[发明专利]铁磁构件三维残余应力场的磁测量传感单元、装置和方法

说明书

本申请属于传感器技术领域，具体涉及一种铁磁构件三维残余应力场的磁测量传感单元、装置和方法，旨在为了解决现有残余应力磁测传感器不能测量垂直于结构件的纵向残余应力、无法得到铁磁构件的三维残余应力场的问题。本发明的磁测量传感单元包括九极磁检测传感器和横向磁场检测传感器，九极磁检测传感器包括九极磁芯、第一励磁线圈、第一检测线圈和第二检测线圈；横向磁场检测传感器包括U型磁芯和绕制于U型磁芯的第二励磁线圈和第三检测线圈。本发明的磁测量传感单元对铁磁构件表面无需任何处理，直接进行接触或非接触测量，得到待测点的三维残余应力分布，具有应用范围广、检测快、效率高等优点。

技术领域

本申请属于传感器技术领域，具体涉及一种铁磁构件三维残余应力场的磁测量传感单元、装置和方法。

背景技术

残余应力广泛存在于铸造、焊接、热处理等加工后的结构件内，会对材料的物理、力学性能产生巨大影响，对结构件的强度造成很大危害，严重影响结构件的质量和安全使用。在残余应力的检测方法中，磁测法可接触或非接触直接检测，检测速度快，效率高，被广泛采用。

现有的二极、四极、九极等残余应力磁测传感器和装置，利用磁导率的相对变化量与应力的线性关系，不仅能够得到残余应力的大小，而且能够快速判断残余应力的类型和方向。但是，使用现有的磁测传感器仅能检测得到二维平面残余应力的大小和方向，无法检测到铁磁构件内部垂直方向的残余应力，因此也就无法得到铁磁构件的三维残余应力场，这对于较厚的铁磁构件是不利的，可能会导致疲劳裂纹在结构件内部产生，进而发生事故。因此，开展基于磁各向异性的铁磁构件三维残余应力磁测理论和方法研究是十分必要的，工程应用上也具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术中残余应力磁测传感器不能测量垂直于结构件的纵向残余应力、无法得到铁磁构件的三维残余应力场的问题，本申请提出了一种铁磁构件三维残余应力场的磁测量传感单元、装置和方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种铁磁构件三维残余应力场的磁测量传感单元，该磁测量传感单元包括九极磁检测传感器和横向磁场检测传感器；

所述九极磁检测传感器包括九极磁芯、第一励磁线圈、第一检测线圈和第二检测线圈；所述九极磁芯由磁芯端部、1个励磁柱和8个检测柱组成，所述励磁柱位于磁芯端部中央，所述检测柱均匀分布于以所述励磁柱为圆心的圆周上；所述第一励磁线圈绕制于所述九极磁芯的励磁柱，用于在第一励磁电流的作用下产生第一激励磁场，所述第一检测线圈和所述第二检测线圈分别绕制于4个检测柱，用于测量方向垂直的两个主应力变化引起的第一感应电压和第二感应电压；

所述横向磁场检测传感器包括U型磁芯和绕制于所述U型磁芯的第二励磁线圈和第三检测线圈，所述第二励磁线圈用于在第二励磁电流的作用下产生第二激励磁场，所述第一励磁电流和所述第二励磁电流的频率相同，所述第三检测线圈用于测量纵向应力引起的第三感应电压。

可选地，所述九极磁检测传感器设置于所述横向磁场检测传感器的U型槽中。

可选地，所述九极磁检测传感器包括九极磁检测传感器外壳，所述横向磁场检测传感器包括横向磁场检测传感器外壳；所述九极磁检测传感器外壳包括外壳本体、连接部、固定部；

所述九极磁检测传感器设置于所述外壳本体的空腔中；

所述固定部与所述横向磁场检测传感器外壳固定连接；

所述连接部分别与所述外壳本体和所述固定部连接，所述连接部内部设有线缆固定组件。

本发明第二方面提出了一种铁磁构件三维残余应力场的磁测量装置，该装置包括：上述的铁磁构件三维残余应力场的磁测量传感单元，以及励磁单元、检测信号处理单元、残余应力计算单元；