Способ измерения импульсных механических напряжений Советский патент 1984 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к контрол но-измерительной технике, в частно ти, к способам измерения механичес ких напряжений в объектах из ферро магнитных материалов. Известен способ измерения механических напряжений, основанный на определении разности магнитньох потоков во взаимно-перпендикулярных направлениях и под углом 45 или 135° к этим направлениям при намагничивании материала, содержащего м ханические напряжения Cl3. Недостатком этого способа является невысокая чувствительность к напряжениям в большинстве конструк ционных материалов, особенно легированных. Кроме того, этот способ в основном может быть использован для определения статических или ме ленно меняющиЗсся напряжений поско ку ддя регистрации кратковременных динамических нагрузок частота пере магничивающего поля должна составлять сотни килогерц, что ведет к снижению эффективности работы преобразователей, применяемых для реализации способа, за счет влияния вихревых токов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения механических напр жений, заключающийся в локальном намагничивании контролируемого изделия и регистрации величины остаточного магнитного поля магнитных меток, образовавшихся на повер ности изделия в результате намагни чивания. О величине напряжений в изделии по этому способу судят по величине остаточного магнитного по ля меток 2 L Недостатком известного способа является его ограниченная возможность при определении динамических (импульсных) напряжений. Это обусловлено тем, что операции намагничивания и измерения осуществляются раздельно во времени. Если в изделии, на поверхности которого предварительно путем намагничивания на несена магнитная метка, появится импульсная нагрузка, то при увеличении напряжений остаточное магнитное поле метки уменьшится до определенного значения, причем величина изменения остаточного магнитного поля будет пропорциональна величине приращения напряжений. Однако при последующем уменьаюнии напряжений величина .магнитного поля остается без изменения. Таким образом, не представляется.возможным судить о таком параметре импульсных напряжений, как их длительность. Бо лее того, при измерениях по известному спосойу невозможно определить характер динамической наз рузки, поскольку, например, изменение напряжений от одного постоянного уровня до другого приводит к такому же изменению остато.чного магнитного поля метки, как и действие кратковременной нагрузки-с амплитудой, равной разности уровней постояннь1х: нагрузок. Целью изобретения является повышение точности измерения импульсньк механических напряжений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу заключающемуся в намагничивании контролируемого объекта и регистрации величины остаточного магнитного поля, контролируемый объект.намагничивают параллельно его поверхности, перемещая зону намагничивания перпендикулярно к направлению намагничивания, одновременно регистрируют сигнал, пропорциональный вели.чине остаточного магнитного поля в точке, которая смещена относительно зоны намагничивания, вьаделяют импул1зсную составляквдую сигнала, измеряют величину и длительность импульсного .сигнала и по предварительно построенному тарировочному графику определяют величину и длительность импульсных механических напряжений. Величину смещения точки регистрации сигнала выбирают из условия , где Е - велргчина смещения точки регистрации сигнала относительно зоны намагничивания, /V- скорость перемещения зоны намагничивания относительно поверхности объекта, t - заданное максимальное время действия импульсных механических напряжений. На фиг. 1 показана схема реализации способа; на фиг. 2 (а, б, в) временные диаграммы, характеризующие зависимости сигнала И, пропорционального величине остаточного магнитного поля следа на поверхности контролируемого объекта и импульсного сигнала U от вида динамической нагрузки в объекте. Измерения по способу проводят следующим образом. Электромагнит 1 постоянного тока (фиг. 1) располагают над поверхностью контролируемого объекта 2. В результате перемещения электромагнита 1 на поверхности объекта 2 образуется непрерывный магнитный след Величина остаточного магнитного поля следа в месте прохождения одного из полюсов электромагнита 1 (например, среднего при Ш-образной форме магнитопровода) непрерывно регистрируется с помощью магнитного зонда 3 г точке, расположенной на постоянном расстоянии от зоны намагничивания, т.е. от электромагнита 1. Сигнал с магнитного зонда 3 подается на измерительную схему для вьщеления импульсного сигнала (на фиг.1 не показана), которая может включат например, детектор и схемы для измерения параметров импульсного сигнала: его амплитуду и длительность. В слунае (фиг. 2а), когда в объекте действует статическая (постоян ная во времени) нагрузка, сигнал U имеет постоянную величину, а.импуль оный сигнал отсутствует,т.е. .11и п-С1 В сл:учае (фиг. 26) , когда в момент времени t в объекте мгновенно увеличение нагрузки, например, пере грузка, которая в дальнейшем не изменяется, сигнал и, пропорциональ-т ный величине остаточного поля магнитного следа, уменьшается на н которую величину, пропорциональную прира,щению напряжений. Величина уменьшения остаточного магнитного поля одинакова для всей области магнитного следа, находящейся в момент изменения напряжений между зоной намагничивания и точкой регистрации остаточного магнитного поля. Следовательно,, до тех пор пока-точка регистрации остаточного магнитного поля не переместится вместе с зоной намагничивания на расстояние, равное длине этой области, сигнал U будет сохранять минимальное значение. После прохождения этой области магйитного сле ,да через точку регистрации остато .ного магнитного поля в процессе ее перемещения вместе с зоной намагничивания величина остаточного магнитного поля восстанавливается до своего первоначального, (до изменения нагрузки) значения. При таком характере изменения нагрузки импуль СВЕЛИ сигнал и,.,, представляет собой прямоугольный импульс, величина которого пропорциональна величине изменения напряжений, а длительность равна . Вслучае (фиг. 28), когда в объек те в некоторый момент времени t кроме статической н,агрузки появляет ся импульсная нагрузка, например, кратковременная перегрузка, длитель Hoci-b которой равна f, сигнал, пропорциональный величине остаточного магнитного поля, уменьшается на величину, пропорциональную приращению нагрузки Такое уменьшение сигнала характерно для всей области магнитного следа, находящейся в момент t между зоной намагничивания и точкой измерения. За время действия импульсной нагрузки, которое равно Т, зона намагничивания переме щается на расстояние Vt, я для этой части магнитного следа, образовавшегося в результате перемещения зоны намагничивания, величина остаточного магнитного поля будет такой же, как и до появления импульсной нагрузки. Однако при прекращении импульсной нагрузки и, следовательно, уменьшени напряжений в объекте до первоначального их значения (до появления импульсной нагрузки) в момент времени Ь величина остаточного магнитного поля для той части следа, которая образовалась во время действия импульсной нагрузки, также 5меньшается, причем увеличение или уменьшение нагрузки на одинаковую величину приводит к примерно одинаковому уменьшению величины остаточного магнитного поля, В то же время, уменьшение нагрузки не вызывает изменения остаточного магнитного поля для той части магнитного следа, остаточное поле которого уменьшилось при возрастании нагрузки в момент / . Таким образом, .сигнал, пропорциональный величине остаточного магнитного поля, сохраняет минимальное значение до тех пор, пока точка измерения остаточного поля не переместится на расстояние, равное в+ VT. Следовательно, амплитуда импульсного сигнала пропорциональна величине импульсной нагрузки, а длительность импульсного сигнала в данном случае (фиг.2в) Таким образом, если известны величина смещения точки измерения остаточного магнитного поля относительно зоны намагничивания и скорость перемещения зоны намагничивания V, . то по результатам измерения длительности импульсного сигнала но определить длительность импульсных напряжений f По сравнению с известным предлагаемый способ измерения импульсных механический напряжений позволяет проводить измерение параметров импульсных нагрузок бесконтактным способом, а при измерении импульсных нагрузок в движущихся поступательно или вращающихся объектах исключается необходимость применения токосъемных систем, что значительно упрощает процесс измерений, сокращает время на подготовку объекта к исследованию.

(/

mtn

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, заключающийся в намагничивании контролируемого объекта и регистрации вели,чины остаточного магнитного поля, о тли ч ающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, контролируемый объект намагничивают параллельно его поверхности, перемещая зону намагничивания перпендикулярно к направлению намагничивания, одновременно регистрируют сигнал, пропорциональный величине остаточного магнитного поля в точке, которая смещена относительно зоны намагничивания,- выделяют импульсную составляющую сигнала, измеряют величину и длительность импульсного сигнала и по предварительно построенному тарировочному графику определяют величину и длительность импульсных механических напряжений. 2. Способ по П.1, отличающ и и с я тем, что величину смещения точки регистрации сигнала выбирают из условия , где К - величина смещения точки регистрации сигнала относительно зоны намагничивания, (Л - скорость перемещения зоны намагничивания относительно поверхности объекта, f - заданное максимальное время действия импульсных механических напряжений. 00 4 4 4

и

(/,

(МП

и

;

tjtg Ф

п

uмIl

ГП .