基于磁力检测法的磁滞回线检测装置开发.pdf

结构设计andMechanicalNo.7,2023DevelopmentManagement2023年第7 期Total243机械管理开发总第2 4 3期D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.042基于磁力检测法的磁滞回线检测装置开发吕广源，杨晓惠，李鹏飞，陈龙（西南石油大学机电工程学院，四川成都610500)摘要：设计开发了一套基于磁力检测法的磁滞回线检测装置，进行了检测装置的原理研究和元器件的选型分析，完成了检测装置的搭建和板状试样的测试。结果表明，该装置在不同外加磁场激励和应力状态下可以测定板状试样的磁滞回线，且测量数据稳定，从而实现对铁磁材料磁特性参数的分析。关键词：磁力检测法；磁滞回线；磁特性参数；检测装置中图分类号：TH871文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3X(2023)07-0108-020引言磁滞回线是描述材料磁感应强度和磁场强度关系的曲线，常用来反映铁磁材料的磁物理属性 1。基于磁滞回线可以获得矫顽力、剩磁、磁导率、饱和磁感应强度等磁特性参数，这些参数对于应力作用导致的材料内部结构和磁畴等微观组织变化非常敏感,因此可利用这一特性对铁磁材料的受力状况进行评价。这一方法通常称为磁力检测法，受到了相关学者的广泛关注 2-3。例如：吴斌等 4 利用磁力检测法对杆件受拉力的影响因素进行了相关性研究；任旭虎等 5 研究了铁磁材料的矫顽力和剩磁随拉应力的变化规律；李玉坤等 6 利用矫顽力来评价天然气管道环焊缝及周边的残余应力分布。但是随测试材料或加工工艺不同，不同学者研究的应力和磁特征参数之间的关系存在较大差异，且尚无统一定论，其物理机理尚不完全清晰，还存在许多问题需要深人探索和研究。因此，为了深入研究铁磁材料的磁特性参数和应力以及外加激励磁场的关系，本文设计开发了一套基于磁力检测法的磁滞回线在线检测装置。1工作原理磁滞回线检测原理如图1所示，主要由信号发生器、功率放大器、U形磁轭、激励线圈、检测线圈、采样电阻、积分电路和示波器组成。首先在U形磁轭的梁部和腿部分别缠绕上激励线圈和检测线圈，以制成检测探头；然后将U形检测探头和被测试样紧密贴合；接着，利用信号发生器输出一定幅值、频率和波形的电信号，经过功率放大器后输出到激励线圈中，利用示波器分别读取采样电阻和积分电容两端的电压信号，通过公式换算即可得到磁滞回线，进而提取出矫顽力、剩磁等磁特性参数。通过改变激励电压和频率，可以研究磁特征参数随外加激励磁场的变化规律。将该装置与万能试验机组合，可以测量不同应力状态下材料的磁特性参数变化规律。功率放大器激励线圈信号发生模块积分电路采样电阻检测线圈被测试件采样与显示图1磁滞回线检测原理2检测装置2.1信号发生器信号发生器为整个回路提供多种频率、波形和电压的激励信号。本检测装置选用的是AD9959高速DDS信号源模块，具有成本低、体积小、易操作和便携等特点。它可以进行频率、相位或振幅调制，通过模式管脚应用数据来进行调制。串行I/O接口具有很强的适应性，可以支持各种配置，具有很好的灵活性。2.2功率放大器由于DDS信号源模块输出的信号较弱，为了获得足够大的外加磁场使被测材料磁化，本装置设置了OPA549双电源供电的功率放大器。DDS信号源模块的输出信号经过功率放大器后，可输出8 A持续电流，最大电流可达10 A（电源供电30 V的情况下），满足被测材料磁化的需求，确保在需要的磁化状态下进行检测。2.3U形检测探头检测探头由U形磁芯缠绕激励和检测线圈制成。本装置应用的场合为低频电磁场，其信号频率小于50Hz，因此探头磁芯选择具有较高饱和磁感应强度和较好磁电性能的硅钢片叠加而成。根据电磁学理论，磁场强度取决于线圈的匝数，结合所需的外加磁场大小和闭合回路的磁路长度可以得到所需的激励线圈匝数，再根据激励线圈和检测线圈的比值来确定检测线圈匝数。因此，选择激励线圈4 0 0 匝，缠绕在U形磁轭的两部，感应线圈10 0 匝，缠绕在U形磁轭的收稿日期：2 0 2 2-0 9-2 0基金项目：四川省自然科学基金（2 0 2 2 NSFSC1116）第一作者简介：吕广源（2 0 0 2 一），男，辽宁大连人，西南石油大学机电本科在读，研究方向为电磁无损检测。:109.吕广源，等：基于磁力检测法的磁滞回线检测装置开发2023年第7 期两极。2.4采样电阻根据检测回路原理，采样电阻应具有较小的阻值和较大的功率。因为较小的电阻值可有效减小电阻的分压，使激励线圈获得较大的电压，以产生较强的激励磁场；但为了避免过大电流烧坏元器件，故选用较大功率的电阻。本装置选择的采样电阻阻值为10 Q，功率为2 0 0 W。2.5积分电路考虑到从感应线圈直接测量得到的信号里混杂有噪声信号，不便于实验后续的数据处理，因此在感应线圈输出端串联RC积分电路。对于RC积分电路的积分条件需要满足：积分电路的时间常数需大于等于10 倍输人波形的宽度；积分电路电阻与电容的大小关系需满足积分电阻阻值，远大于积分电容的容抗。本装置选择积分电阻阻值为35k2，积分电容为3uF。2.6示波器本装置采用的显示器件为LOTO-OSC482计算机虚拟示波器。该虚拟示波器具有带宽量程2 0 MHz，实际检测为50 Hz，量程满足要求；电压检测范围为040V，电压满足要求；采样率为50 MS/s，采样精度满足要求；价格低廉，体积小，数据采集及时，显示直观，方便简化数据处理过程。3检测试验3.1实验流程将被测试样安装在WDW-100电子式万能试验机上，设置一定大小的拉力对被测试样进行拉伸，实验装置连接情况如图2 所示。加载的拉力稳定后，打开测量装置电源，利用信号源输出的微小激励信号经过功率放大器放大到需要的激励电压后，输人激励线圈中使其产生足够大的外部磁场H，从而磁化被测试件。在激励线圈一端串联采样电阻，用来测量激励电压U的大小。检测线圈产生的感应电压信号U2,通过积分电容C进行测量。3.2结果分析利用所建立的检测装置进行实验，得到实验检测数据并绘制出磁滞回线，如图3所示。与传统的饱和磁滞回线不同的是，该磁滞回线呈树叶状，属于弱磁示波器功率放大器积分电路PC端U形探头信号源功放电源采样电阻图2实验装置图场下的瑞利磁滞回线。利用从该磁滞回线上提取的矫顽力H。和剩磁Br，同样可以判断材料在不同磁化状态下的磁特性。对同一被测试样在相同条件下进行3次重复测量，矫顽力H。和剩磁B.随应力的变化趋势如图4 所示。结果表明三次测量结果的重复性较好，说明该检测装置具有较好的测量稳定性。因此，利用本装置可以研究不同激励磁场、不同应力状态、不同材料的磁特性参数变化情况。0.300.15B-H0.00-0.15卜-0.304-3000-1500015003000磁场强度H/(A/m）图3磁滞回线660126630(u/V)H(E119600112570540口矫顽力105剩磁工510拟合曲线980100200300400500拉应力a/MPa图4磁特性参数变化曲线4结语本文结合电磁感应定律开发了一套基于磁力检测法的磁滞回线在线检测装置。通过对装置工作原理的介绍,理论分析了检测装置的可行性；从功能性、经济性和可操作性出发，对装置的各组成元器件进行了选型分析；并在此基础上，完成了整个装置的搭建和性能测试。结果表明,该装置可以测定在外加磁场激励和应力状态下，板状试样的磁滞回线，且测量数据重复性高，装置检测结果的稳定性好。本文的研究工作可为铁磁材料磁特性参数的深人分析创造必要的条件，可为磁力检测法的理论研究奠定基础。参考文献1辛倩倩，梁西昌，万熠，等.基于磁力效应的铁磁性材料无损检测实验装置开发 J1.工具技术，2 0 2 0，54（11）：9 7-10 1.2志丹，韩淋旭，王俊飞.铁磁性材料磁性参数检测装置设计与实现 J1.实验技术与管理，2 0 2 2，39（1）：10 8-112;12 5.3杨文哲，刘秀成，龚裕，等.拉应力对4 5钢磁滞与磁致伸缩曲线的影响规律 J.中国测试，2 0 2 0，4 6（4）：136-14 2.(下转第114 页）上接第1 1 1 页）上接第1 0 9 页）（编辑：李俊慧.114.第3 8 卷机械管理开发1)采用U型给水结构，对应分选腔的高度为1 2 0 0mm,分选腔外筒直径为2 0 0 mm，内筒直径为7 5 mm，中筒直径为1 1 0 mm；底流口直径为2 0 mm。2)确定该分选机的最佳运行工艺参数如下：人料粒度为1.0 0.2 5 mm；内筒流量为1.8 cm/h，外筒流量为 2.0 cm/h。1最终分选后精煤的回收率可达9 0.6 8%。参考文献1宋波.适用于井下排研选煤的新型重介质浅槽分选机设计研究J.煤炭工程，2 0 1 2（S2)：1 7 9-1 8 0.2丰建荣，刘志河，李志宏，等.煤和研石静态破碎差别的实验研究J.太原理工大学学报，2 0 0 6,3 7（1）：4 2-4 3;4 7.3张伟，张红鸽，张钊.新型重浮耦合分选机在粗煤泥分选中的应用J.煤矿安全，2 0 1 4,4 5（1 0）：1 2 6-1 2 9.4刘曼正阳煤矿提高动力煤质量有效途径的分析 J.煤炭技术，2006(11):84-86.5武维承，王斌，吴广明，等.动筛跳汰机筛下物成因分析及研究J.煤炭科学技术,2 0 1 2,4 0 2:1 2 5-1 2 8.Design and Experimental Study of Sorting MachineZhang Jing(Shanxi Coking Coal Huozhou Coal Power Liyazhuang Mine Coal Washing Plant,Linfen Shanxi 031400,China)Abstract:In order to solve the problem of poor sorting effect of the traditional interference bed sorting machine on the medium densityrelatively uniform material,after comparing the sorting scheme and adopting the overflow re-sorting scheme,the parameters of the waterfeed structure,diameter of the sorting chamber,height of the sorting chamber and diameter of the bottom flow port in the sorting machinewere optimized by means of numerical simulation;and the sorting effect and the optimum operating process parameters of the designedsorting machine were The sorting effect and the optimum operating parameters of the designed sorting machine were also evaluated bymeans of experimental verification.Key words:sorting machine;feed structure;bottom flow port;sorting chamber;overflow re-sorting4吴斌，李强光，刘秀成，等.基于磁特性曲线的杆件拉力测量及影响因素研究 J.仪器仪表学报，2 0 1 5,3 6（3）：5 6 0-5 6 7.5任旭虎，孙晓，李德文，等.基于矫顽力与剩磁的铁磁性材料应力测量 J.中国测试，2 0 1 8,4 4(3)：7 1-7 2.6李玉坤，王尧，杨进川，等.大口径天然气管道环焊缝残余应力分布J.中国石油大学学报（自然科学版）,2 0 2 1,4 5（6）：161-167.（编辑：王婧）Development of Hysteresis Line Detection Device Based on Magnetic Detection MethodDeiectionDeviceaseuLyu Guangyuan,Yang Xiaowei,Li Pengfei,Chen Long(School of Mechanical and Electrical Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu Sichuan610500.ChinaAbstract:A hysteresis line detection device based on the magnetic detection method was designed and developed.The principle of thedevice and the selection of components were studied,and the construction of the device and the testing of the plate specimens werecompleted.The results show that the device can determine the hysteresis line of the plate specimen under different applied magnetic fieldexcitation and stress conditions,and the measurement data are stable,thus realizing the analysis of the magnetic properties of ferromagneticmaterials.Key words:magnetic detection method;hysteresis line;magnetic properties;testing deviceResearch on Equipment Selection and Overall Supporting Design of Integrated MechanizedCoal MiningYang Feng(Shanxi Xiangning Coking Coal Group,Taitou Qianwan Coal Co.,Ltd.,Xiangning Shanxi 042100,China)Abstract:In order to improve the production efficiency of the comprehensive mining face,it is required that the supporting coal miningmachine,scraper conveyor and hydraulic support match with the working face and ensure that the structural parameters and performanceparameters of each equipment match with each other.Based on the analysis of the principles of mechanised coal mining equipmentselection and matching,the key parameters of the coal miner,scraper conveyor and hydraulic support are calculated through theoreticalcalculations,and the equipment type is determined according to the calculation results;finally,the arrangement of coal mining equipment iscompleted according to the working face.Key words:coal mining machine;scraper conveyor,hydraulic support;structural parameters;performance parameters