Leszek Piotrowski等人于2010年在《Measurement Science and Technology》期刊上发表了题为“Multiparameter analysis of the Barkhausen noise signal and its application for the assessment of plastic deformation level in 13HMF grade steel”的研究论文。该研究的主要作者包括Leszek Piotrowski、Bolesław Augustyniak、Marek Chmielewski和Zbigniew Kowalewski，分别来自波兰格但斯克理工大学物理系和波兰科学院基础技术研究所。研究旨在通过多参数分析Barkhausen噪声（Barkhausen noise, BN）信号，评估13HMF级钢的塑性变形水平。

学术背景

Barkhausen噪声信号对铁磁材料的微观结构特征（如位错密度和排列）非常敏感。塑性变形是显著改变位错结构的工程过程之一，初期位错密度显著增加，随后形成位错缠结和位错胞，这些结构会阻碍磁畴壁的移动，从而显著改变材料的磁性能。因此，通过BN信号分析对塑性变形水平进行无损评估成为可能。然而，塑性变形过程中存在两个相互竞争的过程：位错密度的增加导致BN信号强度增加，而拉伸变形后样品中残留的压应力则导致BN信号强度显著下降。这种非单调行为使得BN信号分析在塑性变形水平评估中的应用受到限制。为此，本研究提出了一种新的多参数分析方法，旨在通过测量不同磁化电流强度下的BN信号，准确评估塑性变形水平。

研究流程

研究流程包括以下几个步骤：

1. 样品准备与变形处理
   研究使用13HMF级合金钢样品，其化学成分如表1所示。样品经过拉伸变形，变形水平从0%到20%不等，具体变形水平如表2所示。未变形阶段和最高变形阶段分别测试了两个样品，以确保材料的均匀性和变形评估的准确性。

2. 实验装置与测量方法
   实验装置如图2所示，样品通过磁化线圈进行磁化，磁化电流由电流发生器提供（电流为三角波形）。为了闭合磁通路径，使用了由软磁钢（FeSi）制成的C型磁芯。BN信号通过环绕线圈检测，信号经过滤波后使用12位模数转换（A/D）PC卡记录，采样率为2.5 MS/s。此外，未滤波信号用于磁滞回线测量。

3. BN信号的多参数分析
   研究对BN信号进行了多参数分析，包括常用的BN信号量化指标（如振幅、BN包络积分和脉冲计数分析结果），并提出了一种基于磁化电流振幅变化的新分析方法。通过比较至少两种磁化强度下的BN信号变化，可以更准确地描述塑性变形水平。此外，研究还观察到BN信号特性的两个单调变化：BN信号峰值位置的系统偏移和BN快速傅里叶变换（FFT）谱中最大频率的增加。

4. BN信号的脉冲分析
   研究还进行了BN信号的脉冲计数分析，以验证其在塑性变形水平评估中的实用性。通过不同阈值水平下的脉冲计数率分析，发现中心峰由更高幅度的脉冲组成，且随着变形水平的增加，脉冲计数率的变化与BN包络的变化密切相关。

5. BN信号的FFT分析
   研究对BN信号进行了频谱分析，使用LabVIEW环境中的FFT分析模块进行处理。结果显示，随着变形水平的增加，频谱最大幅度的频率系统性地向更高频率偏移，这一变化为塑性变形水平的评估提供了额外的信息。

6. BN信号峰值位置分析
   研究还分析了BN信号峰值位置的变化，使用峰值分离（即增加和减少磁化时峰值出现的磁场值之差）作为参数。结果表明，峰值分离随着变形水平的增加而系统性地增加，且这种变化比矫顽力的增加更为显著。

主要结果

1. 磁性能变化
   塑性变形显著改变了13HMF级钢的磁滞回线特性，表现为矫顽力增加、磁导率下降以及特征“凸起”的出现。定量分析显示，矫顽力增加了约50%，最大微分磁导率下降了约75%。

2. BN信号特性变化
   BN信号包络的形状在变形过程中发生了显著变化。随着变形水平的增加，BN信号的中心峰振幅先增加后下降，且BN信号的起始位置向更强的负磁场值偏移。通过不同磁化电流强度下的BN信号强度比较，发现低磁化电流强度更适合评估高变形水平，而高磁化电流强度则适用于低变形水平的评估。

3. 脉冲计数分析结果
   脉冲计数分析显示，中心峰由更高幅度的脉冲组成，且随着变形水平的增加，脉冲计数率的变化与BN包络的变化密切相关。低阈值水平下的脉冲计数率与高磁化电流强度下的BN信号强度变化一致，而高阈值水平下的脉冲计数率则与低磁化电流强度下的BN信号强度变化相似。

4. FFT分析结果
   FFT分析显示，随着变形水平的增加，频谱最大幅度的频率系统性地向更高频率偏移，这一变化为塑性变形水平的评估提供了额外的信息。

5. 峰值位置分析结果
   峰值分离分析显示，随着变形水平的增加，峰值分离系统性地增加，且这种变化比矫顽力的增加更为显著。

结论

研究通过多参数分析BN信号，提出了一种准确评估13HMF级钢塑性变形水平的方法。通过比较不同磁化电流强度下的BN信号强度、峰值分离和FFT谱中最大频率的变化，可以可靠地确定塑性变形水平。该方法在低变形水平和高变形水平的评估中均表现出较高的准确性。

研究亮点

1. 多参数分析方法
   研究提出了一种新的多参数分析方法，通过测量不同磁化电流强度下的BN信号，克服了BN信号强度非单调变化的限制。

2. BN信号特性的单调变化
   研究发现BN信号峰值位置和FFT谱中最大频率的系统性变化，为塑性变形水平的评估提供了新的量化指标。

3. 实验装置与测量方法的创新
   研究使用了高精度的实验装置和测量方法，确保了数据的准确性和可靠性。

研究意义

该研究为铁磁材料塑性变形水平的无损评估提供了一种新的方法，具有重要的科学价值和应用价值。通过多参数分析BN信号，可以更准确地评估材料的变形状态，为工程实践中的材料性能评估和质量控制提供了有力的工具。