[发明专利]基于增量磁导率的金属材料抗拉强度定量检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于增量磁导率的金属材料抗拉强度的定量检测装置，其特征在于：包括三维固定平台、检测磁芯、高频激励线圈、低频激励线圈、提取线圈、功率放大器、信号发生器、交流恒流源、锁相放大器、A/D采集卡和电脑；

所述三维固定平台用于调节检测磁芯在待检测样件旁的位置；

所述检测磁芯形状为U型，高频激励线圈、提取线圈分别绕制在检测磁芯的两端，低频激励线圈绕制在检测磁芯的上端；

信号发生器输出的低频信号通过功率放大器放大后接入低频激励线圈，信号发生器输出的高频激励信号接入交流恒流源后接入高频激励线圈，提取线圈输出的高频检测信号和信号发生器输出的高频激励信号同时接入锁相放大器，锁相放大器用于从提取线圈输出的高频检测信号中提取出与增量磁导率相对应的低频信号并放大，同时抑制噪声，输出实部和虚部两路信号；

信号发生器和锁相放大器的输出分别连接A/D采集卡，A/D采集卡连接电脑，电脑控制A/D采集卡采集信号发生器输出的低频激励信号和锁相放大器输出的实部和虚部两路信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于增量磁导率的金属材料抗拉强度的定量检测装置，其特征是：所述三维固定平台上具有用于调整检测磁芯相对于待检测样件位置的固定装置，三维固定平台在x、y、z三个方向均可以通过把手调整固定装置相对三维固定平台的位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于增量磁导率的金属材料抗拉强度的定量检测装置，其特征是：所述检测磁芯材料为铁氧体。

4.根据权利要求1所述的一种基于增量磁导率的金属材料抗拉强度的定量检测装置，其特征是：所述高频激励线圈和提取线圈均采用线径为0.25mm的漆包线绕制，圈数为50圈，低频激励线圈采用线径为0.35mm的漆包线绕制，圈数为100圈，所有线圈外均包裹一层屏蔽层。

5.一种基于增量磁导率的金属材料抗拉强度的定量检测方法，其特征是：包括步骤：

1)调节三维固定平台使检测磁芯至样件检测点位置，打开电源使系统工作，电脑控制A/D采集卡采集信号发生器输出的低频激励信号和锁相放大器输出的实部和虚部两路信号，对采集的信号进行预处理，以低频激励信号电压值为横坐标，以增量磁导率实部信号为纵坐标，生成增量磁导率实部蝶形图；

2)对预处理后的增量磁导率实部蝶形图取特征参数：峰峰值，峰间距，交点幅值，50％腰宽和蝶形图面积，蝶形图的上下峰值之差为峰峰值，两个上峰值之差为峰间距，左右半支的交点的纵坐标值为交点幅值，上下峰值中心跨过蝶形图左或右半支的两交点横坐标之差为50％腰宽，左右两支面积之和为蝶形图面积；

3)通过三维固定平台调节样件检测点位置，分别在多个样件上的M个相对位置相同点进行检测并获取数据，每个点检测N次，每个点的每次检测前必须对样件进行断电退磁，一个样件共M*N组数据；

4)对已知抗拉强度的样件分别进行上述检测，随机抽取90％的已知抗拉强度的样件作为训练集，将训练集的增量磁导率特征参数及样件厚度作为训练集输入数据，输入BP神经网络，将对应样件的抗拉强度作为训练集输出数据，进行神经网络训练，得到金属材料抗拉强度的预测模型；

将剩下的10％的已知抗拉强度的样件作为验证集，将相应的增量磁导率特征参数及样件厚度作为验证集输入数据，验证集样件的抗拉强度作为验证集输出数据，输入训练好的金属材料抗拉强度的预测模型，通过十折交叉验证调整神经网络的参数至最优，得到通过十折交叉验证调整参数后的金属材料抗拉强度的预测模型；

5)对未知抗拉强度的工件进行增量磁导率测试，提取其增量磁导率特征参数，将待测工件增量磁导率特征参数及工件厚度作为测试集输入数据，输入通过十折交叉验证调整参数后的金属材料抗拉强度的预测模型，模型的输出即为对该工件的抗拉强度的检测结果，实现基于增量磁导率的金属材料抗拉强度定量检测。

6.根据权利要求5所述的一种基于增量磁导率的金属材料抗拉强度的定量检测方法，其特征是：所述预处理步骤为：以低频激励信号为基准，同步采集低频激励信号电压值、锁相放大器输出的实部和虚部信号，再对三路信号均做平滑处理。