配檢測、在役設備的定期檢測和維護，為設備裝配質量提高和設備長期穩定可靠存放提供技術保障，從而提高我國無損檢測技術水平，為國民經濟建設服務。
文檔編號G01B7/14GK101545756SQ20091010377
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月5日 優先權日2009年5月5日
發明者文玉梅, 平 李 申請人:重慶大學