基于磁晶格机械构件线应变检测系统的研究

　　应变是反映构件受力状态和形变的主要物理量。传统检测应变的方法主要是采用电阻应变片法。这种方法虽然理论成熟，应用广泛，但是属于接触式检 测，需要大量的导线连接，且测定的范围局限在粘贴有应变片的有限狭小区域内，尤其是在多点测量时，不仅导线的布置变得十分繁琐，而且由于连线多，影响了检 测的精度，增加了测定的事故率。为了实现以非接触的方式测定沿着被测构件一定长度内应变的分布，本文提出了一种利用等间距磁晶格来测定机械构件应变的电磁 检测方法。

　　1磁晶格应变检测基本原理

　　首先在被测试件的表面，按一定波长λ磁化出均匀而且致密分布的磁晶格(即等间距分布的磁刻度)。在试件表面相距的 两个位置，分别安放A、B两个相同的检测磁头。当A、B检测磁头沿着米发生应变的构件表面运动时，两个检测磁头将输出两个同相位的电压信号.当构件受力 后，由于产生了应变，原有的磁晶格波长发牛变化，两检测磁头与磁晶格的对应位置发牛变化。当相距为d的A,B两检测磁头沿着发生应变后的构件表面运动时， 输出的电压信号将产生相应的相位差。通过对检测磁头输出电压信号的相位差和周期进行检测和数学运算，即可得到构件线应变的大小。

　　2检测系统的组成及信号处理

　　磁晶格应变检测系统i几要由磁检测器、信号处理与波形转换电路、数据采集系统、通信系统和计算机数据处理系统五部分组成，如图1所示。

　　选择霍尔元件作为传感器，制作两个检测磁头，完成磁晶格信号的检测及到电信号的转换。由于试件表面的磁晶格是等间距且 N , S极交替变化的，所以霍尔检测磁头将输出两个类似于正弦波的电压信号。为便于信号的数据采集和定量处理，采用了图2所示的信号处理电路对每个检测器的输出 信号进行放大、滤波和零位比较，即将两路类似正弦波的信号转换成图3 (b)所示的两列矩形波信号。将两路矩形波信号送入MC74HC86N进行异或逻辑运算，得到如图3 (c)所示的矩形波信号。该矩形波可以清楚地表示出检测信号的相位差及信号周期。

　　3应变与时间域计测值之间关系

　　假设检测磁头与构件之间以速度v发生相对运动，A,B两检测磁头的间距为，构件受力发生应变为ε，信号高电平持续时间记为P，低电平持续时间记为Q，则

　　这样就得到了应变。与时间计测值P和Q之间的关系ε为了更加清楚得看到它们之间的关系，将(4)式略加整理，令

　　由(5)式可以看出[PQ]的比值，只与A、B两磁头间距d内包含的磁晶格数目n和构件的应变有关，与磁晶格的波长λ以及检测磁头与构件之间的相对速度v无关。也就是说，当A、B两检测头之间的距离固定，n值保持不变的情况下，应变只与时间域计测值[PQ]有关。