我国是全球最大的铁氧体生产国，该材料被大量地应用于电子制造业以降低电子设备的电磁干扰［1-2]。铁氧体裂纹缺陷对产品性能有严重影响［3]，而现有检测方法步骤繁琐，难以满足产量突飞猛进现状下的快速检测需求，市场急需一种准确高效的铁氧体裂纹检测方法。
铁氧体材料裂纹检测的传统方法主要有听音法和渗透法，两者都依赖于人工，准确率低且检测速度慢［4.5]。基于初始磁导率的缺陷检测方法是一种非接触式的检测方法，近年来因无需退磁、对工件表面要求低等优点在检测领域得到广泛应用。日本和欧美等国家基于初始磁导率值与钢材硬度成反比的原理实现了带钢硬度在线自动测定。［6-8]哈尔滨理工大学万国庆团队依据初始磁导率与缺陷的对应关系实现了对钢材的表面裂纹、内部裂纹、折迭、疏松、气孔夹杂等方面的检测［9-11]。然而以上的研究对象皆为大尺寸规则钢材，未见对小尺寸、窄初始磁化区的铁氧体材料检测研究。
本文将基于初始磁导率的裂纹检测方法运用于铁氧体裂纹检测中，针对铁氧体工件小且不规则、初始磁化区较窄、原有模型不适用等情况，对检测原理进行改进，优化了检测模型，在微小激励下对输出响应的进行提取，实现了准确、有效的铁氧体裂纹缺陷检测。
1基于初始磁导率的裂纹检测原理
磁导率是铁氧体材料的重要属性，裂纹的存在会改变铁氧体的磁导率［12]，检测铁氧体工件的磁导率变化可判断工件是否存在缺陷。
1．1检测模型
通过构建磁回路和施加磁场激励，将备检铁氧体材料的磁阻变化反应在电压输出上，实现对铁氧体裂纹的检测。如图1所示，模型的主体部分为一探头，距离被测件有一定高度，与两极之间的被测件部分构成磁回路。
1．2检测工况设计
铁氧体材料的磁导率不是一个常数［13]，在不同激励作用下呈现不同磁阻，因而磁阻与裂纹不能保持固定对应关系，进而不能准确检测出材料裂纹。铁氧体磁化曲线如图2所示。
由图2可见，铁氧体的磁化曲线呈现S型，磁阻和磁导率都有大范围的变化幅度［14]。裂纹检测需要磁导率保持不变，可见仅在激励处于初始阶段区域，即图2中日值处于0～a。点范围内时，磁化曲线近似为一条直线，磁导率固定，磁阻为常数，才能满足要求。该区域被称为初始磁化区［15]。
2铁氧体缺陷检测系统优化
鉴于铁氧体缺陷检测存在弱激励、高灵敏度的要求，对检测系统加以改进。
2．1差动式传感器分析
图1所示的2极检测探头易受干扰，尤其在激励为微小信号情形下，检测信号更容易被噪声掩盖，对其改进为图3所示的差动检测模式。
由于两磁路所处检测条件相同，两者的干扰属于共模干扰，可以相互抵消，式(5)的输出信号将不包含干扰信号，信噪比大幅提升，裂纹信号可以突显出来。
2．2传感器优化
式(5)所得到的仅为差动探头输出的交流信号，为方便检测，将其经后续放大、整流等过程，得到最终的直流电压输出
3实验与数据分析
3．1实验工况
在密闭室内环境下进行系统测试实验，实验期间温度24．1 °C～26．5 °c，湿度为45％～60％，使用安捷伦33250A作为信号源，泰克TDS2024B示波器作为信号检测装置，设备精度分别为±1％，设置值±1 mVpp和±3％DC垂直精确度［19]。实验使用不同探头对同一试件进行检测，实验对象为缺陷参数已知的铁氧体试块，如图4所示。
试件为160 mmx40 mmx40 mm的铁氧体，上面有加工好的细槽，其中槽1深1 mm；槽2深2 mm；槽3深3 mm，槽宽均为0．5 mm。
试验以探头极数、磁芯初始磁导率、长度、截面积为研究对象，实验探头如表1所示。
3．2实验数据与分析
分别使用表1中各个探头对图4所示试验试块进行扫描检测，以线圈峰值电压为输出量，实验结果如表2所示。
通过对实验结果的分析可得，对于探头极数、磁芯初始磁导率、磁芯截面积都对灵敏度有较大影响，各因素变化时指标的变化规律如图5所示。
由图5可见，当传感器探头极数由2极变为3极时，输出的信号幅值变大，灵敏度变高，如图5(a)；当磁芯材料由铁换为硅钢，再换为坡莫合金时，磁芯的初始磁导率越来越大，输出电压也越来越大，灵敏度增高，如图5(b)；当磁芯截面积增大和磁芯长度减小时，输出电压增大，灵敏度升高，如图5(c)、图5(d)。
综上所述，差式探头有效屏蔽外界干扰，探头磁芯材料初始磁导率越大、截面积越大，检测灵敏度越高。按照正交设计的思想把这三个因素的最好水平组合起来就得到一个好的检测条件。
4结论
针对铁氧体工件的准确高效的检测需求，提出了基于初始磁导率的铁氧体缺陷检测方法。对检测模型和传感器进行改进和优化，使之能够满足小尺寸、窄初始磁化区的铁氧体检测要求，比对实验结果表明：①基于初始磁导率的缺陷检测方法能够完成铁氧体裂纹的检测；②差动式结构的传感器可有效屏蔽干扰，灵敏度更高；③探头磁芯材料初始磁导率越大、截面积越大，长度越短检测灵敏度越高。
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