什么是巴克豪森效应及磁弹技术

巴克豪森效应及磁弹技术

铁磁性材料是由许多小的像条型磁铁状的磁性区域组成的， 这种磁性区域叫磁畴；每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都像一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。磁场会引起磁畴壁来回的移动，当磁畴的一侧磁畴壁收缩而另一侧的磁畴壁增长时会导致磁畴有序的移动。磁畴的变化会使磁化总量发生改变。

用电磁线圈靠近样品，磁畴壁移动时产生的磁变化量会使线圈中产生一个脉冲电流。1919年巴克豪森（Barkhansen）教授首先发现了这一现象，故称为巴克豪森效应。他证明了这种磁化进程，并用磁滞曲线的形式描绘了出来。事实上这个曲线并不是连续的，是由外磁场导致磁畴移动而产生的许多小的突然的步骤组合而成。当由磁畴运动而产生的电流脉冲叠加到一起时，一种像噪声一样的信号就产生了，这就是巴克豪森信号。

大多数材料中巴克豪森信号的功率谱从磁化频率开始可达到250kHz。在材料内部传递时巴克豪森信号的衰减是指数级的，主要取决于由磁畴壁移动产生的电磁场所生成的涡电流的衰减程度。衰减范围决定了可获取信息的位置深度（测量深度）。影响深度的主要因素有：噪声信号可分析的频率范围和被测材料的可导性和渗透性。实际应用中测量深度一般在0.01到1.5毫米之间。实际的测量深度取决于不同材料各自的渗透性和传导性。

两种重要的材料特性会极大的影响巴克豪森信号的强度。

材料中弹性应力的存在和分布会影响磁畴范围的选择和自磁化方向的设定。这种弹性特性和磁畴结构以及材料的磁化特性之间相互作用的现象叫做“磁弹性”。具有完全磁各向异性的材料（铁、大多数的钢、钴）中，压应力会减弱巴克豪森信号的强度而张应力则会增强信号强度。利用这个原理，可以用测量巴克豪森信号总量的方法来测量残余应力，也可以确定主应力的分布方向。

另外一个影响巴克豪森信号的材料特性是金属材料的结构。从某种意义上讲也可以用硬度来描述这种影响：在微观组织结构中增强的硬度减弱了巴克豪森信号的强度。从这方面来讲，巴克豪森信号也能提供材料结构状况的信息。

许多常见的表面缺陷如磨削烧伤、硬表面上的软点和软边缘、除碳区等含有微观组织结构和应力变化的情况都是很容易用磁弹法检测出来的。若干动态的进程，像蠕变和疲劳，也可以用磁弹法来进行应力和微观组织结构变化的检测。