СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ТОКА ПОДМАГНИЧИВАНИЯ ПРИ КОНТРОЛЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ МЕТОДОМ ШУМОВ БАРКГАУЗЕНА Российский патент 2013 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может использоваться для оценки уровня остаточных и динамических внутренних упругих напряжений конструкций ферромагнитных материалов, в том числе и для контроля механических напряжений магистральных трубопроводов.

Известен способ измерения механических напряжений в ферромагнитных объектах, заключающийся в том, что контролируемый объект намагничивают периодически изменяющимся магнитным полем, контролируют параметры ЭДС от скачков Баркгаузена и по их усредненной за период характеристике определяют результат измерений. [1] (Патент SU 1114938 G01N 27/83, опубл. 23.09.84 г.).

Основной недостаток способа состоит в малой достоверности результатов контроля, что связано с определением результата контроля по усредненной характеристики скачков Баркгаузена без контроля тока перемагничивания, существенно влияющего на корреляцию параметров шумов Баркгаузена с механическими напряжениями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ измерения механических напряжений в ферромагнитных объектах, заключающийся в том, что контролируемый объект намагничивают периодически изменяющимся магнитным полем, регистрируют текущие параметры ЭДС от скачков Баркгаузена и по ним определяют величину механических напряжений. [2] (Патент RU 2044311 G01N 27/80, опубл. 20.09.95 г.).

Основным недостатком известного способа является то, что он не обладает требуемой точностью измерений, что связано с отсутствием учета влияния температурных изменений магнитных свойств исследуемого объекта, а также от состояния поверхности исследуемого объекта: наличием наклепов, микродефектов, вызывающих значительный рост локальных микронапряжений и слабо влияющих на величину макронапряжений материала контролируемого объекта и, как следствие, на ресурсные характеристики исследуемого объекта.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в заявляемом способе оптимизации тока подмагничивания при контроле механических напряжений методом шумов Баркгаузена (ШБ) намагничивают исследуемый объект периодически изменяющимся магнитным полем, задавая различные токи перемагничивания I₁, I₂=I₁+ΔI, I₃=I₁+2·ΔI, ……I_n=I₁+(n-1)·ΔI, измеряют текущий параметр ЭДС от скачков Баркгаузена и используют полученную величину параметра для определения величины механических напряжений.

Измерения проводят в нескольких m-произвольно расположенных точках в пределах контролируемой зоны (Фиг.1) и получают множество значений контролируемых параметров (р₁₁……p_mn) для различных I₁……I_n - токов перемагничивания. Из подмножества значений (р₁₁, p₂₁……p_m1) для каждого I_n-тока перемагничивания определяют приращения Δp_mc как сочетания из m-элементов по 2:

Δp_ml=|p₁₁-p_2l|,

……………………

Δp_mc=|p_1(m-1)-p_1m|

где С - число сочетаний из m-элементов по 2:

Определяем среднее значение приращения для тока перемагничивания I_n:

Из массива значений {Δp₁………Δp_n} находят минимальное значение и соответствующее ему оптимальное значение тока перемагничивания.

Предварительно получив с помощью представительной выборки контрольных образцов семейство зависимостей p₁=ρi(σ), где ρ_i - значение контролируемого параметра, для различных I₁……I_n - токов перемагничивания и с учетом оптимального тока подмагничивания определяют по ним величину механических напряжений

На фиг.1 показана зона контроля механических напряжений на контролируемом объекте.

Заявляемый способ оптимизации тока подмагничивания при контроле механических напряжений методом шумов Баркгаузена реализован с помощью устройства, блок-схема которого представлена на фиг.2, состоит из управляемого генератора синусоидального напряжения 1, усилителя тока подмагничивания с управляемым коэффициентом усиления 2, микроконтроллером 3, датчиком тока подмагничивания 4, датчиком ШБ 5-6, устройством контроля ШБ 7.

Способ реализуется следующим образом.

Сигнал с генератора 1, частота которого задается микроконтроллером 3 в диапазоне 10÷30 Гц, поступает на вход усилителя тока подмагничивания 2 с управляемым коэффициентом усиления. Ток с выхода усилителя 2, контролируемый датчиком тока 4, поступает в обмотку перемагничивания 5 датчика ШБ. Ток перемагничивания зависит от магнитных характеристик контролируемого объекта, которые, в свою очередь, от остаточных и динамически приложенных напряжений, а также от состояния поверхности исследуемого объекта, наличием наклепов, микродефектов, вызывающих значительный рост локальных микронапряжений. Сигнал обратной связи датчика тока 4, обработанный микроконтроллером 3, позволяет управлять усилителем тока подмагничивания 4 и поддерживать заданное значение тока I₁. После чего сигнал ШБ поступает с измерительной обмотки 6 на устройство контроля ШБ 7, которое измеряет текущий параметр ЭДС от скачков Баркгаузена (например, площадь огибающей ЭДС ШБ) и сохраняет его в памяти микроконтроллера 3.

Далее микроконтроллер устанавливает значение тока перемагничивания I₂=I₁+ΔI и сохраняет следующее значение р₁₂ и т.д.

Аналогично проводятся измерения для остальных (m-1) точек зоны контроля (фиг.2).

После чего из массива значений {Δp₁……Δp_n} определяем минимальное значение и по нему определяем оптимальное значение тока перемагничивания, при котором и выполняется контрольное измерение.

Предварительно получив с помощью предварительной выборки контрольных образцов семейство зависимостей pi=pi(σ), где pi - значение контролируемого параметра, для различных I₁……I_n - токов перемагничивания и с учетом оптимального тока подмагничивания контрольного измерения определяют по ним величину механических напряжений.

Источники информации

1. Патент SU 1114938 G01N 27/83, опубликован 23.09.84 г.

2. Патент RU 2044311 G01N 2780, опубликован 20.09.95 г.

Изобретение может использоваться для оценки уровня остаточных и динамических внутренних упругих напряжений конструкций ферромагнитных материалов, в том числе и для контроля механических напряжений магистральных трубопроводов. Способ оптимизации тока подмагничивания при контроле механических напряжений методом шумов Баркгаузена позволяет повысить точность путем измерения параметров ЭДС шумов Баркгаузена при различных заданных токах перемагничивания во всем диапазоне значений контролируемого параметра за счет множественных измерений в зоне контроля, исключить влияние на результат измерения состояния поверхности исследуемого объекта, наличия наклепов и микродефектов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ оптимизации тока подмагничивания при контроле механических напряжений методом шумов Баркгаузена, заключающийся в том, что намагничивают контролируемый объект синусоидальным током, анализируют параметры ЭДС от скачков Баркгаузена и по их усредненному значению за период измерения определяют уровень механических напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измерения проводятся при различных заданных токах перемагничивания в нескольких точках контролируемой зоны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что во всем диапазоне значений контролируемого параметра измерения проводятся при различных заданных и контролируемых токах перемагничивания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пределах контролируемой зоны измерения проводят в m-точках с регистрацией семейства (р₁₁…p_mn) контролируемого параметра, используя которое и определяют оптимальное значение тока перемагничивания для выполнения контрольного измерения.