磁巴克豪森噪聲信號檢測傳感器的設(shè)計

李包青, 鄭 賓, 郭華玲

(中北大學(xué) 電子測試技術(shù)國防科技重點實驗室， 太原 030051)

鐵磁性是指物質(zhì)中相鄰原子或離子的磁矩由于它們的相互作用而在某些區(qū)域中大致按同一方向排列，當(dāng)所施加的磁場強度增大時，這些區(qū)域的合磁矩定向排列程度會隨之增加到某一極限值的現(xiàn)象[1]。鐵磁性材料一般是指具有鐵磁性的材料。材料按磁性分為鐵磁性、亞鐵磁性、抗磁性、順磁性、反鐵磁性。

由于鐵磁性材料具有良好的機械特性，故作為關(guān)鍵材料廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、民生等眾多領(lǐng)域。材料在加工及后續(xù)的使用過程中，需要隨時監(jiān)測和掌握材料的硬度、滲碳深度、應(yīng)力等關(guān)鍵參數(shù)。利用常規(guī)的檢測儀對材料進行硬度、應(yīng)力檢測時，會在表面產(chǎn)生一定損傷，對于用于精密儀器的零件，可能會對設(shè)備性能產(chǎn)生影響，故無損檢測對于此類零件來說，至關(guān)重要。利用磁巴克豪森信號(magnetic barkhausen noise,MBN)可實現(xiàn)對材料性能快速靈活、準(zhǔn)確無損的檢測。而對此方法最為關(guān)鍵的是MBN信號檢測傳感器的設(shè)計。

1 磁巴克豪森噪聲與鐵磁性材料

磁巴克豪森噪聲是一種微觀磁現(xiàn)象，在對鐵磁性材料施加交變磁場進行磁化的過程中，材料會在外加磁場方向發(fā)生磁疇的翻轉(zhuǎn)及磁疇壁的移動，從而對外釋放階躍的跳躍信號，即巴克豪森跳變，該信號對材料微觀結(jié)構(gòu)變化很敏感。巴克豪森跳變導(dǎo)致局域磁場變化而誘發(fā)脈沖渦流，向空間輻射磁場，將磁敏元件置于材料表面檢測，將該輻射磁場轉(zhuǎn)換成電壓信號，稱作磁巴克豪森噪聲[2]。……