使用磁噪声测量的方法优化地质勘探

磁噪声法又称为巴克豪森磁噪声（BN）法。该方法是德国科学家H.Barkhausen在1919年发现，现已成为无损检测技术的重要分支。

图2-19 畴壁示意图^[22]

1.基本原理

其基本原理是基于铁磁性材料的磁致伸缩效应——磁致伸缩和弹性晶格应变之间的磁滞作用。铁磁性材料可以看成由许多单个磁畴组成，磁畴间被畴壁相互隔开，如图2-19所示。在外磁场的作用下，每个磁畴沿着晶体的某个容易磁化的方向磁化，同时畴壁发生位移，畴内磁矩转向。当外磁场强度H连续不断地变化时，磁感应强度B呈现不连续的跳跃，即巴克豪森跳跃，如图2-20所示。一般来说，当H=H_c（H_c为矫顽力）时，巴克豪森磁噪声的活性（即跳跃次数、幅度及持续时间等）最大。作用在铁磁材料中的应力大小和方向不同，将会改变畴壁间距，从而影响巴克豪森磁噪声发射信号的强弱。因此，可以通过测量巴克豪森磁噪声的活性及各个参量（巴克豪森磁噪声脉冲计数n、计数率dn/dh与巴克豪森磁噪声脉冲高度）来评估材料的应力状态。

图2-20 巴克豪森跳跃^[22]

2.测量仪器

观测巴克豪森效应的最简单装置如图2-21所示。磁化场可以是三角波形或者正弦波形的超低频交变场，探测线圈内感生出的巴克豪森信号，经过放大后馈送到扩音器，发出巴克豪森噪声。图2-22为采集到的巴克豪森磁噪声信号，正规设备能自动显示测量结果，显示的数字参量称为磁弹参量（MP），为BN信号的均方根值。对于不同的试件，需用标准试样进行MP值标定后才能转换为应力或其他待测物理量的绝对值。

图2-21 观测巴克豪森效应的最简单装置^[22]

图2-22 巴克豪森噪声信号^[22](www.xing528.com)

目前测量应力的装置已经商品化，如美国应力技术公司生产的应力仪，是一种适合于现场测定应力的便携式仪器，能够将标定数据储存在仪器中。测量时，将测量值根据标定结果转换后，直接给出应力读数，十分直观。准备工作和操作也都很简单，且对被测构件完全无损，并可进行多次反复测量来验证读数。

3.MP值标定

巴克豪森发射信号的强弱不仅与材料中的应力有关，还受到材料化学成分、金相组织、热处理及冷加工过程的影响。因此，在测试前，要使用与被测试件化学成分、金相组织和热处理状态均相同的标准试件，测出磁弹参量与应力之间的对应关系后，才能将实测值转换为应力值。具体步骤如下：

1）根据加载装置的要求，制作标定试件，其尺寸在加载装置载荷允许的范围内尽可能大一些。

2）在距离弯曲梁集中载荷较远处，根据电阻应变计粘贴工艺的要求，在弯曲梁的上、下表面的中心粘贴电阻应变计，然后用导线连接到应变仪上。

3）将应变仪和磁性应力仪开启到工作状态，打开加载装置对标定梁逐级加载。在用应变仪测量应力的同时，用磁性法测量应变计附近的磁弹参量，并做好记录。

图2-23 磁弹参量MP标定曲线^[22]

屈服强度：1—248MPa 2—399MPa 3—710MPa

4）将整理好的磁弹参量与应力的对应值输入到磁性应力仪中，以供现场测试时使用。

图2-23所示为对3种钢试样的磁弹参量MP标定曲线。由于材料的磁致伸缩系数大于0，所以拉应力越大，磁弹参量也越大；相反，压应力越大，磁弹参量则越小。屈服强度越小，磁弹参量与应力之间的关系曲线越陡。