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巴克豪森效應(yīng)及磁彈技術(shù)

鐵磁性材料是由許多小的像條型磁鐵狀的磁性區(qū)域組成的， 這種磁性區(qū)域叫磁疇；每個區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個個小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。各個磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。磁場會引起磁疇壁來回的移動，當(dāng)磁疇的一側(cè)磁疇壁收縮而另一側(cè)的磁疇壁增長時會導(dǎo)致磁疇有序的移動。磁疇的變化會使磁化總量發(fā)生改變。

用電磁線圈靠近樣品，磁疇壁移動時產(chǎn)生的磁變化量會使線圈中產(chǎn)生一個脈沖電流。1919年巴克豪森（Barkhansen）教授首先發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，故稱為巴克豪森效應(yīng)。他證明了這種磁化進(jìn)程，并用磁滯曲線的形式描繪了出來。事實(shí)上這個曲線并不是連續(xù)的，是由外磁場導(dǎo)致磁疇移動而產(chǎn)生的許多小的突然的步驟組合而成。當(dāng)由磁疇運(yùn)動而產(chǎn)生的電流脈沖疊加到一起時，一種像噪聲一樣的信號就產(chǎn)生了，這就是巴克豪森信號。

大多數(shù)材料中巴克豪森信號的功率譜從磁化頻率開始可達(dá)到250kHz。在材料內(nèi)部傳遞時巴克豪森信號的衰減是指數(shù)級的，主要取決于由磁疇壁移動產(chǎn)生的電磁場所生成的渦電流的衰減程度。衰減范圍決定了可獲取信息的位置深度（測量深度）。影響深度的主要因素有：噪聲信號可分析的頻率范圍和被測材料的可導(dǎo)性和滲透性。實(shí)際應(yīng)用中測量深度一般在0.01到1.5毫米之間。實(shí)際的測量深度取決于不同材料各自的滲透性和傳導(dǎo)性。

兩種重要的材料特性會極大的影響巴克豪森信號的強(qiáng)度。

材料中彈性應(yīng)力的存在和分布會影響磁疇范圍的選擇和自磁化方向的設(shè)定。這種彈性特性和磁疇結(jié)構(gòu)以及材料的磁化特性之間相互作用的現(xiàn)象叫做“磁彈性”。具有完全磁各向異性的材料（鐵、大多數(shù)的鋼、鈷）中，壓應(yīng)力會減弱巴克豪森信號的強(qiáng)度而張應(yīng)力則會增強(qiáng)信號強(qiáng)度。利用這個原理，可以用測量巴克豪森信號總量的方法來測量殘余應(yīng)力，也可以確定主應(yīng)力的分布方向。

另外一個影響巴克豪森信號的材料特性是金屬材料的結(jié)構(gòu)。從某種意義上講也可以用硬度來描述這種影響：在微觀組織結(jié)構(gòu)中增強(qiáng)的硬度減弱了巴克豪森信號的強(qiáng)度。從這方面來講，巴克豪森信號也能提供材料結(jié)構(gòu)狀況的信息。

許多常見的表面缺陷如磨削燒傷、硬表面上的軟點(diǎn)和軟邊緣、除碳區(qū)等含有微觀組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力變化的情況都是很容易用磁彈法檢測出來的。若干動態(tài)的進(jìn)程，像蠕變和疲勞，也可以用磁彈法來進(jìn)行應(yīng)力和微觀組織結(jié)構(gòu)變化的檢測。

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