Магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах Российский патент 2023 года по МПК G01N27/80 

Изобретение относится к области приборостроения, неразрушающему контролю, технической диагностике и может быть использовано в качестве накладных датчиков для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах, в том числе в рельсах при движении подвижного состава.

Известен магнитоупругий датчик для определения механических напряжений, который содержит корпус, установленные в нем сердечник с размещенными на нем возбуждающей и измерительной обмотками, при этом он снабжен двумя дополнительными сердечниками полосовой формы и размещенными на них соответственно двумя измерительными обмотками, а основной сердечник выполнен Н-образной формы, причем дополнительные сердечники установлены между полюсами основного, симметрично его центральной части [патент на изобретение № 2073856, МПК: G01N 27/80, опубл. 20.02.1997].

Недостатками известного датчика являются: невозможность ведения измерений механической напряженности в локальных точках в силу больших размеров, сложность выделения скачков Баркгаузена, так как в обмотке полосовых сердечников возможно наведение электродинамических сил (ЭДС) с частотой возбуждения, а также слабая помехозащищенность от посторонних ЭДС.

Известен магнитоупругий датчик для определения механического напряжения в ферромагнитных материалах, содержащий корпус, установленный в нем сердечник П-образной формы с размещенными на нем возбуждающей и контролирующей уровень возбуждения обмотками, а также дополнительный сердечник П-образной формы, на котором размещена измерительная обмотка, причем дополнительный сердечник установлен симметрично между полюсами основного сердечника так, что плоскость его перпендикулярна плоскости основного сердечника. Корпус магнитоупругого датчика выполнен из проводящего немагнитного материала, выполняющего функцию экрана и защиты от внешних помех. Плоскость сердечника с измерительной обмоткой перпендикулярна плоскости основного сердечника, и поэтому в нем практически не наводится ЭДС на частоте возбуждения, а ЭДС от скачков Баркгаузена при этом практически остается неизменной [патент на изобретение RU 2492459 С1. Заявка: 2012107195/28, 27.02.2012, МПК: G01N 27/80, опубл. 10.09.2013. Бюл. №25 - прототип],

Недостатками известного магнитоупругого датчика является то, что для определения абсолютной величины механического напряжения необходимо проведение тарировки и построение тарировочных графиков, полученных на эталонных образцах при известных в них механических напряжениях, а также зависимость от толщины контролируемого образца и некоторая зависимость от помех на частоте возбуждения.

Задачей предложенного изобретения является повышение помехоустойчивости, обеспечение независимости результатов от толщины контролируемого образца и повышение точности измерений.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах, содержащий корпус, установленный в нем основной сердечник П-образной формы с размещенной на нем обмоткой возбуждения, согласно изобретению, дополнительно снабжен двумя идентичными измерительными сердечниками П-образной формы, на которых размещены измерительные обмотки, причем плоскость их размещения перпендикулярна плоскости основного сердечника, при этом упомянутые измерительные сердечники расположены по разным сторонам контролируемого ферромагнитного объекта таким образом, что проекции их контактных поверхностей совпадают.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема магнитоупругого датчика для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах, на фиг. 2 показано расположение магнитоупругого датчика для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах для контроля напряжений в рельсе при движении подвижного состава.

Предложенный магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах содержит основной сердечник П-образной формы 1 с размещенной на нем обмоткой возбуждения 2, а также два одинаковых сердечника 3 и 4, на которых размещены измерительные обмотки 5, причем сердечники с измерительными обмотками установлены симметрично между полюсами основного сердечника так, что плоскость их перпендикулярна плоскости основного сердечника, а места контактов сердечников с измерительными обмотками, расположенных на разных сторонах контролируемого объекта, например, шейки рельса (показан, но не обозначен), взаимно проецируются друг на друга. Плоскость сердечников с измерительными обмотками перпендикулярна плоскости основного сердечника, и поэтому наводимые на частоте возбуждения ЭДС при мостовой схеме включения учитываются.

Магнитоупругий датчик работает следующим образом.

Датчик накладывается на поверхность контролируемого объекта, в данном случае, рельса, находящегося под механическим давлением. При пропускании переменного тока по обмотке возбуждения, производится намагничивание контролируемого объекта в переменном поле, которое поддерживается постоянным в процессе измерения. При изменении механической нагрузки на рельсе, изменяется его магнитная проницаемость и, как следствие, меняется коэффициент трансформации между сердечниками 3 и 4 с измерительными обмотками 5. На выходе включенных и уравновешенных в мостовой схеме обмоток 5 измерительных сердечников 3 и 4, появляется разностный сигнал, величина которого соответствует абсолютному значению механической нагрузки.

Применение предложенного технического решения позволит повысить помехоустойчивость, обеспечить независимость результатов от толщины контролируемого образца и повысить точность измерений.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. Магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах содержит корпус, установленный в нем основной сердечник П-образной формы с размещенной на нем обмоткой возбуждения, и дополнительно снабжен двумя идентичными измерительными сердечниками П-образной формы, на которых размещены измерительные обмотки. Плоскость их размещения перпендикулярна плоскости основного сердечника, при этом измерительные сердечники расположены по разным сторонам контролируемого ферромагнитного объекта таким образом, что проекции их контактных поверхностей совпадают. Технический результат – повышение помехоустойчивости, повышение точности измерений. 2 ил.

Магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах, содержащий корпус, установленный в нем основной сердечник П-образной формы с размещенной на нем обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что дополнительно снабжен двумя идентичными измерительными сердечниками П-образной формы, на которых размещены измерительные обмотки, причем плоскость их размещения перпендикулярна плоскости основного сердечника, при этом упомянутые измерительные сердечники расположены по разным сторонам контролируемого ферромагнитного объекта таким образом, что проекции их контактных поверхностей совпадают.