Устройство для неразрушающего контроля качества ферромагнитных материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к контрольно-измерительной -технике и может быт использовано для неразрушающего контроля качества ферромагнитных материалов и сплавов на предприятиях маши- ностроительной и авиационной промышленности.

Цель изобретения - повышение точности контроля качества ферромагнит- ных материалов путем отстройки от влияния на результат контроля поверхностных слоев контролируемого материала.

На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - зависимость спектральной плотности мощности g(w) от амплитуды перемагничивающего поля; на фиг, 3 - спектры шумов Баркгаузена g, b(w), соответствующие различным частотам перемагничивания.

Устройство содержит генератор 1 тока низкой частоты F, последовательно соединенные сумматор 2, усилитель 3 мощности, питающий обмотку 4 перемагничивания магнитошз ового преобразователя 5, установленного на :контролируемом материале 6, последовательно соединенные измерительную катушку 7 преобразователя 5, селек- тивный усилитель 8, квадратичный детектор 9 и индикатор 10, последовательно соединенные обмотку 11 регистрации гармоники поля перемагничивания, размещенную на магнитопроводе

12преобразователя, полосовой фильтр

13и дифференциальный усилитель 14, подключенные к входу сумматора 2, последовательно соединенные пиковый детектор 15 и блок 16 сравнения, включенные между выходом -генератора

1 и управляющим входом усилителя 14, второй пиковыЛ детектор 17, включенный между выходом усилителя 14 и вторым входом блока 16 сравнения,

Устройство работает следующим образом.

Сигнал низкой частоты F, лежащей в диапазоне от 30 Гц до 500 Гц, поступает с генератора 1 через сумма- тор 2 и усилитель 3 мощности на обмотку 4 перемагничивания контролируемого участка материала 6, заключенного между полюсами магнитопровода 12. В нем возникают скачки Баркгау- зена, которые регистрируются измерительной кат-ушкой 7 и поступают на вход селективного усилителя 8, С выхода селективного усилителя скачки

поступают на квадратичный детектор 9 и регистрируются индикатором 10, Наибольший вклад в спектр шумов Барк гаузена дают скачки, происходящие в самых верхних слоях контролируемого материала 6, что приводит к низкой точности контроля, так как верхние слои не отражают состояние контролируемого материала 6 ввиду различных неучтенных факторов при механо- и термообработке. Для уменьшения влияния поверхностных слоев обмоткой 11 регистрируют ЭДС гармоник поля перемагничивания и выделяют полосовым фильтром 13 (2k+l) гармонику сигнала генератора 1 тока низкой частоты, С выхода полосового фильтра 13 сигнал усиливается усилителем 14 с регулируемым коэффициентом усиления и через сумматор 2 и усилитель 3 мощности поступает на обмотку 4 магнито- шумового преобразователя 5, Таким образом, на контролируемый материал 6 дополнительно воздействуют синфазным полем высокой частоты, кратной частоте F генератора 1, Поле дополнительного воздействия быстрее затухает по глубине образца, чем поле, создаваемое генератором 1 низкой частоты.

Вследствие того, что эффект Барк- гаузена резко уменьшается при уменьшении амплитуды перемагничивающего поля HO и .практически полностью исчезает при HO (см, кривую 18 фиг, 2), то динамика нeoбpaтимьix процессов в верхних слоях контролируемого материала 6 определяется частотой дополнительного воздействия, что приводит к формированию спектра 19 (фиг, 3), а динамика необратимых процессов в нижних (контролируемых) слоях материала 6 определяется полем низкой частоты F, что приводит к формированию спектра 20 (фиг, 3),

Установлено, что характерная частота низкочастотного сигнала равна (50 - 100)F, поэтому на выход селективного усилителя 8, настроенного на частоту, лежащую в диапазоне 10F-200F, поступают шумы Баркгаузе- на gu(w), обусловленные необратимы- ми процессами, происходящими только в нижних контролируемых слоях материала 6, В указанном диапазоне спектральная плотность мощности gb(w), создаваемая скачками намагниченности происходящими в дефектных поверхностных слоях, ничтожно мала, так как в

соответствии с зависимостью 19 (фиг. 3) gb(w) достигает максимума на частотах порядка (50 - 100) (2k- -1)F, что при 1050-2100)F При использовании для регистрации скачков Баркгаузена накладной измерительной катушки 7 шумы Баркгаузена превьшхают мощность дискретных составляющих сигнала циклического перемаг- ничивания, начиная с пятой гармоники Чтобы исключить влияние на индикатор 10 сигнала дополнительного воздействия, частоту настройки селективного усилителя 8 выбирают между гармониками сигнала дополнительного воздей- ствия. Чтобы при переходе от одного образца к другому амплитуда сигнала дополнительного воздействия не изменялась, сигналы, поступающие на входы сумматора 2, детектируются пиковыми детекторами 15 и 17, сравниваются в блоке 16 сравнения, который изменяет коэффициент усиления 14 до тех пор, пока амплитуда дополнительного воздействия не сравнивается с амплитудой сиг- нала генератора 1 низкой частоты. Формула изобретения

Устройство для неразрушающёго контроля качества ферромагнитных

W,

Ощлн

материалов, содержащее генератор тока, последовательно соединенные усиитель мощности, магнитошумовой преобразователь, выполненнь1й в виде маг- итопровода с обмоткой перемагничи- вания и измерительной катушки, селективный усилитель, квадратичный детектор и индикатор, отличающ е- е с я тем, что, с целью повышения точности контроля за счет устранения мешающего влияния поверхностных слоев материала, оно снабжено последовательно соединенными обмоткой регистрации гармоник поля перемагничи- вания, расположенной на магнитопрово- де, полосовым фильтром, вторым сеективным усилителем и сумматором, подключенным к входу усилителя мощности, последовательно соединенными пиковым детектором и блокам сравне- ния, включенными между выходом генератора тока и управляюшим входом второго селективного усилителя, вторым пиковым детектором, включенным между выходом второго селективного усилителя и вторым входом блока сравне- ия, а выход генератора тока подключен к второму входу суммато - ра.

Фиг. 2

kgM

w

Фиг.З

Устройство предназначено для контроля ферромагнитных материалов ;магнитошумовым методом. Целью изобре тения является побьппение точности контроля качества ферромагнитных материалов и сплавов за счет устранения мешающего влияния поверхностных слоев. С помощью генератора 1 тока низкой частоты F и усилителя 3 мощности возбуждают шумы Баркгаузена в контролируемом материале 6, ЭДС которых регистрируется измерительной катушкой 7. Дополнительно обмоткой 11 регистрируют ЭДС гармоник поля перемагничивания, выделяют фил ьтром 13 (2k+l)F гармонику, которой дополнительно через сумматор 2 перемагни- чивают материал 6. Сигналы пиковых детекторов 15 и 17 сравниваются в блоке 16, что обеспечивает достижение уровнем сигнала (2К+1)Т гармоники уровня основной. 3 ил. i (Л S 4 со о оо ND 12 Фиг.1