Устройство для определения энергетических диаграмм ферромагнитных материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к методам иеразрушающего контроля ферромагнитных материалов и изделий и может быть использовано для измерения магнитных параметров, изделий в машиностроении.

Известно устройство для контроля магнитных параметров изделий, содержащее соединенные последователь-, но генератор, электромагнитный преобразователь, состоящий из четырех П-образных магнитопроводов с общим центральным стержнем, блок преобразования сигналов, детектор и индикатор зГ .

Недостатком известного устройства является TOf что величину анизотропии .рпределяют по магнитному сопротивлению материала, который является лишь частью магнитопровода, и, следовательно, величина ЭДС в индикаторных обмотках не отражает количественно величину энергии намагничивания, ; а следовательно, и

анизотропию.. Кроме,того, при определении энергетической диаграммы ферромагнетика возникает необходимость в повороте намагничивающей системы, что приводит к изменению условий намагничивания, так как меняется зазор между магнитопроводом и материалом, а следовательно, и магнитное сопротивление.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения энеретических диаграмм ферромагнитных материалов, содержащее генератор линейно-изменяющегося напряжения, блок управления, последов.ательно соединенные усилитель мощности и намагничивающую систему, коммутатор и последовательно соединенные измерительную обмотку и широкополосный, усилитель 2 ,

. Недостатками этого.устройства являются невозможность изменения направления перемагничивания без И менения условий перемагничивания, экранирование скачков намагниченности, возникающих в глубине ферро- магнитного материала, поверхностными слоями вследствие вихретокового взаимодействия, а также то, что анизотропию определяют в относительных единицах,

. Цель изобретения - повышение . . точности измерений,

.

Поставленная цель достигается

тем, ч.то устройство для определения -энергетических :Диаграмм ферромагнитных материалов, содержащее . енератор линейно изменяющегося напряжения, блок управления,; последовательно соединенные усилитель мощности и намагничивающую систему,

коммутатор и последовательно соединенные измерительную обмотку и широкополосный усилитель, снабжено соединенными последовательно вторым усилителем мощности и второй намагничивающей системой, расположенной перпендикулярно первой, двумя аттенюаторами, включенными между выходом генератора линейно изменяющегося напряжени.я и входами соответствующих усилителей мощности, компаратором,

включенным между выходом широкополосного усилителя и входом коммутатора, детектором, включенным между выходом широкополосного усилителя и входом управления коммутатора, соединенными последовательно реверсив- HbHv счетчиком, подключенным к выходу коммутатора, вторым коммутатором и R-S-триггером, а блок управления выполнен в виде микропроцессора и

20 блока оперативной памяти, блока постоянной памяти, таймера и интерфейса, подключенных к микропроцессору, и дисплея, подключенного к интерфейсу, причем входы управления генератора линейно изменяющегося напряжения, аттенюаторов, коммутаторов, реверсивного счетчика и R-S-триггера и выходы реверсивного счетчика и R S-триггера подключены к

„ интерфейсу„

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - эпюры в конт. рольных точках устройства.

Устройство для определения энергетических диаграмм ферромагнитных материалов содержит блок 1 управления, состоящий, из микропроцессора 2, блока 3 оперативной памяти, блока 4 постоянной памяти, таймера. 5 и 0 интерфейса 6, подключенных к микропроцессору 2, и дисплея 7, подключенного к интерфейсу 6.Устройство) содержит Также генератор 8 линейно изменяющегося напряжения, два ат тенюатора 9 и10, подключенные к генератору 8 линейно изменяющегося напряжения, и интерфейсу б, .два усилителя 11 и 12 мощности, подключенные к соответствующим аттенюаторам 9 и 10, и две намагничивающие системы 13 и 14, подключенные к усилителям 11 и 12 мощности.

Устройство содержит также соединенные последовательно измерительную обмотку 15, широкополосный усилитель 16, компаратор 17, коммутатор 18, реверсивный счетчик 19, второй коммутатор 20 и К-З-триггер 21. Входьз управления коммутато- РОБ 18 и 20, реверсивного счетчика 0 19 К-5.-триггера .21- подключены к выходам интерфейса 6, выходы реверсивного счетчика 19 и R -S-триггера 21 подключены к соответс7:вующим входам интерфейса 6, Устройство содержит 5 также детектор 22, включенный между ,

выходом широкополосного усилителя 16 и входом управления компаратора 17.

На фиг.2 показаны эпюры напряжений на выходах блоков устройств: а) выход усилителя 12 мощности; б)выход широкополосного усилителя . 16; в) выход детектора 22: г)выход компаратора 17; д)импульсы управления R-S-триггера 21 с микропроцессора 2; е)переходы RS-триггера 21„

Устройство работает следующим образом.

При запуске микропроцессор 2 выходит на управляющую программу, хранящуюся в блоке 4 постоянной памяти, в соответствии с которой микропроцессор 2 через интерфейс 6 запускает генератор 8 линейно изменяющегося напряжения, устанавливает R-S-триргер 21 в единицу.

С выхода генератора 8 линейноизменяющегося напряжения сигнал поступает на аттенюаторы 9 и 10,коэффициент ослабления которых устававливается программой.

Причем, если коэффициент ослабления одного аттенюатора равен о; , то коэффициент ослабления другого аттенюатора равен dj (это соотношение достигается подбором соответствующих делителей в аттенюаторах) . С выходов аттенюаторов 10 и 9 напряжение поступает на входы усилителей 12 и 11 мощности, к выходам которых подключены намагничивающие системьа- 13 и 14. Так как они расположены под углом 90 друг к другу, то направление напряженности намагничивающего поля в их геометрическом центре, в котором расположе на измерительная обмотка 15, определяется соответствующими коэффициентами (, . и с12 аттенюаторов 10 и У. При перемаг.ничивании ферромагнитного материала возникают скачки Баркгаузена, которые наводят напряжение в-обмотке 15. Это напряжение усиливается широкополосным усилителем 16 и поступает на вход детектора 22 и компаратора 17. Порог срабатывания компаратора 17 устанавливается прямо пропорциональныл-1 амплитуде скачков, что достигается подключением выхода детектора 22 к задающему входу компа.ратора 17. Калиброванные по.амплитуде импульсы с выхода компаратора 17 поступают на коммутатор 1Ь,который по команде от микропроцессора 2 подключает их либо на вход прямого счета (в первом цикле), либо на вход обратного счета (во втором цикле) счетчика 19.

Процесс измерения протекает в два цикла. В первом цикле ко.ммутатор 18 подключает выход компаратора

17 к входу прямого счета счетчика 19, триггер 21 установлен в единицу, а на его вход установка нуля коммутатор 20 подключает выход младшего разряда счетчика 19. Таким образом, триггер 21 устанавливается в нуль nepBfjM импульсом напрял-;ения скачков Баркгаузена, а таймер 5 и микропроцессор 2 измеряют длительность импульса гПоступившего на интерфейс 6 с выхода R S-триггера 21 (фиг,2е). Так как перемагничивание осуществляете линейно изменяющимся полем, то по длительности импульса, поступившего на интерфейс 6 в первом цикле, определяется поле стггрта Н( , В этом же цикле с выходов счетчика

19считывается код числа скачков Баркгаузена, Во втором цикле в счетчик 19 записывается код числа скачков Баркгаузена, полученный в первом цикле, кo мyтaтop 18 подключав выход компаратора 17 к входу обрс1Т ного счета счетчИка 19, а коммутатор

20подключает выход Переполнение; счетчика 19 к входу Установка нуля триггера 21. Длительность импульса, поступившего на интерфейс

б с триггера 21 и измерен.ного таймером 5, определяют длительность необратимых процессов в ферромагнитном материале. Так как напряженность поля изменяется по линейному закону, то зная длительность этого импульса, определяется напряженность поля Hj, прр которой заканчиваются необрати 1ые процессы в ферромагныт1-п е. Перемагничивая материал в обласхи малых полей для необратимых потерь на перемагничивание, можно записать

н(н%и,н,н11

н,,-н,

Н - число скачков Баркгаузена ,

где

за период перемагнпчивания; С - коэффициент пропорциональносхи.

Вычислив энергию потерь на гистерезис для заданного числа направлений перемагничивания, микропроцессор 2 интерполирует значения энергии ;потерь на весь диапазон. После этого энергетическая, диаграмма вьаводится на дисплей 7.

Таким образом, устройство при высокой производительности позволяет определить энергетическую диarpa яv y детали произвольной формы при произвольном положении датчика на ее плоскости и исключить влияние размагничивающего фактора и влияние зазора, а также исключить необходимость менять положение ориентации датчика на плоскости детали.

1-й цикл

2-а цикл

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ДИАГРАММ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее генератор линейно изменяющегося напряжения, блок управления, последовательно соединенные усилитель мощности и намагничивающую систему, коммутатор и последовательно соединенные измерительную обмотку и широкополосный усилитель, отлич ающий с я тем,что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено соединенными последовательно вторым усилителем мощности и второй намагничивающей « системой, расположенной перпендикулярно первой, двумя аттенюаторами, включенными между выходом генератора линейнр изменяющегося напряжения и входами соответствующих усилителей мощности,компаратором,включенным меж-. .ду выходом широкополосного усилителя и входом коммутатора, детектором, включенным между выходом широкополосного усилителя и входом управления коммутатора, соединенными посг ледовательно реверсивным счетчиком, подключенным к выходу коммутатора, вторым коммутатором и R-S-триггером, а блок управления выполнен в виде микропроцессора и блока опе ративной памяти, блока постоянной памяти, таймера и интерфейса,под(Л ключенных к микропроцессору, и дисплея, подключенного к интерфейсу,причем входы управления генератора, линейно изменяющегося напряжения, аттенюаторов, коммутаторов, реверсивного счетчика и R-S-триггера и выходы реверсивнсго счетчика и R-S-, триггера подключены к интерфейсу. 4: ;о сх 00

(риг. 2

I IIII t