Электромагнитный способ комплексного контроля ферромагнитных изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01B7/06 G01N27/90 

4 00 О)

«

со

Изобретение относится к неразрушающим электромаг штным методам контроля и может быть использовано для контроля физико-мехаьшческих свойств ферромагнитных материалов и измерения толщины защитных покрытий на основе использования эффекта Баркгаузена.

Цель изобретения - повьппение достоверности контроля путем увеличения :числа контролируемых параметров из- релия,

I На чертеже представлена структурная схема устройства для комплексного электромагнитного контроля ферро- магнитных изде.пий.

Устройство содержит электромагнитный преобразователь 1, состоящий из обмотки 2 перемагничивания,, последо- ватепьно соединенной с ней дополни- Тельной обмотки 3 и измерительной обмот1ш 4 и предназначенный для установки контролируемого изделия 5, Последовательно соединенные генератор 6 тока перемагничивания и изме- ритель 7 тока перемагничивания, выход которого подключен к обмо|;ке 2 перемагничивания, последовател:ьно соединенные первый фильтр 8 верхних частот j вход которого подключен к изме- рительной обмотке 4,. предвари тел ьньй усилитель 95 управляемый усилитель 10 шумов -Баркгаузена5 второй вход ко- торого подключен к второму выходу измерителя 7 тока перемагничивания, второй фильтр 11 верхних частот и управляемой усилитель 12 верхних частот шумов Баркгаузена последовательно соединенные фильтр 13 нижних частот и усилитель 14 нижних частот Баркга.узена5 выход которого подключен X второму входу управляемого усилителя 12f управляемый усилитель 15 Ht-ганих частот, входы которого подключены к дополнительной обмотке 3 и вто выкоду измерителя 7 тока пере- магничиваиия, ийдикатор 16 и блок 17 обработки информации, четыре входа которого cjDOTBeTCTBeHHO подключены к выходам управляемого усил1- теля 15 ниж них частот J, ус ялителя 14 нижних частот управляемого усилителя 12 верхних частот шумов Баркгаузена и втором выходу измерителя 7 тока перемагничивания а выход блока 57 подключен к входу индикатора 16

Устройство для комплексного электромагнитного контроля ферромагнитных изделий работает следующим образом.

Перед измерениями электромагнитный преобразователь 1 устанавливают на поверхность контролируемого изделия 5 С генератора 6 тока перемагничивания через измеритель 7 тока перемагничивания на обмотку 2 преобразователя 1 подают переменный ток низкой частоты (8-40 Гц), Вносимое сопротивление электромагнитного преобразователя 1 убывает пгж удалении его от ферромагнитной основы изделия 5 по экспоненциальной зависимости. В результате возрастает ток перемагничивания .

пер

Up/Z

в«

где Up - напряжение, подаваемое

на злектромагнитньй преобразователь и имеющее постоянную величину;

вносимое сопротивление электромагнитного преобразователя 1,

Удаление электромагнитного преобразователя : 1 от ферромагнитной основы изделия 5 обусловлено суммарной толщиной покрытий 18 и 19 и погрешностью установки электромагнитного преобразователя 1 на изделие. Зная значение тока перемагничивания, получаемое при установке преобразователя 1 на изделие без покрытий 18 и 19, и величину сигнала на выходе измерителя 7 тока перемагничивания, судят о суммарной толщине покрытия с точностью до погрешности установки электромагнитного преобразователя 1. Переменное электромагнитное поле, создаваемое электромагнитным преобразователем 1, возбуждает в ферромагнитной основе изделия 5 электромагнитные волны различной природы, которые наводят в дополнительной обмотке 3 и измерительной обмотке 4 электромагнитного преобразователя 1 вторичную ЭДС, Из вторичной ЭДС, снимаемой с дополнительной обмотки 3, выделяют низкочастотную часть, которая несет информацию о физико-механических свойствах ферромагнитной основы изделия 5. Ее усиливают управляемым усилителем 15 нижних частот и подают на первый вход 20 блока 17 обработки сигналов.

Из вторичной ЭДС, наводимой в измерительной обмотке 4, выделяются при помощи фильтра 8 верхних частот, усиливаются предварительным усилителем 9 и управляемом усилителем 10

d шумов Баркгаузена электрические сиг- ,налы шумов Баркгаузена,

Для компенсации уменьшения вторичной ЭДС, вызванного удалением электромагнитного преобразователя 1 от ферромагнитной основы изделия 5, на управляющие входы управляемого усилителя 15 нижних частот и управляемого усилителя 10 шумов Баркгаузена посту- IQ рытия имеет вид пает сигнал с сигнального выхода измерителя 7 тока. Это позволяет исключить влияние разброса суммарной толщины покрытий 18 и 19 и погрешности установки преобразователя 1 на резуль-15 таты контроля электропроводящего покрытия 19, физико-механических свойств и структуры ферромагнитной основы изделия 5о

.«Из сигнала шумов Баркгаузена выделяется с помощью фильтра 13 нижних частот низкочастотная часть спектра, которая несет информацию о структуре ферромагнитной основы изделия 5. Эту -часть сигналов преобразователя 1 25 где 1 усиливают усилителем 14 нижних частот шумов Баркгаузена и подают в блок 17 обработки сигналов на вход 21.

По затуханию высокочастотной части зо спектра сигналов шумов Баркгаузена от вихретокового взаимодействия их с материалом электропроводящего покрытия 19 судят о его толщине. Эту часть сигналов преобразователя 1 выделяют фильтром 11 верхних частот, усиливают -усилителем 12 верхних частот щумов Баркгаузена и подают на вход 22 блока 17 обработки сигналов.

20

основы изделия, а также комплексн показатели качества изделия. Зате он сравнивает зафиксированные в п цессе контроля комплексные показ ли качества изделия с заранее зад ными уровнями качества и выдает р зультаты сравнения и вычислений в дикатор 16. Показатель качества п

S S(c,d) К,с + K./d-c) ,

где с - сигнал, поступаюп й на вх

22и характеризующий толщ электропроводящего покрыт сигнал, поступающий на вх

23и характеризующий сумм ную толщину покрытия.

Показатель качества ферромагни ной основы изделия имеет вид:

Р P(l,f) К,с - К f

5

г:

35

сигнал, поступающий на в

20и характеризующий физ механические свойства ф ромагнитной основы издели сигнал, поступающий на в

21и характеризукщий стру ру ферромагнитной основы делия.

Весовые коэффициенты К , К, К К и К получены путем аппроксимац эмпирических корреляционных зависи мостей линейным полиномом. Разбрак ка изделий производится путем осуществления логической операции сра нения заданных критериев качества

JJfia компенсации влияния структуры 40 полученными в йроцессе измерения:

рытия имеет вид

основы изделия, а также комплексные показатели качества изделия. Затем он сравнивает зафиксированные в процессе контроля комплексные показатели качества изделия с заранее заданными уровнями качества и выдает результаты сравнения и вычислений в индикатор 16. Показатель качества покd IQ рытия имеет вид 15

25 где 1

0

S S(c,d) К,с + K./d-c) ,

где с - сигнал, поступаюп й на вход

22и характеризующий толщину электропроводящего покрытия; сигнал, поступающий на вход

23и характеризующий суммарную толщину покрытия.

Показатель качества ферромагнитной основы изделия имеет вид:

1

Р P(l,f) К,с - К f

5

25 где 1

зо

г:

35

сигнал, поступающий на вход

20и характеризующий физико- механические свойства ферромагнитной основы изделия; сигнал, поступающий на вход

21и характеризукщий структуру ферромагнитной основы изделия.

Весовые коэффициенты К , К, К j, К и К получены путем аппроксимации эмпирических корреляционных зависимостей линейным полиномом. Разбраковка изделий производится путем осуществления логической операции сравнения заданных критериев качества с

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля. Целью изобретения является повышение достоверности контроля. Из выходного сигнала вихретокового преобразователя выделяют низкочастотную соответствующую частоте перемагничивания составляющую и составляющую, соответствующую магнитным шумам Баркгаузена. Выделенные составляющие подаются на входы управляемых усилителей, на управляющие входы которых поступает сигнал, пропорциональный величине тока перемагничивания. Откорректированная составляющая шумов Баркгаузена с помощью фильтров разделяется на высокочастотную и низкочастотную составляющие. По величине высокочастотной составляющей шумов Баркгаузена и величине тока перемагничивания в блоке обработки информации определяют толщину электропроводящего покрытия, а по величине низкочастотной составляющей щумов Баркгаузена и низкочастотной составляющей- выходного сигнала преобразователя определяют свойства неэлектропроводящего покрытия. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. «е (Л

ферромагнитной основы изделия 5 на результат измерения толщины электропроводящего покрытия 19 управляющий вход усилителя 12 верхних частот щумов Варкгаузена соединен с выходом усилителя 14 нижних частот щумов Баркгаузена, Это позволяет автоматически учитывать колебание структурных характеристик основы изделия 5 при контроле толщины покрытия 19,

Блок 17 обработки.сигналов по определенным заранее зависимостям и величинам входных сигналов вычисляет значения суммарной толщины покрытий 18 и 19, толщину электропроводящего 5покрытия 19, толщину неэлектропроводящего покрытия IB, значения величин, характеризующих физико-механические свойства и структуру ферромагнитной

П , S П ,

Пз Р

П.

П-,, П, П J, П4- числовые значения, соответствующие предельно-допустимымкритериям качества контролируемых изделий, Ф о р м ула изобретения

55 J, Электромагнитный способ комплексного контроля ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что изделия помещают в переменное электромагнитное поле преобразователя.

выделяют низкочастотную составля - щую сигнала преобразователя на частоте перемагничивания и выделяют из сигнала преобразователя составляющую Характеризующую магнитные шумы Барк- гаузена, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, измеряют величину тока перемагничивания преобразовате- Ья, пропорционально изменяют по результатам измерения тока перемагни- {чивания выделенные со от авлякядие сиг- рала реакции преобразователя, скор- ректированную составляющую реакции |преобразователя, характеризующую |магнитные шумы Баркгаузена, разделяют на низкочастотную и высокочастот- ную составляющие, по значениям высо- 1кочастотной составляющей шумов Барк- таузена и величине тока перемагничи- вания определяют толщину электропро- водящего покрытия изделия, а по значениям низкочастотной составляющей шумов Баркгаузена и низкочастотной составляющей сигнала преобразователя определяют качество ферромагнитного основания изделия

ния и измерительной обмотки, располо- 35 третьего управляемого низкочастотно- зкенной между полюсами сердечника, последовательно соединенные генератор тока перемагничивания и измеритель тока перемагничивания, подключенный к обмотке перемагничивания, последовательно соединенные первый фильтр верхних частот, вход которого

го усипит ел я, выходу усилителя низких частот шумов Баркгаузена, выходу первого управляемого усилителя верхних частот шумов Баркгаузена и выхо- 40 ду измерителя тока перемагничивания, а выход блока обработки информации подключен к входу индикатора.

подкпючен к измерительной обмотке преобразователя, и предварительный усилитель,последовательно соединенные второй фипьтр верхних частот и первый управляемый усилитель верхних частот шумов Баркгаузена, последовательно соединенные фильтр нижних частот и усилитель низких частот шумов Баркгаузена, выход которого подключен к второму входу управляемого усилителя верхних частот шумов Баркгаузена, и индикатор, отличающееся тем,что, с целью повьш ения достовер5 ности контроля, устройство снабжено дополнительной обмоткой, расположенной на сердечнике и включенной последовательно с обмоткой перемагничивания, вторым управляемым усилитй1ем верхних частот шумов Баркгаузена, первый вход которого соединен с выходом предварительного усилителя, второй вход соединен с вторым выходом измерителя тока перемагничивания, а выход - с входами фильтра нижних частот и второго фильтра верхних частот третьим управляемым низкочастотным усилителем, первьй вход которого под ключен к выходу дополнительной обмот0 ки преобразователя, а второй вход - к второму выходу измерителя тока перемагничивания, и блоком обработки информации, четыре входа которого соответственно подключены к выходу

0

5

35 третьего управляемого низкочастотно-

го усипит ел я, выходу усилителя низких частот шумов Баркгаузена, выходу первого управляемого усилителя верхних частот шумов Баркгаузена и выхо- 40 ду измерителя тока перемагничивания, а выход блока обработки информации подключен к входу индикатора.