Устройство для контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано для неразрушающего контроля физико-механических свойств, например твердости, ферромагнитных изделий электромагнитно-акустическим способом.

Цель изобретения - повышение надежности контроля физико-механических свойств ферромагнитных изделий за счет использования в качестве информативного параметра числа импульсов с частотой следования, прямо пропорциональной амплитуде резонансного сигнала.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 постоянного магнитного поля, контролируемое изделие 2, генератор 3 качающейся частоты, излучающий электромагнитно-акустический преобразователь f., приемный электромагнитно- акустический преобразователь 5, амплитудный детектор 6, ключи 7 и 8, пиковый вольтметр 9, делитель 10 напряжения с коэффициентом деления m const, преобразователь 11 напряжение - частота с коэффициентом преобразования Кц const, блок 12 сравнения, логический элемент И 13, счетчик 14. При этом излучающий преобразователь 4 подключен к выходу генератора 3, приемный преобразователь 5

подключен к входу амплитудного детек- 35 Сигнал Up поступает на вход делителя

тора- 6, выход которого соединен со входами ключей 7 и 8, ключ 7 подключен к последовательно соединенным пиковому вольтметру 9, преобразователю 11 напряжение - частота, элементу И 13 и счетчику 14, ключ 8 подключен к блоку 12 сравнения, выход которого соединен с вторым входом элемента И 13, делитель 10 напряжения включен между выходом пикового вольтметра 9 и вторьм входом блока 12 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемое изделие 2 помещают в магнитное поле, создаваемое источником 1. Цикл контроля включает два этапа - подготовительный и основной. На подготовительном этапе ключ 7 замкнут, а ключ 8 разомкнут. Катушка возбуждения преобразователя 4 запиты- вается высокочастотным током от генератора 3, причем частота возбуждения f линейно во времени t изменяется в

40

10. Посредством делителя 10 формируется плавающий пороговый уровень Ug Up/m с постоянным коэффициентом деления m (целесообразно, чтобы m й2, так как при этом для практически возможных значений отношения сигнал - шум Up /Uq,gj 2 исключается влияние электромагнитного фона на форму огибающей U(t) при значениях

и, превьш1ающих пороговый уровень, и, следовательно, исключается влияние электромагнитного фона на полосу пропускания uF резонансной системы на уровне U Up/m). Сигнал порого50 вого уровня UQ Up/m поступает на второй вход блока 12 сравнения (в подготовительном этапе блок 12 не работает, так как ключ 8 разомкнут, и на первый вход блока 12 не посту55 пает сигнал U(t), подлежащий сравнению с Uo Up/m), Сигнал lip поступает также на вход преобразователя 11 напряжение - частота, в результате чего в течение всего дальнейшего цикла

885872

диапазоне от , до f внутри которого лежат резонансные частоты f. контролируемого изделия. Б результате взаимодействия переменного поля ка- 5 тушки преобразователя 4 и постоянного магнитного поля источника 1 с материалом изделия 2 в изделии возбуждаются акустические колебания за счет динамической магнитострикции. О Частота этих колебаний совпадает с частотой возбуждения f и изменяется во времени t по линейному закону f Kjt (K const). С помощью при15

20

25

емной катушки преобразователя 5, регистрирующей электромагнитное поле акустических колебаний, осуществляется преобразование этих колебаний в электрический сигнал, представляющий собою набор колебаний амплитудами и, который поступает на детектор 6. В результате детектирования на выходе амплитудного детектора 6 формируется сигнал огибающей U(t), который через замкнутый ключ 7 поступает на вход пикового вольтметра 9 с памятью. Вольтметром 9 регистрируется максимальное значение огибающей L ,

30

jp, отвечающее моменту совпадения частоты возбуждения с резонансной частотой fp, и осуществляется запоминание значения Lp, в результате чего сигнал Up имеет место на выходе вольтметра 9 на протяжении всего дальнейшего цикла работы устройства.

35 Сигнал Up поступает на вход делителя

40

10. Посредством делителя 10 формируется плавающий пороговый уровень Ug Up/m с постоянным коэффициентом деления m (целесообразно, чтобы m й2, так как при этом для практически возможных значений отношения сигнал - шум Up /Uq,gj 2 исключается влияние электромагнитного фона на форму огибающей U(t) при значениях

и, превьш1ающих пороговый уровень, и, следовательно, исключается влияние электромагнитного фона на полосу пропускания uF резонансной системы на уровне U Up/m). Сигнал порого50 вого уровня UQ Up/m поступает на второй вход блока 12 сравнения (в подготовительном этапе блок 12 не работает, так как ключ 8 разомкнут, и на первый вход блока 12 не посту55 пает сигнал U(t), подлежащий сравнению с Uo Up/m), Сигнал lip поступает также на вход преобразователя 11 напряжение - частота, в результате чего в течение всего дальнейшего цикла

измерения преобразователь 11 непрерывно вырабатывает импульсы с частотой следования ц при коэффициенте преобразования К, const, которые поступают на первый вход логического элемента И 13. Однако во время первого такта работы устройства элемент И 13 заперт из-за отсутствия сигнала на втором его входе, так как блок 12, обеспечивающий управляющий сигнал по этому входу, в течение первого такта не работает. Ввиду этого импульсы с частотой следования f.j от преобразователя 11 не

ляет

N - f - - 1. л г - f ufpIJp ,.-:. т Ь„ Л1 - -;- --

К

k,Q

fO

Это число N определяется отношением UP/Q, которое пропорционально квадрату обратимой магнитострикционной

ч

восприимчивости (,-х й) коррелируюd Н

щей с физико-механическими свойствам изделия, и не зависит от влияния дем пфирующих факторов в измерительной i позиции. После считывания значения N с индикатора счетчика 14 размыкают ключ 8, и цикл измерений повторяется

поступают на счетчик 14 в первом для другого изделия. По результатам

те. По окончании изменения частоты

возбуждения от f, до

тельный этап работы устройства завершается. На основном этапе ключ 7 размыкают, а ключ 8 замыкают. В ходе повторного изменения частоты возбуж- дения от f до .сигнал огибающей U(t) с выхода детектора 6 поступает на первый вход блока 12 сравнения, на втором входе которого уже имеется сигнал плавающего порогового уровня UQ Up/т, сформированный на подготовительном этапе. Блок 12 сравнения формирует импульс длительностью €ц, пропорциональной полосе

пропускания uF (г,) 1 Р

Q « о

зонансной системы (изделия 2) с акустической добротностью Q на уровне U. определяется по выражению uF ff

25

Формула изобретен

Причем 1

Ki К Q

V1.

Импульс длительностью о поступает с выхода блока 12 на второй вход логического элемента И 13, на первый 40 вход которого в течение всего второго такта от преобразователя 11 напряжение - частота непрерывно поступают импульсы с частотой следования

Устройство для контроля физик механических свойств ферромагнит 30 изделий, содержащее последовател соединенные генератор качающейся тоты и излучающий электромагнитн акустический преобразователь, по довательно соединенные приемный тромагнитно-акустический преобра тель и амплитудный детектор, пик вольтметр, блок сравнения, счетч источник постоянного магнитного

35

отличающееся тем, чт целью повышения надежности контр оно снабжено первым и вторым клю включенными между выходом амплит го детектора и входами соответст пикового вольтметра и блока срав

KyUp, прямо пропорциональной значе- делителем напряжения, включенным

нию и

9 и

J., запомненному вольтметром процессе подготовительного этапа. В результате этого логический элемент И 13 открывается на время Ту для про- хождения импульсов с частотой следо- п вания fц из вход счетчика 14. Счетчик 14 осуществляет подсчет чис- . ла N этих импульсов, которое составмежду выходом пикового вольтметра вторым входом блока сравнения, по довательно соединенными преобразо лем напряжение - частота и логиче элементом И, включенными между вт выходом пикового вольтметра и вхо счетчика, второй вход элемента И ;динен с выходом блока сравнения.

ляет

N - f - - 1. л г - f ufpIJp ,.-:. т Ь„ Л1 - -;- --

К

k,Q

Это число N определяется отношением UP/Q, которое пропорционально квадрату обратимой магнитострикционной

ч

восприимчивости (,-х й) коррелируюd Н

щей с физико-механическими свойствами изделия, и не зависит от влияния демпфирующих факторов в измерительной i позиции. После считывания значения N с индикатора счетчика 14 размыкают ключ 8, и цикл измерений повторяется

измерения N на эталонной партии Изделий с известной твердостью строят калибровочный график корреляционной зависимости между N и твердостью. Сопоставляя с калибровочным графиком результаты измерений информативного параметра N на изделиях, подлежащих контролю, определяют результат контроля.

Формула изобретения

Устройство для контроля физико- механических свойств ферромагнитных изделий, содержащее последовательно соединенные генератор качающейся частоты и излучающий электромагнитно- акустический преобразователь, последовательно соединенные приемный электромагнитно-акустический преобразователь и амплитудный детектор, пиковый вольтметр, блок сравнения, счетчик и источник постоянного магнитного поля.

отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, оно снабжено первым и вторым ключами, включенными между выходом амплитудного детектора и входами соответственно пикового вольтметра и блока сравнения,

делителем напряжения, включенным

п . между выходом пикового вольтметра и вторым входом блока сравнения, последовательно соединенными преобразователем напряжение - частота и логическим элементом И, включенными между вторым выходом пикового вольтметра и входом счетчика, второй вход элемента И сое- ;динен с выходом блока сравнения.

Редактор О.Бугир

Составитель В.Филинов;

Техред И.Попович Корректор С.Шекмар

Заказ 7801/42 Тираж 799Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Изобретение относится к неразрушающему контролю физико-механических свойств ферромагнитных изделий ЭМА методом. Целью изобретения явля- ется повьшение надежности контроля изделий с повышенной твердостью. В качестве информативного параметра используется число пересечений несу-. щей частоты сигнала возбуждения с относительным уровнем селекции. Для этого в устройстве используются последовательно соединенные генератор качающейся частоты и излучающий ЭМА преобразователь, последовательно соединенные приемный ЭМП преобразователь и амплитудный детектор, пиковый вольтметр значения огибающей, блок сравнения, счетчик, источник постоянного магнитного поля, дели- тель напряжения, преобразователь напряжение - частота, логический элемент И и два ключа, входы которых : соединены с выходом детектора.Причем выход первого ключа подключен к входу пикового вольтметра, выход которого соединен с входами делителя и преобразователя напряжение - частота. Первый и второй входы блока сравнения связаны соответственно с выходами делителя и второго ключа. Первый и второй входы элемента И связаны соответственно с выходами преобразователя напряжение-частота и бло- ка сравнения. Выход логического элемента И подключен к входу счетчика. Число N пересечений несущей частоты сигнала возбуждения с относительным уровнем селекции, получаемое в счетчике, пропорционально квадрату обратимой магнитострикционной восприимчивости, коррелирующей с физико-механическими свойствами изделий,и не зависит от влияния демпфирующих факторов. 1 ил. о б W К5 00 00 СП 00