巴克豪森效應及磁彈技術

鐵磁性材料是由許多小的像條型磁鐵狀的磁性區域組成的， 這種磁性區域叫磁疇；每個區域內部包含大量原子，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，當磁疇的一側磁疇壁收縮而另一側的磁疇壁增長時會導致磁疇有序的移動。磁疇的變化會使磁化總量發生改變。

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

大多數材料中巴克豪森信號的功率譜從磁化頻率開始可達到250kHz。在材料內部傳遞時巴克豪森信號的衰減是指數級的，主要取決于由磁疇壁移動產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性和滲透性。實際應用中測量深度一般在0.01到1.5毫米之間。實際的測量深度取決于不同材料各自的滲透性和傳導性。

兩種重要的材料特性會極大的影響巴克豪森信號的強度。

材料中彈性應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定。這種彈性特性和磁疇結構以及材料的磁化特性之間相互作用的現象叫做“磁彈性”。具有完全磁各向異性的材料（鐵、大多數的鋼、鈷）中，壓應力會減弱巴克豪森信號的強度而張應力則會增強信號強度。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力，也可以確定主應力的分布方向。

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

許多常見的表面缺陷如磨削燒傷、硬表面上的軟點和軟邊緣、除碳區等含有微觀組織結構和應力變化的情況都是很容易用磁彈法檢測出來的。若干動態的進程，像蠕變和疲勞，也可以用磁彈法來進行應力和微觀組織結構變化的檢測。

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