Способ двухчастотного определения параметров ферромагнитных материалов и изделий Советский патент 1983 года по МПК G01R33/14 

Изобретение относится к магнитным иэмеренням и может быть исполь зовано при нераарушающем контроле ферромагнитных материалов и.изделий . , Известен двухчастотный способ возбуждения, используемый для магнитнцх измерений, заключающийся в том, что на ферромагнитный образец воздействуют низкочастотным полем в нелинейной области и со зна чительно меньшей с1мплитудой. -г высок частотным полем, а. по огибающей высокочастотного сигнала преобразователя сулят о значениях магнитного п раметра 1 . Недостатком способа является низ кая точность измерения, ограниченна отсутствием какого-либо нормирования, режимов получения высокочастотных частных циклов вразличных точк низкочастотной петли гистерезиса. Известен способ определения параметров ферромагнитных материалов заключающийся в том, что контролируемый образец одновременно намагни чивают. сильнвпи низкочастотным и слабым высокочастотным полями, вы целяют из ЭДС преобразователя сигнал высокой частоты и по нему судят о качестве материала образца 2 Недостатком известного способа является низкая точность наме рения, которая объясняется тем, что размах частных динамических циклов, а следовательно, и услр- ВИЯ их получения в разных точках низкочастотной петли не остается постоянным, а изменяется периодиче ки с удвоенной частотой низкочастотного поля от наименьшего значения, когда мгновенное значение . низкочастотного поля равно нулю (о ласть остаточной индукции), до наибольшего - в момент максимума низ частотного поля (область клювиков низкочастотной петли). Кроме того, при определенных со отношениях параметров намагничиваю полей (а именно соотношениях скоро тей изменения этих полей) возникаю УСЛОВИЯ; когда частные циклы вообщ исчезают в некоторых областях низк частотной петли гистерезиса, что приводит, в свою.очередь, к потер части полезной информации. Цель изобретения - повышение то ности определения параметров ферромагнитных материалов и изделий. Поставленная цель достигается тем,что согласно способу, заключаю муся в одновременном намагничивании низкочастотным и высокочастотным с меньшей амплитудой полями и делении ЭДС сигнала высокой частоты, ё1мплитуду воздействующего высо кочастотного поля предварительно модулируют по закону Hr.u.(,((), где S HHrnS - круговая частота и амплитуда низкочастотного поля; 1ииНгт1и)- круговая частота и амплитуда модулируемого высокочастотного поля. На фиг. 1 представлены кривые для случая возбуждения периодически модулированным по амплитуде высокочастотным полем;-на фиг. 2 устройство для реализации предлагаемого способа. В процессе намагничивания ферромагнетика сложным полем, представляющим сумму двух переменных полей,на низкочастотной петле гистерезиса фор лируются частные циклы, форма и размеры которых определяются параметрами возбуждающих полей (амплитудами и частотами) и их соотношением. Важной характеристикой частного цикла является величина обратного. поля ЛИ (фиг. 1,в), котораяи определяет размах частного цикла. Изменение ЛИ неизменно приводит к изменению магнитного состояния . на частном цикле. Из теории двухчастотного намагничивания известно, что при возбуждении ферромагнетика двумя, неизменными по ампли.туде переменными полями,, величина ЛИ для частных циклов, находящихся в разных точках низкочастотной петли, не остается постоянной, а периодически, изменяется, принимая наименьшее значение в точках,где низкочастотное поле проходит через нуль, и набольшее - в точках, где низкочастот ное поле максимально,. Таким образом, условия получения частных циклов в разных точках низкочастотной петли будут различны. Согласно предлагаемому способу ферромагнетик перемагничивается двумя переменнь№1и полями:низкочастотньм с постоянной амплитудной (фиг. 1,а) и высокочастотным, еилплитуда которого изменяется синхронно с низкочастотным полем по закону(фиг.1,5 ) Hm«.((4g -Й IIcosati, где И иНтЙр круговая частота и амплитуда напряженнос ти низкочастотного поля;toHHmui- круговая частота и амплитуда напряженности модулируемого высокочастотного поля. Представленный закон модуляции вытекает из условия равенства размаха по напряженности (ЛН) динамических частных циклов независимо от того, в какой точке низкочастотной петли гистерезиса они находятся. Этот размах численно определре ся отрицательными приращениями суммарного возбуждакхцего поля, которые собственно и вызывают появление час ных циклов. Контролируемый ферромагнитный образец 1 (фиг, 2), наприггер, круглого сечения пометен в проходной преобразователь, содержащий два воз буждающие обмотки 2 и 3, одна из которых 2 подключена к генератору 4 низкой частоты, и срздает сильное низкочастотное поле (фиг. 1,а),достаточное для нелинейного перемагничивания контролируемого образца. Другая возбуждающая обмотка 3 П9дкл чена к генератору 5. амплитудло-модуЛированного сигнала -высокой часто ты и возбуждает в образце магнитное поле, амплитуда которого изменяется синхронно с низкочастотным полем по приведенному закону (фиг. l5. Модуляция амплитуды высокочастот ного сигнала может быть осуществлена любым известным путем. Второе слагаемое выражения, стоя щее в скобках и изменяющееся по закону абсолютного косинуса (/cos2tv реализуется путем функционального преобразования синусоидального низкоч стотного сигнала., снимаемого с генератора 4 низкой частоты. Масштаб этого преобразования определяется параметрами Si ,HrnR , и/ и Hmu возбуждающих полей, конкретные значения которых выбираются из условий контроля и измерения. Информация снимается с измерительной обмотки 6 проходного преобразователя в виде электрического сигнала и преобразуется измерительной цепью, состоящей из интегратора 7 и осциллографа 8, на второй вход которого подается напряжение, пропорциональное напряженности сумматорного поля. Это напряжение получается в результате использования катушки 9 поля, подключенной к входу второго интегратора 10. На экране осциллографа 8 наблюдается процесс сложного намагничивания. с целью контроля можно использовать гармонический состав сиг- ; наЛа датчика. Для этого в устройстве представлена вторая .измеритель-. ная.цепь, состоящая из последовател но соединенных избирательного .усилителя 11 и индикатора 12, подУлюченных к измерительной обмотке 6. Таким образом, изобретение обладает рядом преимуществ по сравнению с известными двухчастотными способами -контроля и измерения и позволяет нормировать заданное условие образования динамических частных циклов независимо от. расположения их на низкочастотной петле гистерезиса, что noBHUJaeT точность контроля. Кроме того, принципиальное отсутствие условий, при которых происходит исчезновение частных, циклов на низкочастотной петле, исключает возможность потери части информации об образце и способствует повышению точности измерения. В качестве базового объекта для сравнения выбран способClJ, реализованный в устройстве для измерения обратимой магнитной проницаемости, по которомуиспытуемый ферромагнитный образец намагничивается двумя переменными магнитными полями низкой частоты (50 Гц) с амплитудой, достаточной для нелинейного перемагничивания, и высокой частоты (100 кГц-10 МГц) со значительно меньшей амплитудой. Сигнал на выходе преобразователя несет информацию, об измеряемом объекте. Анализ работы устройства указывает на то, что максимальная скорость высокочастотного поля должна быть много больше (хотя бы на два порядка) максимальной скорости низкочастотного поля. Для предлагаемых условий реальные значения частоты высокочастотного поля должны быть порядка 5-15 МГц,что усложняет техническую реализацию способа. Уменьшение частоты приводит к прогрессирующему увеличению погрешности измерения. Для частот ниже 250-100 кГц устройство принципиально использовано быть не может из-за отсутствия частных циклов на части низкочастотной петли гистерезиса. Кроме того, в силу физических особенностей двухчастотного намагничивания при использовании возбуждающих полей с постоянными амплитудами размах динамических частных циклов, .находящихся в разных точках низкочастотной петли, будет разным. Учитывая, что проницаемость на частном цикле зависит от величины Обратного поля, а при двухчастотном намагничивании эта зависимость еще более сложная, становится очевидным, что точность измерения обратимой проницаемости с помощью рассматриваемого базового объекта будет низкой.

t;

ff

СПОСОБ ДВУХЧАСТОТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ, заключающийся В одновремянном намагничивании НЛ J. низкочастотным и высокочастотньм с меньшей амплитудой полями и выделении ЭДС сигнала высокой частоты, .отличающийс я тем, что, с целью повышения точности определения, амплитуду воздействующего высокочастотного поля предварительно модулируют по закону Hmu;(t)H,.u,(..J f|cos«tt), где 5 круговая частота и амплитуда низкочастотного поля; U) и Hmui- круговая частота и амплитуда модулируемого высокочастотного поля. I I ff f -j lceiut S e,t ч1- Г1 ч1«-Я