磁弹硬度检测仪的研制

　　1引言

　　关于硬度的定义，可以说:“是材料抵抗残余变形和反破坏的能力”，也可以说:“是材料抵抗弹性变形，塑性变形或破坏的能力”。目前在工程上对材 料的硬度检测极为普遍，一辆汽车有上百种零件要测定硬度，一架喷气式客机有成千的零件要测定硬度。由于硬度与金属、合金的化学成分和金相结构有一定的联 系，所以硬度检测是对铁磁材料研究的主要内容。

　　2检测原理

　　铁磁材料的硬度和晶粒大小都取决于其微粒的大小，两者的测量都是采用破坏性方法。而磁弹波技术在无损检测这两个参数方面有很大潜力。

　　磁弹波是铁磁材料在交变磁场作用下，由于磁畴壁的突发性不可逆运动产生Barkhausen Jump，同时释放的Magnetic Barkhausen Noise，简记为MBN。该跳跃的临界场及MBN都与束缚畴壁运动的钉扎点的大小及分布有关。材料的微观结构变化时，MBN信号包络的峰值和峰值的位置 都会发生变化。依此变化可推知材料微观结构等有关参数并测量低碳钢的硬度。

　　利用MBN技术测量铁磁材料硬度，要求磁场必须足够大，从而使材料能迅速通过磁化曲线最陡处并进入磁饱和，使Barkhausen Noise发生在磁滞曲线最陡处，矫顽力Hc附近[1]。由于趋肤效应的影响，MBN是一种表面效应。因此，要求使用低频磁化。

　　3检测系统

　　仪器的工作原理见框图1信号发生器提供1~6Hz正弦波输出，使磁化器的激励线圈以一定频率和强度的电流工作，以便在检测铁磁构件时产生适当的 交变磁场，磁场的强弱对信号有直接影响。磁场不能过强，否则信号趋于饱和。磁场也不能太弱，否则磁畴壁不能产生不可逆位错，导致检测信号信噪比下降。

　　由于传感器接受到的MBN信号十分弱，一般为微伏级。信号需经前置放大器，主放大器和滤波，检波，A /D转换，然后送CPU进行处理。前放电路中两个二极管起保护作用，其正向导通压降均为0. 3V，电阻R和电容C构成高通滤波器，可防止电源干扰。主放电路中，设计了带通滤波器，选频放大后，通过10kΩ可调电阻调节频带。当阻值为 0~10kSΩ时，选通频率为40~159kHz。不检波输出端和检波输出端分别输出未经检波和经过检波的信号。电路在前放，主放和选放中，先后使用了高 通滤波，带通滤波和选频放大，一步一步地将频带压缩，目的是为了减少噪声干扰，提高信噪比。

　　MBN信号在本质上是噪讯信号(图2)。

　　若直接对其进行数据采集，将得到一堆杂乱无章的信号。因此，在检波信号之后，由单片机的A/D转换器将模拟信号转化为数字信号并进行采样，由固化在单片机内的软件程序对这些数据进行处理。