Устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах Советский патент 1985 года по МПК G01B7/24 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и предназначено для измерений механических напряжений и деформаций деталей и конструкций из ферромагнитных мате- риалов. Известно устройство для измерени механических напряжений в ферромагнитных материалах, содержащее П-о 5разный магнитопровод, возбуждающую и измерительную обмотки, размещенны на магнитопроводе, измерительньй прибор, соединенный с измерительной обмоткой, .а также цепь обратной связи в виде последовательно соединенньк: выпрямителя, соединенного с измерительной обмоткйй, сглаживающе фильтра и корректирующей обмотки, размещенной на магнитопроводе ij. Однако результат измерений данного; устройства зависит от направления действия механических напряжений, которое в процессе измерен во многих случаях может непредскйзу МО изменяться. Чувствительность данного устройства окаэьшается пони женной, так как отрицательная обратная связь от измерительной к к ректирующей обмотке, введенная для уменьшения влияния зазора, пропуска также сигнал, вызванный.измеряемыми механическими напряжениями Поэтому tOMHocTb результатов Измерений оказы вается малой. Наиболее близким к изоб ретешпо является устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материал ах, содержащее П-об разный Магнитопровод, возбуждающую обмотку, размещенную на магнитопрово де, электродвигатель, кинематически связанный с магиитопроводом, комбинированный источник, питания, сое-, диненный nepBbN выходом с электродвигателем, а вторым - с возбуждаю ще|$ обмоткой, измерительную обмотку, :размещенную на магиитопроводе, и . последовательно соединешше демоду- лягор, полосовой фильтр и идмерительный прибор 23Однако . результат из юреиий известным устройством оказывается . зависящим от величины а6зду11шых . зазоров между полосами магиитопро- вода и контролируемьм материалом, чт снижает точность результатов измерен особенно иа неровных поверхностях. Цель изобретения - повышение точности путем автоматической компенсации влияния воздушных подполюсных зазоров. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения механи ческих напряжений в ферромагнитных материалах, содержащее П-образный Магнитопровод, возбуждающую обмот- i ку, размещенную на магнитопроводе, электродвигатель, кинематически . связанный с мaгнитoпpoвoдoмj комбини рованный источник питания, соединенный первым выходом с электродвигателем, а вторым - с возбуждающей обмот крй, измерительную обмотку, размещенную НА магнитопроводе, и последовательно соединенные демодулятор, полосовой фильтр и измерительный прибор, снабжено интегрируювщм усилителем, соединенным входом с измери тельной обмоткой, а выходом - С )эходом демодулятора, цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных разностного усилителя, один вход которого соединен с выходам демодулятора, а другой с выходом полосового фильтра, сглаживающего фильтра, корректирующего блока нелинейности, блока корректирующего питания, который подключен одним входом к второму выходу комбинированного источника питания, и корректирующей 1обмот1си, размещенной на магнитопроводе, и дифференцирующим усилителем, соединенным своим входом с вторым вы-ходом сглаживающего фильтра, а выходом - с вторым входом блока . корректирующего питания. На фиг. представлена структурная схема устройств ;.на фиг,2 - графики выходного сигнала, иллюстрирующие работу автоматической компенсации влияния воздушного подполюсного зазора. Устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах содержит П-образИый магиитопровод 1, возбуждающуюобмотку 2, размещенную на магнитопроводе 1, электродвигатель 3, кинематически связанный с магнитопроврдом 1, для вращения последнего, комбинирован ный источник 4 питания с двумя выходами, первым - промьшшенной, а вторым - звуковой частоты. Источник 4 соединен первым выходом с длектродвигателем 3, а вторьм - с возбуждающей обмоткой 2, На магнчтопроводе 1 размещена измерительная обмотка 5, к которой подсоединены последовательно соединенные интегратор 6 демодулятор 7, полосовой фильтр 8 и измерительный прибор 9, Устройство содержит цепь обратнв связи, выполненную в виде последова тельно соединенньк разностного уси лителя 10, один вход которого соединен с выходом демодулятора 7, а другой - с выходом полосового фильт ра 8, сглаживающего фильтра 11с двумя выходами, корректирующего бло ка 12 нелинейности, блока 13 коррек тирующего питания с двумя входами который подключен к второму выходу комбинированного источника 4 питания, корректирующей обмотки 14, которая размещена на магнйтопроводе 1, и дифференцирующего усилителя 13, соединенного своим входом с вторьм выходом сглаживающего фильтра 8, а выходом т- с вторьм входом блока 13 корректирующего питания. Интегратор 6, Демодулятор 7, разностный усилитель 10, и диффе(ренцирующий усилитель 15 могут выполняться на операционных усилителя например типа УТ140А, Блок корректирующего питания представляет собо двухбалонный дифференциальньй магнитный усилитель с двумя входными ОбМОТКШ4И. Связь обмоток и 14 размещен ных на магнитопроводе 1, который вы полнен с возможностью вращения от -. электродвигателя 3, осуществлена через токосъемный узел (не показан Источник 4 может представлять собой генератор звуковой частоты, например, .кГц с обмоткой на силовом трансформаторе для питания электродвигателя 3 напряжением промыпшенноЙ частоты 50 Гц. Устройство работает следующим образом Магнитопровод 1 с обМотками 2,5 и 14 и электродвигателем 3 устанавливают на поверхность контролируемо материала 16 и. включают питание. Пр этом электродвигатель 3.приводит во вращение Магнитопровод 1 с часто той JSl а в магнитопроводе 1-й конт ролируёмом материале 16 под воздействием тока в возбужданщей обмот 5 появляется переяенный магнитный поток ф с частотой, равной частоте питания U). Для обеспечения достаточно малой модуляционной погрешности, допустимой для устройства вьтолнено условие u)7/ loa . Под воздействием механической нагрузки появившихся механических напряжений в контролируемом материале возникает магнитная анизотропия. В результате при вращении магнитопровода 1 магнитный поток Ф модулирует ся по амплитуде с частотой 252. Среднее значение магнитного потока ф почти не зависит от механических напряжений, но зависит от воздушного Зазора между полюсаМи магнитопрОво а J и материалом 16, Вместе с тем амплитуда модуляций потока Ф зависит как от механических напряжений в материале, так и от воздушного зазора. Модулированный магнитный поток наводит на измерительной обмотке 5 электрический сигнал, пропорциональныйс/ф/ofi, который проходя через интегратор 6, становится пропорциональным магнитному потоку Ф. Это преобразование.необходимо для обеспечения нормальной работы обратной связи, компенсирукяцеЙ влияние воздушного зазора. Сигнал с интегратора 6 попадает . на демодулятор 7, на выходе котороп сигнал имеет постоянную составляющую несущую информацию о воздушном подполюсном зазоре, и переменную составляющую с частотой 251, несущую информацию о механических напряжениях и в оздушном полюсном зазоре. Полосовой фильтр В настроен на пропускание сигнала с частотой 251. Поэтому показания измерительного прибора 9 пропорциональны амплитуде модуляции пер&4еиного ма1 нитного потока Ф и содержат информацию об измеряемых механических напряжениях. . Ыфорь ция о возд пшном зазоре являющаяся помехой, исключается из похазайий прибора 9 с йомощью цепи обратной связи, работак1щей следующим образом. Сигнал обратной связи, пропорцио- нальный воздушному зазору, формируется на выходе разностного усилителя 10 в виде постоянной составляю Щей. Она получена вычитанием из входного сигнала полосового фильтре В, содержащего постоянную и переменную составляющие, выходного сигн ла полосового фильтра 8, содержащег лишь переменную составляющую. Сформированный сигнал обратной связи проходит через сглаживакиций фильтр 11 для устранения содержащих Б нем высших гармоник основной част ты SZ , порожденных нелинейностью свойств контролируемого магнитного материала 16, проявляющуюся при . повороте магнитопровода 1. Затем сигнал поступает в корректирующий блок 12 нелинейности. Передаточная функция блока 12 подбирается экспериментально при настройке устрой ства в зависимости от свойств контролируемого материала, После корректирующего блока 12 не11инейности сигнал поступает в блок 13 корректирующего питания, который в соответствии с поступившим сигналом задает ток в корректирующей обмотке 14. При правильно подобранной передаточной функции корректирующего блока 12 нелинейности изменения тока питания обмотк 14 компенсируют изменения магнитного потока Ф, вызванные изменением воздушного зазора между полюсами ма нитопровода 1 и контролируемым материалом 16. . Для уменьшения отрицательного влияния запаздываний сигнала в электрических и магнитных цепях устройств служит дифференцирующий усилитель 13. Он вырабатьшает сигнал, пропорциональный скорости изменения воздушного зазора, который в необхо- димом масштабе поступает на второй вход блока 13 корректирующего питания. Этим обеспечиваются необходимая динамическая точность работы обратной связи, обрабатьюающей меняющийся воздушный зазор. На фиг.2 приведены графики зависимости выходного напряжения демо- . дулятора 7 от угла поворота магнитопровода I, иллюстрирующие эффективность цепи обратной связи. Они получены на макете предлагаемого устройства, установленного на образце судостроительной стали 09Г2, 1)астянутого с относительной деформацией 0,0175%. График 1 получен при отсутствии воздушного зазора между полюсами магнитопровода и материала 16, а также при отсутствии обратной связи. График 2 получен при воздушном зазоре 1,2 мм и отсутствии обратной связи. Кривая 3 получена при воздушном зазоре 1,2 мм и введенной обратной связи. Из сопоставления графиков 1 - 3 видно, что обратная связь значительно снижает влияние воздушных зазоров, чем сз ественио повьш1ается точность результатов измерений, полученных с помощью предлагаемого описанного устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЛШНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащее П-образный магнитопровод, возбуждающую обмотку, размещенную на магнитопроводе, электродвигателе, кинематически связанный с магнитопроводом, комбинированный источник питания, соединенный первым выходом с злектро двигателем, а вторьм -. с возбуждающей обмоткой, измерительную обмотку. размещенную на магнитопроводе, и последовательно соединенные демодулятор, полосовой фильтр и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, оно снабжено интегрирующим усилителем, соединенным входом с измерительной обмоткой, а выходом - со входом демодулятора, цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных разностного усилителя, один вход которого соединен с выходом демодулятора, а другой с выходом полосового фильтра, сглаживающего фильтра, корректирунйцего блока нелинейности, блока коррек в тирукхцего питания, который подключен одним входом к второму выходу комбинированного источника питания, и корректирующей обмотки, размещен ной на магнитопроводе, и дифференцирующим усилителем, сдединен1|ым своим входом с вторым выходом сглаживающего фильтра, а выходом - с СЛ вторым входом блока корректирующе00 го питания. 00 ел 00