Многопараметровый магнитный структуроскоп Советский патент 1985 года по МПК G01N27/90 

ч Изобретение относится к средствам электромагнитного неразрушающег контроля ферромагнитньгх материалов и может быть использовано для контр ля структурно-механических характеристик сталей и стальных изделий. Целью изобретения является повыш ние производительности. На чертеже представлена блок-схе ма многопараметрового магнитного структуроскопа. Структуроскоп содержит соединенные последовательно генератор 1, усилитель 2 мощности, намагничивающую обмотку 3 и резистор 4. Структу роскоп содержит также магнитопровод 5, две измерительные обмотки 6 и 7, установленные совместно с намагничивающей обмоткой 3 на магнитопроводе 5, соединенные последовательно коммутатор 8, регулируемый усилител 9, аналоговый ключ 10, аналоговый ключ П, интегратор 12, аналого-циф ровой преобразователь 13 и интерфейс 14. Устройство содержит также соединенные последовательно фильтр 15, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя 9, амплитуд ный детектор 16 и третий аналоговый ключ 17, выход которого подключен ко входу аналогового ключа 11, соединенные последовательно амплитудньй селектор 18, вход которого подключен к выходу регулируемого усили теля 9, схему 19 И и счетчик 20, (ВЫХОД каждого подключен к интерфейсу 14, соединенные последовательно схему 21 сравнения кодов, подключе ную к генератору 1, и формирователь 22 строба, выход которого подключен ко входам аналогового ключа 11 и схемы 19 И, инвертор 23, вход которого объединен со входами управлени коммутатора 8 и аналогового ключа 10 и подключен к интерфейсу 14, а вьпсод - ко входу управления аналого вого ключа 17 и схемы 19 И. В состав .устройства входит также регистратор 24, вход которого объединен со входами управления генератора 1, схемы 21 сравнения кодов, регулируе мого усилителя 9, фильтра 15 и амплитудного селектора 18 и подключен к интерфейсу 14, процессор 25, постоянная память 26 и оперативная память 27, объединенные шинами управления, адреса и данных с интерфейсом 14, 745 . Структуроскоп работает следующим образом. В приборе имеется канал измерения напряжения Ugp;, пропорционального магнитной индукции в контролируемом образце в заданной точке динамической петли гистерезиса, или напряжения Ugj, прйпордионального магнитной индукции для статической петли гистерезиса. Этот канал содержит первый аналоговый ключ 11, интегратор 12 и аналого-цифровой преобразователь 13. Кроме того, прибор имеет канал измерения среднего значения напряжения ЭДС от магнитных шумов (напряжения Uiu:).. Этот канал состоит из фильтра 15, амплитудного детектора 16, третьего аналогового ключа 17 и упомянутых аналогового ключа 11, интегратора 12 и аналого-цифрового преобразователя 13. В приборе имеется также канал измерения числа импульсов ЭДС от скачков Баркгаузена в заданной окрестности выбранной точки петли, гистерезиса.В этот канал входят амплитудный селектор 18, схема 19 И и счетчик 20. В постоянной памяти 26 хранится программа контроля конкретного вида изделий или материала, которая включает в себя две подпрограммы: подпрограмму измерений магнитных характеристик и подпрограмму вычисления контролируемых с труктурно-механических характеристик металла. Подпрограмма измерений предусматривает измерение нескольких значений напряжения, пропорционального индукции в заданных точках динамической петли гистерезиса URP. . .UjDr нескольких значений напряжения, пропорционального индукции в точках статической петли гистерезиса нескольких значений среднего напряжения шумаЦк;,.. определенных точ-;; ках петли гистерезиса при заданных комгбинациях параметров режима перемагничивания (частоты и амплитуды тока) ирежима измерения (длительности строба, границ полосы пропускания фипьтра 15); нескольких значений количества импульсов напряжения от скачков Баркгаузена в выбранных точках петли гистерезиса при заданных сочетаниях параметров режима перемагничивания (частоты и амплитуды тока и режима изме3рения (длительности строба и порога амплитудной селекции). При всех измерениях задается значение коэффициента усиления регулируемого усилителя 9. Количество измеряемых величин R, 1, т, пи уелоВИЯ измерения каждой из них определяются на этапе предварительных экспериментальных исследований Контроль ных образцов с целью отбора наиболее информативных факторных признаков для оптимальной математической мо-. дели-контроля. Во время вьшолнения измерений процессор 25 работает как контроллер намагничивающего и измерительного трактов структуроскопа. Перед измерением параметров динамической петли гистерезиса ( напряжений Ugjj) процессор 25 формирует на выходных шинах интерфейса 14 коды частоты и амплитуды намагничивающего тока (для генератора 1 ступенчато-пилообразного тока), код коэффициента усиления регулируемого усилителя 9, коды начала и конца строба (для схемы 2 сравнения кодов и вырабатьюает уровень логической единицы на управляющих входах коммутатора 8 и второго аналогового ключа 10. При этом коммутатор 8 обеспечивает согласованное включение измерительных обмоток 7 и 6, аналоговый ключ 10 открьшает канал измерения напряже ния Ujp. Схема 21 сравнивает текущие значения поступающего из генератора 1 кода намагничивающего тока с кодам начала и конца строба, и на выходе формирователя 22 вырабатьтается стробирующий импульс, начало которого соответствует выбранной точке пе ли гистерезиса, а длительность равна половине периода намагничивающего тока. В течение строба аналоговый ключ 11 пропускает напряжение с измерительных обмоток на интегратор 12. К концу строба на выходе интег- ратора 12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное измеря емой индукции в заданной точке петл гистерезиса. Это напряжение преобра зуется в цифровой код, который через интерфейс 14 передается по щине данных в оперативную память 27 и фик сируется в одной из его ячеек. Операция измерения наЬряжения Ugj) повт ряется k раз при всех предусмотренных программой сочетаниях частоты 45-k и амплитуды тока и координат точек петли гистерезиса. При измерении параметров статической петли гистерезиса (.напряжения Ugj) непрерьшный периодический режим генератора 1 выключается. Значения намагничивающего тока в намагничивающей обмотке 3 задаются процессором 25 путем вьщачи по выходным шинам интерфейса 14 соответствующего кода на вход генератора 1, причем намагничивающий ток изменяется скачкообразно . Перед измерением напряжения Ugj процессор 25 формирует на выходных шинах код амплитуды намагничивающего тока (.для генератора 1JI , код коэффициента усиления регулируемого усилителя 9, код начала строба (для схемы 21 сравнения кодов и вырабатьшает уровень логической единицы на управляющих входах коммутатора 8 и второго аналогового ключа 10. Затем процессор 25 с интервалами 1 выдает на вход генератора 1 заданное число раз (около 10) поочередно коды координат крайних точек петли гистерезиса, при этом в намагничиваклцей обмотке 3 происходит скачкообразное изменение тока от максимального отрицательного до максимального положительного, значения и обратно, после чего контролируемое изделие остается намагниченным до насыщения. После этого процессор 25 вьщает.в генератор 1 код заданной точки петли гистерезиса, при этом в обмотке 3 устанавливается намагничивающий ток, соответствующий этой точке, а схема 21 сравнения кодов и формирователь 22 строба вырабатьшают перепад потенциала., отпирающий первый аналоговый ключ 11. Высокий уровень напряжения на выходе формирователя 22 выдерживается в течение заданного программой времени (.около 0,5 с), К концу этого интервала на выходе интегратора 12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное измеряемой индукции статической петли . гистерезиса в данной точке. Это напряжение преобразуется в цифровой код и через интерфейс 14 передается по шине данных в одну из ячеек оперативной памяти 27. Операция измерения напряжения повторяется в I раз во всех предусмотренных программой точках.

Перед измерением среднего значения напряжения шума U, процессор 25 формирует на выходных шинах интер фейса 14 коды частоты и амплитуды намагничивающего тока (для генератора 1), код коэффициента усиления регулируемого усилителя.9, коды начала и конца строба (для схемы 21 сравнения кодов), код йомера полосы частот настройки фильтра 15 и вырабатьшает уровень логического нуля н управляюших входах коммутатора 8 и аналогового ключа 17 и входе инвертора 29. При этом коммутатор 8 обеспечивает встречное включение измерительных обмоток 7 и 6, что необходимо для компенсации регулярной составляющей и выделения шумовой сотавляющей ЭДС, наводимой в этих обмотках. Кроме того, второй аналоговый ключ 10 закрывается, а третий ключ 17 открьгоается. Схема 21 сравнивает поступающие из генератора 1 текущие значения кода намагничивающего тока с кодами начала и конца строба, и на выходе формирователя 22 вырабатьшается стробирующий импульс, середина которого соответствует выбранной точке петли гистерезиса, а длительность - заданной окрестности этой точки. В течение строба аналоговый ключ 11 пропускает выпрямленное напряжение ЭДС от скачков Баркгаузена в спектральном диапазоне, определяемом полосой пропускания фильтра 15. К концу строба на выходе интегратора 12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное спектральной плотности напряжения от магнитных шумов в заданных точках петли гистерезиса и частотного диапазона. Это напряжение преобразуется в цифровой код и через интерфейс 14 передается по шине данных в оперативную память 27, где фиксируется в одной из ее ячеек. Операция измерения напряжения Um повторяется m раз при всех предусмотренных прбграммой конроля сочетаниях частоты и амплитуды намагничивающего тока, координат точек петли гистерезиса и точек частотного диапазона.

Перед измерением количества импульсов ЭДС от скачков Баркгаузена

cs процессор 25 формирует те же сигналы и коды, что и перед измере нием напряжения шума , за исключением кода номера полосы час-тот фильтра 15, кроме того, процессор 25 вьщает на выходные шины интерфейса 14 код порога амплитудной селекции для амплитудного селектора 18. При этом выходное напряжение инвертора 23 под. готавливает к работе схему И 19. Схема 21 сравнения кодов и формирователь 22 вырабатьшают импульс строба, временное положение и длительность которого соответствуют выбранной точке петли гистерезиса и заданной ее окрестности. За время этого строба схема И 19 пропустит на счетчик 20 все импульсы ЭДС от скачков намагниченности, напряжение которых превьш1ает установленный в амплитудном селекторе 18 порог срабатьюания. Накопленное в счетчике 20 число N передается через интерфейс 14 в одну

5 из ячеек оперативной памяти 27. Операция измерения величины повторяется п раз для всех заданных программой контроля сочетаний частоты и амплитуды намагничивающего тока

0 и координат точек петли гистерезиса. После проведения заданного колигчества циклов измерения значений ер , Ug5 , Уц,, Nf. процессор 25 реали зует подпрограмму расчета контроли5 РУемых характеристик изделия Y,... Yj,,no регрессионным соотношениям, (1айденным на этапе исследований, например, вида

40

Ус

1 ;

1.1

1,

где х - результаты измерения величин Ugp , Ugs , Uy, Nj.g

a; , ajj-коэффициенты, определяемые при построении многопараметровой математической модели контроля;

общее число отобранных для контроля магнитных характеристик Ugjj , Ugs , Um, Вычисленные процессором 25 контролируемые характеристики Yj(.., 2) передаются через интерфейс 14 в регистратор 24.

МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ МАГНИТНЫЙ СТРУКТУРОСКОП, содержащий последовательно соединенные генератор, усилитель мощности, намагничивающую обмотку и резистор, а также магнито- провод, две измерительные обмотки, установленные совместно с намагничивающей обмоткой на магнитопроводе, соединенные последовательно регулируемый усилитель, фильтр и амплитудHbrit детектор, соединенные последовательно аналоговый ключ, интегратор аналого-цифровой преобразователь и интерфейс, соединенные последовательно амплитудный селектор, подключенный к выходу регулируемого усилителя, схему И и счетчик, выход которого подключен к интерфейсу, соединенные последовательно схему сравнения кодов, подключенную к генератору, и формирователь, выход которого подключен к входам управления первого аналогового ключа и схемы И, регистратор, входы которого объединены с входами управления генератора, схемы сравнения кодов, регулируемого усилителя, фипьтра и амплитудного селектора и подключены к интерфейсу, процессор, постоянную память и oneративную память, объединенные через шины управления, адреса и данных с интерфейсами, отличающийс я тем, что, с целью повьшения производительности, он снабжен коммутатором, включенным между измерительными обмотками и регулируемым усилителем, вторым аналоговым клюtC чом, включенным между выходом регулируемого усилителя и входом первого аналогового ключа, третьим аналого вым ключом, включенным между выходом 4i СП амплитудного детектора и входом первого аналогового ключа, и инвертором, вход которого объединен с входами управления коммутатора и второго аналогового ключа и подключен к интерфейсу, а выход - к третьему входу схемы И и входу управления третьего аналогового ключа.