[发明专利]基于磁梯度张量的金属磁记忆缺陷定位方法

说明书

本发明公开了一种基于磁梯度张量的磁记忆缺陷定位方法，特别是涉及一种用梯度张量模量的极大值点判断应力集中的边界，用梯度局部波数极值点判断应力集中中心位置的方法。所述方法采用2个平行移动的3分量传感器组成的张量测量系统获取磁场梯度信息，以磁梯度张量的模量和梯度局部波数为判别依据，确定构件损伤边界及中心位置。本发明对应力集中或缺陷定位准确性高，且受检测方向影响较小。

技术领域

本发明涉及一种基于磁梯度张量的磁记忆缺陷定位方法，特别是涉及一种用梯度张量模量极大值点判断应力集中的边界，用梯度局部波数极值点判断应力集中中心位置的方法。属于无损检测技术中的金属磁记忆检测领域。

背景技术

金属磁记忆(MMM)检测技术是由俄罗斯Doubov教授提出，指利用缺陷或缺陷形成之前的微区在地磁场作用下引起的磁场变化信息，间接的判断铁磁构件是否存在缺陷或者应力集中区的一种早期无损检测方法。在利用磁记忆检测技术对铁磁构件应力集中程度和缺陷进行诊断之前，首先必须找到能够表征应力集中的信号特征。目前被提出并认为可做磁记忆信号特征的方法有以下几种：1)切向信号Hp(y)过零点或法向信号极性发生变化；2)切向信号Hp(y)梯度极值法(K＝dHp(y)/dx)；3)区域信号极大值与极小值之差(σ＝max(Hp(y))-min(Hp(y)))；4)Lipschitz指数法；5)磁记忆信号分形维数法；6)法向和切向信号联合检测的李萨如图法。由于切向信号过零点和梯度现极值的这一特征，计算相对简单且描述较为直观，现有的磁记忆检测仪器及检测方法一般采用此特征作为应力集中部位及应力集中大致的危险程度判断的标准。磁记忆检测技术本质上检测的是试件表面自有漏磁场(SMLF)，是一个矢量场信号。除了李萨如图法外，现有的缺陷判断特征方法都是利用单一方向上磁场信号特征进行判断，这样割裂了各个方向上磁场信息之间的联系，造成了磁记忆信号的矢量特征信息丢失和浪费，而且微弱的磁记忆检测信号极易受到各种因素干扰，进一步降低了检测的可靠性。李萨如图法对法向和切向分量进行联合分析，将法向分量和切向分量微分后合成的李萨如图，根据封闭区域面积的大小来判断应力集中程度，再根据信号分量的梯度K曲线图，判断构件的损伤位置。因为裂纹、应力集中线等的走向无法提前知晓，而实际检测移动方向多数是根据被测试件的形状情况确定，当检测方向与裂纹等走向的夹角变化时，法向和切向检测分量随之会发生变化，李萨如图法封闭区域的面积也会发生变化，这就影响了损伤程度判断的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于磁梯度张量的金属磁记忆缺陷定位方法，用磁梯度张量模量和梯度局部波数表征构件损伤边界及中心位置，且受检测方向影响较小，从而提高损伤判断的可靠性。

为解决上述问题本发明采用以下技术方案：

处于地磁场环境下的铁磁构件因受载荷的作用，其内部会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向或不可逆的重新取向，从而导致应力或应变集中区域表面的漏磁场H发生改变，出现切向分量H(x)具有峰值及法向分量H(y)过零点的现象。因此，通过分析切向和法向分量及其梯度信息，可推断该工件的应力集中部位及预损伤区缺陷的特征。

假设被测工件表面的漏磁场在(x，y，z)三个方向上磁场分量分别为H(x)、H(y)、H(z)。则三个分量在空间三个方向(x，y，z)的变化率构成了一个张量，即磁梯度张量，共包括9个要素，记为G，表示如下：

G为对称矩阵，其迹为0，H_ij(i＝x，y，z；j＝x，y，z)为磁场强度H对i、j求导，磁场全张量G的9个元素中只有5个是相互独立的，可以将式(1)简化为

一种基于磁梯度张量的金属磁记忆缺陷定位方法，其检测步骤为：

1)梯度张量测试及计算

为获得完整的磁梯度张量信息，至少需要知道两个方向上磁场的梯度信息。根据磁记忆检测探头平行移动的特点，提出2个3分量传感器组成的张量测量系统，传感器布局如图1所示。