申请/专利权人：西安交通大学

申请日：2020-08-22

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN111982968A

主分类号：G01N25/72(20060101)

分类号：G01N25/72(20060101);G01N1/28(20060101)

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2020.12.11#实质审查的生效;2020.11.24#公开

摘要：基于可控激励的磁管理自适应磁饱和涡流红外评价方法，通过计算机控制程序控制器同步触发电流源、感应加热器和红外热像仪；电流源激励磁饱和线圈产生恒定磁场，铁磁性材料在恒定磁场中达到磁饱和；感应加热器给加热线圈施加一个脉冲电流激励，被检测铁磁性材料在加热线圈的作用下产生焦耳热，从而引起材料表面温度的变化；红外热像仪采集温度的变化，通过分析采集到的图像序列实现对铁磁性材料的无损评价；检测完成后，利用电流源激励磁饱和线圈产生交变磁场，铁磁性材料被逐步消磁并恢复其原有的磁属性状态。本发明方法中的磁场可以在时间、强度和形态三方面实现有效的磁管理，对铁磁性材料的检测深度更大，具有广泛的应用前景。

主权项：1.基于可控激励的磁管理自适应磁饱和涡流红外评价方法，其特征在于：用于对铁磁性材料中的缺陷进行定位和定量评价，包括如下步骤：步骤1：搭建实验装置，该实验装置由计算机、程序控制器、感应加热器、加热头、加热线圈、冷却装置、电流源、磁饱和线圈和红外热像仪组成；其中计算机控制程序控制器并接收红外热像仪采集的图像序列，程序控制器同步触发感应加热器、电流源和红外热像仪；感应加热器接收到触发信号后施加脉冲激励电流给与加热头相连的加热线圈，加热线圈和磁饱和线圈放置于铁磁性材料上方，同时冷却装置对感应加热器、加热头和加热线圈进行冷却；电流源接收到触发信号的同时给磁饱和线圈施加一个方波电流激励，在方波电流激励时间内，磁饱和线圈会在空间产生恒定磁场；红外热像仪接收到来自程序控制器的触发信号后开始采集铁磁性材料的图像序列并将图像序列传输给计算机；步骤2：首先打开冷却装置并将磁饱和线圈和加热线圈放置于铁磁性材料上方，然后对红外热像仪进行温度校准，校准完毕后进行调焦操作，保证铁磁性材料在红外热像仪中的图像清晰，同时红外热像仪与加热线圈之间的距离和红外热像仪与磁饱和线圈之间的距离均必须大于500mm，防止加热线圈产生的磁场和磁饱和线圈产生的磁场影响红外热像仪的性能；步骤3：在程序控制器中先设置电流源给磁饱和线圈施加的电流的参数，包括：激励波形、电流幅值和激励时间；其中激励波形由磁饱和线圈产生磁场的形式决定，电流幅值由铁磁性材料磁饱和状态需要施加的外磁场强度决定，激励时间与感应加热器的激励时间相同，最终实现磁场的自适应管理；然后设置感应加热器给加热线圈施加的激励电流的参数，包括：电流幅值、激励频率和激励时间；最后在程序控制器中设置红外热像仪采集图像序列的参数，包括：采样频率和总的采集时间；总的采集时间必须大于激励时间；步骤4：用计算机控制程序控制器同时给感应加热器、电流源和红外热像仪一个触发信号，电流源接收到触发信号的同时给磁饱和线圈施加一个方波电流激励，在方波电流激励时间内，磁饱和线圈会在空间产生恒定磁场；感应加热器接收到触发信号的同时给加热线圈施加一个脉冲激励电流，激励波形表达式如式1所示；与此同时，当红外热像仪接收到来自程序控制器发出的触发信号时，开始采集铁磁性材料表面温度的变化。It＝I0×1-e-10000t×sinωt1式中：It表示t时刻的激励电流值，I0表示脉冲激励电流的幅值，ω为脉冲激励电流的角频率，t为时间；加热线圈中的脉冲电流会在空间激发交变磁场，铁磁性材料在交变磁场中会产生涡流；在磁饱和线圈产生的恒定磁场的作用下，铁磁性材料达到磁饱和状态，铁磁性材料的磁导率降低，从而导致涡流在铁磁性材料中的渗透深度增大；根据焦耳定律可知，部分涡流会在材料内部由电能转化为热能，且产生的焦耳热Q正比于涡流密度Js和电场密度E： 式中：σ表示铁磁性材料的电导率；Js表示涡流密度；E表示电场强度，其表达式由式3表示； 式中：A表示磁矢位，可由式4得到；t表示时间； 式中：μ表示铁磁性材料的磁导率；由涡流产生的焦耳热Q将会在铁磁性材料内部传播，其传播规律遵循式5； 式中：ρ表示铁磁性材料的密度；Cp表示铁磁性材料的比热容；k表示铁磁性材料的热导率；T表示温度；Q表示焦耳热；当铁磁性材料表面或内部存在缺陷时，这些缺陷会影响热传导的过程，导致铁磁性材料表面温度分布不均匀，最终会在红外热像仪采集的图像序列中体现出来；由于在磁饱和线圈产生的恒定磁场的作用下，铁磁性材料的相对磁导率减小，涡流的渗透增大，所以热传导的深度更大，从而对更深处缺陷的检测能力增强；步骤5：当铁磁性材料的检测过程完成时，由于加热线圈产生的磁场和磁饱和线圈产生的磁饱和磁场的影响，铁磁性材料会被磁化；这时利用电流源给磁饱和线圈施加一个交变电流激励，磁饱和线圈会产生一个交变的磁场，铁磁性材料在此交变磁场中会被逐步消磁，最终使被检铁磁性材料恢复其原有的磁属性状态；步骤6：最后通过红外热像仪采集到的图像序列对铁磁性材料中的缺陷进行定位和定量；由于铁磁性材料表面或内部的缺陷会影响热传导的过程，所以缺陷附近的温度分布与无缺陷部分的温度分布具有较大的差异，通过分析红外热像仪采集到的图像序列上的温度分布云图即能够对铁磁性材料中的缺陷进行定位和定量。

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权利要求：

百度查询： 西安交通大学 基于可控激励的磁管理自适应磁饱和涡流红外评价方法

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