Устройство для магнитошумовой структуроскопии поверхностно упрочненных слоев ферромагнитных материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля поверхностной структуры и поверхност ньгх механических напряжений в ферромагнитных материалах, подвергнутых упрочняющей обработке.

Цель изобретения - обеспечение возможности послойного анализа поверхности изделия.

На чертГ se приведена блок-схема устройства для магнитошумовой струк- туроскопии.

Преобразователь устройства состоит

шума, регистрируемого преобразователем, может быть описан выражением

)

-2/г.

oi

где

(Z)

- зависимость интенсивнос10

ти шума от глубины залегания слоя;

р - плотность скачков Баркга- узена;

ZQ- глубина информативного слоя.

Можно записать, что (yJ- ), тогда это выражение есть преобразование

Лапласа,а зависимость F (Z) -его оригинал, подлежащий определению. В первом из Ф-образного магнитопровода 1, боко- - приближении глубина информативного

слоя обратно пропорциональна частоте анализа:

вые стержни которого разомкнуты, а намагничивающая обмотка 2 размещена на среднем стержне. Зазоры в боковых стержнях замыкаются эталонным 3 и испытуемым 4 образцами. Эталонный образец 3 установлен с возможностью изменения зазора в магнитной цепи. С образцами 3 и 4 индуктивно связаны измерительные катушки 5 и 6 соответственно, подключенные к входам широкополосных усилителей 7 и 8.

Система обратной связи устройства состоит из двух фильтров 9 и 10 высоких частот, подключенных к входам дифференциального усилителя 11, на выходе которого установлен исполнительный механизм 12, изменяющий зазор в магнитной цепи эталонного образца 3 и одного из боковых стержней магнитопровода 1 .

Цепь обработки и индикации устройства состоит из переключателя 13, панорамного анализатора 14 спектра с плавно изменяющейся частотой анализа, имеющего автономное запоминающее устройство для запоминания спектра эталонного образца и блок сравнения спектров эталонного и испытуемого образцов (например, анализатор фирмы Брюль и керр, модель 4301).

Через аналого-цифровой преобразователь 15 анализатор 14 соединен с микропроцессором 16, запрограммированным на обратное преобразование Лапласа,оригинал которого воспроизводится индикатором 17, выполненным в виде дисплея или графопостроителя.

Принцып работы устройства основан на следующей физической модели.

При регистрации шума Баркгаузена накладным преобразователем вклад различных слоев, лежащих на глубине Z от поверхности, в общую интенсивность

20

23

30

33

40

45

50

55

0

1

Kto

Таким образом, изменяя в процессе перемагничивания контролируемого и эталонного образцов частоту анализа, измеряя зависимость V (К,,) V()

(К„) V(- для обоих образцов раздельно и вычиспо известным правилам оригинал

для

ляя

преобразования Лапласа, (Z) , Ьбоих образцов или для их разностных спектров, получают зависимость, по которой судят о распределении интенсивности шума по глубине.

Устройство работает следующим образом.

С помощью намагничивающей обмотки 2 возбуждают в магнитной цепи переменный магнитньй поток, в результате чего в эталонном 3 и испытуемом 4 образцах возникает шум Баркгаузена, регистрируемый катушками 5 и 6. Последующий процесс послойного анализа основан на допущении, что распределение магнитной индукции в эталонном и ; испытуемом образцах примерно одинаковое ,

В данном устройстве наряду с применением Ф-образного магнитопровода этому способствует использование системы обратной связи, позволяющей изменять магнитный поток в цепи эталонного образца, регулируя зазор. Такая система необходима из-за неточностей в установке испытуемого образца 4 или небольшого отклонения его магнитных свойств от номинальных. С помощью фильтров 9 и 10 выделяется низкочастотная (на частоте перемагничивания) составляющая ЭДС в обмотке регистрации, величина которой зависит от иншума, регистрируемого преобразователем, может быть описан выражением

)

-2/г.

oi

где

(Z)

- зависимость интенсивнос

ти шума от глубины залегания слоя;

р - плотность скачков Баркга- узена;

ZQ- глубина информативного слоя.

Можно записать, что (yJ- ), тогда это выражение есть преобразование

но пропор

0

1

Kto

Таким образом, изменяя в процессе перемагничивания контролируемого и эталонного образцов частоту анализа, измеряя зависимость V (К,,) V()

(К„) V(- для обоих образцов раздельно и вычиспо известным правилам оригинал

для

ляя

преобразования Лапласа, (Z) , Ьбоих образцов или для их разностных спектров, получают зависимость, по которой судят о распределении интенсивности шума по глубине.

Устройство работает следующим образом.

С помощью намагничивающей обмотки 2 возбуждают в магнитной цепи переменный магнитньй поток, в результате чего в эталонном 3 и испытуемом 4 образцах возникает шум Баркгаузена, регистрируемый катушками 5 и 6. Последующий процесс послойного анализа основан на допущении, что распределение магнитной индукции в эталонном и ; испытуемом образцах примерно одинаковое ,

В данном устройстве наряду с применением Ф-образного магнитопровода этому способствует использование системы обратной связи, позволяющей изменять магнитный поток в цепи эталонного образца, регулируя зазор. Такая система необходима из-за неточностей в установке испытуемого образца 4 или небольшого отклонения его магнитных свойств от номинальных. С помощью фильтров 9 и 10 выделяется низкочастотная (на частоте перемагничивания) составляющая ЭДС в обмотке регистрации, величина которой зависит от ин3

дукции в образцах 3 и 4 и подается на усилитель 11 и далее на механизм 1

Принцип работы системы обратной связи основан на автоматическом измнении величины зозора в цепи зталон, ного образца для обеспечения равенства индукций в зталонном и испытуемо образцах. Вначале на анализатор 14 через переключатель 13 подается шумовой сигнал, считываемый с эталонного образца 3. Изменяя плавно частоту анализа, анализатор измеряет и удерживает в автономном запоминающе устройстве распределение интенсивности (спектр) этого шумового сигнала по частоте в указанном вьше диапазоне частот. Затем переключателем 13 вводят в анализатор шумовой сигнал, считываемый с испытуемого образца.

Изменяя частоту анализа в том же диапазоне, анализатор измеряет распределение интенсивности тупа в испытуемом образце, которое сравнивается с распределением интенсивности шума эталонного образца. Далее эти спектры один из другого вычитаются и разностный спектр через аналого-цифровой преобразователь 15 вводится в цифровом коде в микропроцессор 16, где производится вычисление обратного преобразования Лапласа, которое в виде функциональной зависимости индицируется на дисплее или индикаторе 17.

/

Формула изобретения

Устройство для магнитошумовой структуроскопии поверхностно упрочненных слоев ферромагнитных материа лов, содержащее Ф-образньш магнйто- провод с обмоткой намагничивания на среднем стержне и зазорами в боковых стержнях для установки контролируемого изделия и эталонного образца, две параллельные электрические цепочки, каждая из которых включает последовательно соединенные измерительную катушку и широкополосный усили5 тель, подключенный к выходам широкополосных усилителей анализатор спектра, и индикатор, о тличающее- с я тем, что, с целью обеспечения возможности послойного анализа поверхности изделия, оно снабжено последовательно соединенными аналого-цифро- вым преобразователем и микропроцессором, реализующим программу вычисле- ния обратного преобразования Лапласа, включенным между анализатором спектра и индикатором, последовательно соединенным фильтром высоких частот, дифференциальным усилителем и исполнительным механизмом перемещения эта0 лонного образца, подключенными к выходу первого широкополосного усилителя, и вторым фильтром высоких частот, включенным между выходом второго широкополосного уЬилителя и вторым входом дифференциального усилителя.

0

5

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля поверхностной структуры и поверхностных механических напряжений в ферромагнитных материалах, подвергнутых упрочняющей обработке. Цель изобретения - обеспечение послойного анализа поверхности изделия. Устройство для магнитошумсвой структуроскопии содержит Ф-образньш магнитопровод с обмоткой намагничивания на среднем стержне и зазорами в боковых стержнях, предназначенными для установки контролируемого изделия и эталонного образца, и электрическую схему, включающую подключенные к измерительным катушкам широкополосные усилители, поочередно подключаемые переключателем к измерительному каналу, состоящему из последовательно соединенных панорамного анализатора спектра, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора и индикатора. А также цепь обратной связи, выполненную в виде двух (}и1льтров, подключенных к выходам широкополосных усилителей, подключенного к выходам фильтров дифференциального усилителя и исполнительного механизма. Принцип работы стстемы обратной связи основан на автоматическом изменении величины зазора в цепи эталонного образца для обеспечения равенства индукций в эталонном ииспытуемом образцах. I ил. i СЛ С