[发明专利]铁磁性材料磁致伸缩曲线的SH0

说明书

本发明公开了铁磁性材料磁致伸缩曲线的SH₀模态超声导波测量方法，采用基于磁致伸缩机制的电磁超声传感器在铁磁性薄板中激励并接收SH₀模态超声导波并提取其波包的幅值，代入理论公式反演出材料的磁致伸缩系数。通过改变基于磁致伸缩机制的电磁超声传感器的静态偏置磁场强度，重复上述测量过程，即可得到磁致伸缩系数与静态偏置磁场强度的关系曲线，也即薄板材料的磁致伸缩曲线。该方法可以直接应用于工程现场，对电工钢或磁致伸缩带材的磁致伸缩曲线进行快速无损评价，测得的SH₀模态超声导波幅值与偏置磁场的关系曲线也可用于材料应力和微观结构变化的表征。

技术领域

本发明属于材料性能无损测量技术领域，利用SH₀模态超声导波方法测量铁磁性材料的磁致伸缩曲线。测量方法还可应用于电工钢、先进高强钢等性能的无损评价，间接表征材料内部应力、微观结构变化等。

背景技术

在外加磁场作用下，铁磁性材料的长度和体积都会发生微小变化，这种现象称为磁致伸缩，其中长度变化称为线磁致伸缩。磁致伸缩曲线反映了线磁致伸缩应变量(或磁致伸缩系数)与外加磁场强度的关系，是铁磁性材料磁致伸缩性能的重要表征形式。磁致伸缩曲线测量是评价电工钢、磁致伸缩传感材料性能的重要内容。

目前常用的磁致伸缩曲线测量方法包括电阻应变法、光杠杆法和小角转动法等等。上述方法一般只能面向小尺寸试样，需采用精密仪器在实验室完成，难以直接面向工业现场进行测试。

本发明公布了一种铁磁性材料磁致伸缩曲线的SH₀模态超声导波测量方法，基本原理是：基于磁致伸缩机制的电磁超声传感器的能量转换效率(激励的SH₀模态导波能量与传感器输入电能的比值)与被测材料的磁致伸缩系数成正比。利用基于磁致伸缩机制的电磁超声传感器在薄板中激发和检测SH₀模态超声导波(采用自激自收或一激一收)，分析得到SH₀模态超声导波幅值与外加静态磁场强度的关系曲线，结合SH₀模态超声导波激励的相关理论，反演得到测试材料的磁致伸缩曲线。该方法属于非接触测量且不用制备特殊试件，可实现现场在线检测。

发明内容

本发明是一种铁磁性材料磁致伸缩曲线的SH₀模态超声导波测量方法，目的在于提供一种便捷、快速、非接触的铁磁性材料磁致伸缩测量方法，同时可利用该方法实现铁磁性材料的无损检测。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

1.铁磁性材料磁致伸缩曲线SH₀模态超声导波测量方法的理论推导

a.动态磁场计算

根据基于磁致伸缩机制的电磁超声传感器的配置情况建立二维简化模型，并根据麦克斯韦方程和电磁边界条件可得在试件内产生的动态磁场的表达式为

其中，H_dy(y,z)为动态磁场在y方向上的分量，H_dz(y,z)为动态磁场在z方向上的分量，a为回折线圈导线的宽度，D为回折线圈的周期，h_l为回折线圈的提离距离，μ_r为材料的相对磁导率，μ₀为真空磁导率，I₀为回折线圈的激励电流，ω为激励电流的角频率，t为时间，δ为集肤深度，σ_e为材料的电导率，A_n、k_n和q_n为与传感器回折线圈尺寸相关的系数，且q_n为正数，n为从0到∞的自然数，j为虚数单位。

由于H_dy(y,z)H_dz(y,z)，回折线圈在铁磁性材料内产生的动态磁场为y方向的分量，即试件内的动态磁场简化为：