[发明专利]一种用于铁磁性材料硬度表征的磁混频非线性检测方法

摘要

本发明公开了一种用于铁磁性材料硬度表征的磁混频非线性检测方法，选定某一信号采集位置，将传感器紧贴于铁磁构件表面，激励一高低频调制的正弦信号作为混合励磁信号，进行磁混频非线性检测；由计算机对采集到的磁混频非线性信号进行处理；提取检测信号和频与差频分量及高频基频分量幅值，计算磁非线性表征参量。采用高低频调制信号励磁，避免了系统谐振频率非线性效应对材料非线性效应的影响，检测的材料磁非线性效应对铁磁性材料力学性能变化较为敏感，可用于材料早期力学性能退化的表征。通过对磁混频信号进行分析处理，利用磁混频非线性因子表征材料硬度变化，有利于材料力学性能变化的准确表征。

主权项

1.一种用于铁磁性材料硬度表征的磁混频非线性检测方法，其特征在于：本方法提出的磁混频非线性检测技术，在高低频混合励磁条件下，低频磁化场频率低，幅值大，对铁磁性材料进行不可逆磁化，而高频磁化场由于频率高，幅值小，对材料进行可逆磁化；当交流电场施加到励磁线圈上时，励磁线圈所产生的交变磁场将铁磁材料磁化产生磁化场M，该磁化场M表示为式中，M_s表示饱和磁化场，m₀表示磁矩，μ₀表示磁导率，H(t)表示随时间t变化的外加磁场，k_B表示玻耳兹曼常数，T表示绝对温度，表示郎之万方程；若该外加磁场H(t)为两不同频率磁场的混合场，表示为H(t)＝A1sin(2πf1t+φ1)+A2sin(2πf2t+φ2)  (2)式中，A1和A2分别表示两激励电压的幅值，f1和f2分别表示两激励电压的频率，且f1>f2，φ1和φ2分别表示两励磁电压的相位；将外加磁场H(t)代入公式(1)，磁化场M随时间t变化的M(t)的泰勒级数展开式为由公式(3)可知，两不同频率的磁场作用于铁磁材料时不仅会出现线性响应分量，由于两磁场的相互作用还会产生非线性分量，如谐波分量3f1和混频分量f1±2f2；对公式(3)进行傅里叶变换，磁化场的频谱M(f)表示为式中，α＝m0μ0/kBT，δ表示单位冲激函数，j为虚数单位；公式(4)为式中，Af1、Af2、A3f1、A3f2和Af1±2f2分别为检测信号高频基频、低频基频、高频三倍频、低频三倍频、差频与和频的幅值；提取检测混频信号中和频与差频分量的幅值，两幅值之和与基频高频分量幅值之比为磁混频非线性因子Q，Q表示为计算不同被测试件的磁混频非线性因子Q，即可得到磁混频非线性特征参量随检测材料硬度变化的表征结果；通过检测的磁混频非线性特征参量表征材料硬度变化，能有效减弱基频噪声对混频分量的影响，同时避免系统谐振频率非线性效应对材料混频非线性效应的影响。