Магнитошумовое устройство для контроля механических напряжений Советский патент 1984 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля механических напряжений в ферромагнитных материалах методом шумов Баркгаузена. Известно устройство для контроля механических напряжений при наличии пластических деформаций, содержащее последовательно соединенные генератор низкой частоты, преобразователь шумов Баркгаузена, фильтр, избирательный усилитель, блоки построения модели круга Мора, управления, запоминания, ввода начальных условий, аналогового решения и индикации. После обработки детали, например, автоскрепления (дорнования с большими припусками) кольца осуществляют контроль предварительного напряженного состояния путем поиска экстремума эпюры механических напряжений дифференцированием по времени сигнала, поступающего с движущегося вдоль радиуса кольца магнитошумового преобразователя через фильтр и избирательный усилитель на дифференцирующее звено блока модели круга Мора 1 Недостатком устройства является низкая помехоустойчивость, так как вследствие вибраций и релаксационных процессов, сопровождающих движение инструмента, после дифференцирования сигнала фиксируются ложные экстремумы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнитошумовое устройство для контроля механических напряжений, содержащее генератор тока низкой частоты, подключенную к нему катушку возбуждения преобразователя, намотанную на магнитопровод, два параллельных канала измерения шумов Баркгаузена, состоящие каждый из последовательно соединенных измерительной катушки преобразователя с ферромагнитным сердечником, фильтра и усилителя, и блок авто матики подключенный к выходам усилителей. Причем блок автоматики выполнен в виде аналоговых решающих усилителей. Помехозащищенность устройства выше за счет сравнения в блоке автоматики сигналов эталонной и рабочей измерительных катушек 2. Однако устройство не позволяет автоматически фиксировать максимумы напряжений из-за отсутствия исполнительных механизмов и аналоговой формы сигналов на выходе блока автоматики, так как сравнение сигналов в этом блоке осуществляется путем решения аналогового уравнения. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в магнитощумовом устройстве для контроля механических напряжений, содержашем генератор тока низкой частоты, подключенную к нему катушку возбуждения преобразователя, намотанную на магнитопровод, два параллельных канала измерения плумов Баркгаузена, состоящие каждый из последовательно соединенных измерительной катушки преобразовате тя с ферромагнитным сердечником, фильтра и усилителя, и блок автоматики, подключенный к выходам усилите тей, блок автоматики выполнен в виде последовательно соединенных компаратора и исполнительного механизма, а измерительные катушки преобразователя расположены в межполюсном промежутке магнитопровода вдоль его поперечной оси и смещены относительно продольной оси преобразователя на расстояние, не менее диаметра ферромагнитного сердечника. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - преобразователь шумов Баркгаузена, установленный на контролируемой детали; на фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - то же, с контролируемой деталью и эпюрами механических напряжений в ней. Магнитошумовое устройство для контроля механических напряжений содержит генератор 1 тока низкой частоты, соединенный с преобразователем 2 шумов Баркгаузена. Один из каналов измерения ujyMOB Баркгаузена состоит из последовательно соединенных фильтров 3, усилителя 4 и одного входа компаратора 5. Другой также выполнен из последовательно соединенных фильтра б, усилителя 7 и другого входа компаратора 5. Блок автоматики состоит из последовательно соединенных компаратора 5 и исполнительного механизма 8, обеспечивающего включение пря.мого и обратного хода механизмов, создающих пластическую деформацию в изделии. Преобразователь 2 шумов Баркгаузена (фиг. 2-4) конструктивно выполнен в виде двух измерительных катушек 9 и Ш с ферромагнитными сердечниками И и 12, установленными на контролируемой детали 13 кольцевой формы. Измерительные катушки 9 и 10 расположены в межполюсном промежутке магнитопровода 14, вдоль его поперечной оси 00, а на магнитопроводе намотана катушка 15 возбуждения преобразователя. Устройство выполняет функции активного контроля в процессе изготовления деталей, подвергающихся большим пластическим деформациям, путем регистрации момента прохождения экстремума эпюры механиче.ских напряжений, совпадающего с границей зон пластических и упругих деформаций, через центр магнитошумового преобразователя 2 (точку В) при его неподвижной установке в том месте, которое должны достичь заданные пластические деформации. Устройство работает следующим образом. На поверхность детали 13, установленной на опорноц плите пресса (не noKa3aHaV помещают запитываемый генератором 1

тока низкой частоты преобразователь 2 так, чтобы его поперечная ось 00 совпала с радиусом детали 13, а центр преобразователя с заданным по техпроцессу конечным положением линии границы пластических и упругих деформаций (например, с окружностью радиуса г 74 мм). В процессе дорнования путем осевого перемещения конического дорна (не показано), граница пластичесю:х деформаций, а вместе с ней и экстремум эпюры механических напряжений (5т (точка В, ) перемещаются от внутренней поверхности кольца 13 с радиусом г, 50 мм, соприкасающейся с дорном, до заданного положения, определяемого радиусом г, 75 мм При всех текущих положениях экстремума в промежуто( между осями сердечников 11 и 12 попадают монотонно изменяющиеся участки эпюр механических напряжений, что всегда соответствует перепаду значений механических напряжений, а следовательно, и различию значений сигналов щуMOB Баркгаузена с измерительных катущек 9 и 10. И только в момент, когда экстремум достигает середины промежутка между осями сердечников 11 и 12, значения механических напряжений, соответствующие точками Е и F, сравниваются и стают одикаковыми сигналы измерительных катушек 9 и 10. Это является условием выработки управляющего сигнала на прекращение -- дорнования (останов прямого хода штосселя и включение его реверса). Сигнал формируется подачей ЭДС шума Баркгаузена с измерительных катушек 9 и 10 через соответствующие фильтры 3 и 6 и избирательные усилители 4 и 7 на компаратор 5, на выходе которого при равенстве входных сигналов вырабатывается импульсный сигнал, который включает исполнительный механизма 8. При этом этот механизм обеспечивает остановку прямого хода дорна и через некоторое время обеспечивает его реверс.

Эксперименты показали, что наибольшая чувствительность устройства к механическим напряжениям получается при расположении измерительных катушек преобразовататя относительно его продольной оси NN на расстоянии не менее диаметра ферромагнитного сердечника. При этом локальность контроля можно увеличить за счет выполнения концов сердечников конусными.

Выполнение блока автоматики в устройстве в виде компаратора и исполнительного механизма позволяет получить сигнал управления на исполнительные механизмы в импульсной форме без предварительной и аналоговой обработки сигналов с преобразователя. Расположение измерительных катушек вдоль поперечной оси преобразователя обеспечивает контроль механических напряжений в различных точках по радиусу цилиндрических деталей.

МАГНИТОШУМОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее генератор тока низкой частоты, подключенную к нему катушку возбуждения преобразователя, намотанную на магнитопровод, два параллельных канала измерения шумов Баркгаузена, состоящие каждый из последовательно соединенных измерительной катушки преобразователя с ферромагнитным сердечником, фильтра и усилителя, и блок автоматики, подключенный к выходам усилителей, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, блок автоматики выполнен в виде последовательно соединенных компаратора и исполнительного механизма, а измерительные катущки преобразователя расположены в межполюсном промежутке магнитопровода вдоль его поперечной оси и смещены относительно продольной оси преобразователя на расстояние, не менее диаметра ферромагнитного сердечника. (Л о ел Фиг.1

Н

н

Фиг.2

Фиг.З

Ar

№

ФигЛ

r