技术领域
[0001] 本
发明涉及无损检测装置，尤其涉及利用脉冲差分
信号的基于初始磁导率的
轴承内圈滚动接触疲劳无损检测装置及制作方法。
背景技术
[0002] 滚动接触疲劳是
工件表面经受反复压
力变化的一种表面疲劳破坏现象，由于最终发生疲劳失效时的
应力要远小于材料断裂时的应力，所以疲劳失效的过程十分缓慢。在工况良好的情况下，轴承内圈疲劳的产生一般来源于表面粗糙度变化或润滑不足。除了表面的影响，内圈表面产生的残余应力也会影响轴承的疲劳寿命。疲劳失效的主要形式是次表面起源型疲劳和表面起源型疲劳。而疲劳裂纹的萌生和扩展是失效产生前的主要过程。表面裂纹的萌生和扩展会造成
点蚀而次表面裂纹则会产生剥落。除此之外，裂纹的扩展与疲劳的周期存在着线性的关系。所以在适用条件达标的情况下，轴承的寿命实质上是裂纹不断萌生扩张的过程，当裂纹引起的剥落产生，影响到轴承的正常使用，轴承会失效。
[0003] 轴承内圈的
质量是评估轴承寿命的重要指标，科研人员对轴承的疲劳寿命模型进行了大量的研究。Lundberg和Palmgren联合提出的L-P模型则奠定了整个轴承疲劳寿命评估的
基础，现在的各个理论也都是从这个基础理论衍生而来。为了更好的评估轴承的寿命，基于状态检测的寿命模型被提出并进行了广泛的研究，将振动、
温度、噪声等纳入寿命模型的范畴之内，使模型的精确度有了很大的进步。
[0004] 基于初始磁导率检测技术是一项高效经济的检测技术，不需要在测试试件和
传感器之间进行任何接触。而基于初始磁导率的检测方法可以有效避免磁化和退磁的影响，检测过程对工件不造成任何伤害和影响，是实用且有效的检测方法。同时基于初始磁导率的脉冲信号则包含了丰富的
频率成分，所以对于
缺陷的检测和材料性能的评估具有极强的能力。目前脉冲检测技术广泛应用于核电站的管道和高温
蒸汽设备，由于脉冲检测技术对于工作的低要求，所以产生了很好的效果，对于设备的健康评估并结合
预防性的维护计划，有效的减轻了结构退化和污染对于设备损伤的影响，大大延长了使用寿命。
[0005] 由于轴承结构的特殊性，所以滚子轴承的滚动接触疲劳主要产生于与轴承滚子直接接触的轴承内圈。由于轴承的疲劳失效具有很大的不确定性，目前通过轴承的应力参数和
载荷等具体实验情况设计的轴承寿命估计模型只是从统计的
角度来预估轴承的寿命。但具体到某一轴承，由于寿命的不确定性，所以并不能对于轴承状态有一个很好的检测，也不能针对某一轴承的
健康状态进行评估。由于滚动接触疲劳是缓慢而且在轴承失效前不易察觉，所以目前的检测方法对其并没有很好的检测效果。
[0006] 总体来说，现有的检测设备存在技术复杂且不能有效检测潜在缺陷等问题。
发明内容
[0007] 发明目的：针对现有检测手段对轴承内圈滚动接触疲劳检测能力有限等不足之处，本发明提供了一种可以实现状态评估的基于初始磁导率的轴承内圈滚动接触疲劳无损检测装置，以有效检测轴承内圈的滚动接触疲劳状态。
[0008] 技术方案：基于初始磁导率的轴承内圈滚动接触疲劳无损检测装置，包括：
[0009] 两个或以上检测传感器，分布于轴承内圈轴向不同
位置，包括位于传感器检测面的激励线圈、感应线圈以及位于感应线圈内部的
铁氧体磁芯，检测传感器分别检测不同区域的缺陷；
[0010] 检测平台，包括平台的底座、提供轴承旋转力矩的
电机、固定检测传感器的传感器
保持架、
固定轴承内圈的轴承
支撑架，以及防止轴承内圈轴向跳动的支撑架挡片；
[0011]
信号处理链路，包括提供
激励信号的直接数字式频率合成器、控制检测装置运行的
嵌入式系统控制器、将激励信号功率放大的功率
放大器以及采集检测信号的
数据采集卡。
[0012] 激励线圈和感应线圈均与铁氧体磁芯的端面平齐。感应线圈的
差分信号为检测滚动接触疲劳状态的依据。
[0013] 轴承内圈在轴承内圈支撑架和支撑架挡片的共同
定位作用下旋转，传感器的轴线与轴承内圈和电机的轴线处于同一
水平面。每个传感器检测轴承内圈的设定区域。
[0014] 直接数字式频率合成器产生的激励信号通过
功率放大器放大输送到激励线圈，数据采集卡采集两路感应线圈的信号并做差分。
[0015] 制作基于初始磁导率的轴承内圈滚动接触疲劳无损检测装置的方法，包括以下步骤：
[0016] (1)缠绕若干激励线圈与感应线圈；
[0017] (2)利用3D打印的方式制作若干传感器骨架和传感器浇筑模具；
[0018] (3)利用环氧
树脂浇筑的方式将激励线圈、感应线圈、铁氧体和引出线胶合为检测传感器；
[0019] (4)将电机、底座、轴承内圈支撑架和传感器保持架等安装于一个固定平台；
[0020] (5)将直接数字式频率合成器、嵌入式系统控制器、功率放大器、数据采集卡的数据线连接在一起；
[0021] (6)将数据采集卡的数据
线束引出，以发送数据给信号处理系统。
[0022] 有益效果：与
现有技术相比，本发明的基于初始磁导率的滚动接触疲劳的无损检测装置，利用两路信号的差分值作为检测依据，可以有效的避免在检测过程中存在的提离效应，相对位置和温度环境变化对检测能力的影响。因此，本发明可满足滚动接触疲劳状态检测的功能需求，提供有效的检测结果来判断轴承的使用情况；从而为基于初始磁导率的无损检测方法的广泛应用提供参考。
附图说明
[0023] 图1为本发明的结构示意图；
[0024] 图2为本发明的检测原理示意图；
[0025] 图3为本发明的检测方案示意图；
[0026] 图4为本发明的检测传感器示意图。
具体实施方式
[0027] 无损检测装置包括检测传感器、检测平台和信号处理链路。检测传感器包括位于传感器检测面外环的第一激励线圈1和第二激励线圈5、位于激励线圈内环的第一感应线圈3和第二感应线圈7，以及位于感应线圈内部的第一铁氧体磁芯2和第二铁氧体磁芯6，检测传感器为柱状形，一个端面为检测工作面，另一个端面将引出
连接线。激励线圈和感应线圈与铁氧体磁芯的端面平齐，并位于传感器检测面中；激励线圈的引出线与感应线圈的引出线均与外部控制系统相连。检测平台包括平台的底座10、提供轴承旋转力矩的电机8、固定传感器位置的传感器保持架9、固定轴承内圈位置的轴承支撑架12、防止轴承内圈轴向跳动的支撑架挡片11，其中电机8为低速电机，与轴承内圈支撑架和轴承内圈共轴，并紧密连联接在一起；轴承内圈支撑架一端与电机
主轴相连，另一端负责固定轴承内圈，并通过支撑架挡片来固定轴承内圈位置。信号处理链路包括提供激励信号的直接数字式频率合成器、控制检测装置运行的嵌入式系统控制器、将激励信号功率放大的功率放大器、采集检测信号的数据采集卡；数据采集的引出线束与外部信号处理系统相连。
[0028] 如图1所示，电机8被固定在底座10上，轴承内圈支撑架12通过
联轴器与电机8相连；轴承内圈4可以紧密的套在轴承内圈支撑架12上，并由支撑架挡片11来固定轴向位置。两个传感器a分别固定在传感器保持架9的两端，传感器保持架9被固定在底座10上；同时这两个传感器a位于轴承内圈4的两侧，使传感器a的中
心轴线与轴承内圈的轴线处于同一水平面内。两个传感器a的相对位置可以调整，以使检测系统适应不同型号的轴承内圈的检测。
[0029] 脉冲激励信号由直接数字式频率合成器发出，经过功率放大器放大，然后将信号传送至激励线圈。感应线圈将感应到的信号发送至数据采集卡进行数字采集。通过嵌入式系统控制器来对所有环节进行控制。
[0030] 如图2、图3所示，在轴承内圈4顺
时针转动的情况下，两侧的两组传感器可以将轴承内圈的所有外表面全部
覆盖。其中，第一激励线圈1和第二激励线圈5提供激励信号，第一感应线圈3和第二感应线圈7可以获得检测信号。第一铁氧体磁芯2和第二铁氧体磁芯6可以有效的强化
磁场，提高传感器的检测能力。
[0031] 由于轴承内圈4的宽度大于每个传感器的检测范围，因此在两侧分别布置一个传感器a，负责轴承内圈的两个不同的区域。随着轴承内圈的转动，两组传感器可以有效的检测轴承内圈4的所有外表面的滚动接触疲劳状态。
[0032] 如图4所示，激励线圈1提供激励信号，感应线圈3获得检测信号。利用两个感应线圈的差分值作为检测的依据，因为两个感应线圈对同一处缺陷引起的磁场的变化的反映情况是不同的，所以利用两个感应线圈的差分信号作为检测依据可以有效的检测出滚动接触疲劳的状态，并消除提离效应、温度和环境变化对检测造成的影响。传感器骨架14用于固定各个部件的位置，其中骨架14外围由圆柱形加工而成，设计的目的是为了在浇筑时可以贴合模具的圆柱内表面，使传感器的轴线与线圈的轴线重合。
[0033] 一种制作可实现状态评估的基于初始磁导率的轴承内圈滚动接触疲劳无损检测装置的方法，包括以下步骤：
[0034] (1)缠绕若干自粘式激励线圈与感应线圈；
[0035] (2)利用3D打印的方式制作若干传感器骨架和传感器浇筑模具；
[0036] (3)利用
环氧树脂浇筑的方式将激励线圈、感应线圈、铁氧体和引出线胶合为检测传感器；
[0037] (4)将电机、底座、轴承内圈支撑架和传感器保持架等安装于一个固定平台；
[0038] (5)将直接数字式频率合成器、嵌入式系统控制器、功率放大器、数据采集卡等数据线连接在一起；
[0039] (6)将数据采集卡的数据线束引出，以发送数据给信号处理系统。
[0040] 在使用过程中，首先将轴承内圈安装在轴承内圈支撑架上，之后安装支撑架挡片确保轴承内圈在转动过程中不会发生位移。检测的整个流程都由嵌入式系统来控制，首先通过继电器接通电机电源
电路来使电机以低速转动起来。使用低速电机的目的是在一整周的检测过程中尽可能多的采集检测数据。之后直接数字式频率合成器产生初始信号，通过功率放大器将初始信号变为激励信号，激励信号通过数据链路传送到激励线圈，激励线圈产生的变化的磁场会在轴承内圈的表面产生感应磁场。而感应线圈可以有效的捕获这个感应磁场，同时滚动接触疲劳的缺陷的信息也会反映在这个感应磁场之中。由于两个感应线圈相对于同一处缺陷的位置是不同的，所以同一处缺陷会在两个感应线圈激发出不同的感应信号。数据采集卡采集这两路感应信号，并通过差分的方法可以显著的发现缺陷的信号并判断其位置和大小。两个传感器分别检测不同区域的缺陷情况，可以有效的判断出目前轴承的滚动接触疲劳状态。
