基于压磁效应的应力非接触检测及其试验研究

摘要

在一系列用于铁磁性材料的应力检测方法中，磁测应力技术可以弥补常规应力检测方法的不足，实现快速、高效、非接触的应力测量。本文以磁测应力技术为中心，以压磁效应为基础，对磁测应力传感器及其检测系统进行了研究。
　　压磁效应是指铁磁性材料在外部载荷作用下其内部的磁特性如磁导率等会发生改变的现象。根据压磁效应及法拉第电磁感应定律，当被测材料受外力作用时，磁测应力传感器可以将被测材料内部磁特性的变化转换成传感器检测线圈上输出电压的变化，从而达到应力检测的目的。本文主要从以下几方面进行相关研究:
　　首先，根据铁磁学基本原理，从铁磁性材料的磁致伸缩效应及其逆效应即压磁效应出发，论述了与磁测应力相关的基础理论。其中主要分析了铁磁性材料磁畴结构形成的微观机理及外磁场作用下铁磁性材料的磁化过程与磁化机制;研究了应力对铁磁性材料磁化的影响，为磁测应力提供了理论依据。
　　其次，设计了基于磁测应力传感器的应力检测系统，并介绍了检测系统中的各个部分。其中主要在理论上对不同探头结构的磁测应力传感器的性能进行了比较，最后选用了三磁极E形探头的应力传感器作为研究对象;确定了探头材料、几何尺寸、励磁线圈匝数及励磁电流电流强度等参数;通过对该传感器的磁路分析，利用电磁学原理得出了被测材料在静态应力和动态应力作用下，传感器感应输出电压的基本方程式。
　　最后，设计了试验方案，对被测试件在拉伸和压缩力情况下，针对传感器的励磁电流、频率及气隙等进行了试验研究，得出了传感器工作时适合的励磁电流强度、频率大小及非接触检测距离等参数。在此基础上，通过对传感器的标定试验，得出了其静态特性参数。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 基于压磁效应的应力检测原理

2．1 压磁效应及其形成机理

2．1．1 磁致伸缩效应

2．1．2 压磁效应

2．2 物质的磁畴结构

2．3 铁磁材料的磁化研究

2．3．1 磁化曲线的特征

2．3．2 磁化过程及磁化机制分析

2．4 应力对磁化的影响

2．4．1 应力对磁畴能量的影响

2．4．2 应力对壁移磁化的影响

2．4．3 应力对畴转磁化的影响

2．5 本章小结

第三章 应力检测系统的设计与实现

3．1 总体方案概述

3．2 被测试部分的设计

3．2．1 加载仪器的介绍

3．2．2 被测试件的制备

3．3 磁测应力传感器的设计

3．3．1 励磁系统设计

3．3．2 传感器探头结构分析

3．3．3 探头材料的选取

3．3．4 传感器励磁线圈参数及电流的计算

3．3．5 传感器的磁路分析

3．4 信号采集部分的设计

3．4．1 放大电路的设计

3．4．2 信号测量仪器的选择

3．5 应力检测系统的实现

3．6 本章小结

第四章 压磁传感器应力检测试验的影响因素分析

4．1 励磁频率对传感器性能的影响

4．2 气隙对传感器性能的影响

4．3 励磁电流对传感器性能的影响

4．4 其他影响因素及解决措施

4．5 本章小结

第五章 应力的非接触检测试验及数据分析

5．1 试验准备

5．2 拉应力下试验数据的处理与分析

5．3 压应力下试验数据的处理与分析

5．4 非接触检测试验结果

5．5 传感器非接触检测的标定试验

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间发表的研究成果