Устройство для неразрушающего контролья напряжений в ферромагнитных материалах Советский патент 1989 года по МПК G01N27/72 

ел

о

CD О9

Изобретение относится к области электрических и магнитных измерений и может быть использовано для контроля напряжений при плосконапряженном состоянии в изделиях из ферромагнитных материалов, а также для их структуроскопии. Целью изобретения является повышение точности контроля. Магнитопровод 1 содержит диск 10 с отверстием 11 и полюсные наконечники 12-15, на которых расположены секции намагничивающей обмотки 16, которые подключаются к выходу источника 3 через коммутатор 2 так, что вектор поля в образце занимает четыре положения, угол между которыми составляет 45°. Сигнал с катушки 4 усиливается усилителем 5, поступает на анализатор 6 спектра и аналого-цифровой преобразователь 7 и фиксируется в вычислительном блоке 8. Результат выводится на табло индикатора 9. Повышение точности контроля достигается за счет разделения сигналов, обусловленных механическими напряжениями и структурой материала. 3 ил.

Раг. /

Изобретение относится к области электрических и магнитных измерений и может быть использовано для контроля напряжений при гшосконапряженном состоянии в изделиях из ферромагнитных материалов, а также для их струк туроскопии.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет разделения сигналов, обусловленных напряжениями и структурой материала,

На фиг. I приведена функциональна схема устройства для неразругаающего контроля напряжений; на фиг. 2 - схе мы функционирования отдельных элементов устройства на различных этапах оного цикла измере Иия: а} магнитной цепи в зоне контролируемого участка изделия; б) изменения тока в четырех секциях намагничивающей обмотки; в) коммутатора, обеспечивающего связь источника переменного тока и секций намагничивающей обмотки; на фиг, 3 - градуировочная кривая зависимости сигнала V от величины напряжений.

Устройство состоит из магнитопро- вода 1, коммутатора 2, источника 3 питания переменного тока, имеющего стабилизированный по напряжению выхо В межполюсном пространстве магнито- провода 1 расположена катушка 4 регистрации скачков Баркгаузена, подключенная к блоку обработки и анализа шумового сигнала в виде широко- полосного усилителя 5, анализатора 6 спектра, аналого-цифрового преобразователя 7, вычислительного блока 8 и индикатора 9. Вторым выходом блок подключен к второму входу коммутато- ра 2, которым он управляет, Магнито- провод 1 выполнен в виде диска 10 с центральным отверстием 11 и полюсных наконечников 12-15, на которых расположены секции 16-19 намагничивающей обмотки 20,

Процесс измерения основан на том, что при плосконапряженном состоянии

сумма главных напряжений (Ь, и 6 равна сумме двух других взаимно перпендикулярных напряжений этой же плоскости

и

в

6,+ 6,

+ 6,

(1)

и

на следующих допущениях:

а) сигнал преобразователя состоит из двух аддитивных составляющих

V V + ЛV (2) составляющая, обусловленная упругими напряжениями;

где

)

напряжения, составляющая V анизотропны.

V - приращение, обусловленное

отклонением структуры материала, например, фазового состава, величины зерна, степени пластической деформации; а следовательно, и

тс;гда

как структурная компонента V изотропна;

в) существует зависимость компоненты сигнала V от величины напряжений (фиг, 3), которая может быть использована в качестве градуировочной. Пользуясь этой кривой и зная компоненту V, можно получить величину напряжений 6

6 f(V).

Подставляя (3) и (2) чают

(3) (1) , полу

f(,-AV) + t(V,4V. )

f() + f(V -dV ), (A) где V,-,, V, V и Vn - это измеряемый параметр ЭДС от скачков намагниченности при направлении перемагничива- ющего поля вдоль соответственно главных направлений и направлений под углами о/ и соответственно. Нелинейное уравнение (4) не может быть разрешено относительно компоненты V, Последняя может быть приближенно определена численным методом последовательных приближений (итерационный процесс) с использованием градуиро- вочного графика V ((б) ,

Устройство работает следующим образом,

Магнитопровод 1 устанавливается на изделие так, что направления противолежащих наконечников 12-15 совпадают с главными направлениями. Секции 16-19 обмотки 20 через коммутатор 2 подключаются к источнику 3 (фиг. 2), Весь цикл измерений состоит из четырех этапов:

Этап I. Все секции обмотки 20 за- питаны синфазно. Секции 16 и 17, 18 и 19 включены параллельно. Распределение магнитных силовых линий в изделии показано на фиг, 2а, В зоне расположения катушки 4 вектор магнитной индукции В будет направлен приблизительно под углом 45 (по часовой стрелке) к оси X. Шум перемагничива- ния усиливается в усилителе 5, из него выделяется заданная спектральная составляющая V /с помощью анализатора 6, значение которой преобразуется

в цифровой код с помощью преобразователя 7 и поступает в оперативную па- мять блока 8. После заполнения ячейки памяти блок 8 подает команду на коммутатор 2 для переключения обмоток и перехода к второму этапу.

Этап II. Источник 3 подключается к секциям 17 и 19 (фиг. 26, в). Распределение магнитного потока соответствует фиг. 2а. Направление вектора индукции В показано стрелкой. По аналогии с этапом I измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала V.

Этап III. Измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала Vj при соединении секций согласно фиг. 2в.

Этап IV. Измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала Vn при соединении секций согласно фиг.2в

Последовательность этапов может быть изменена. После реализации этапа IV дается команда на включение арифметико-логического устройства (АЛУ) - вычислительного блока 8, реализующего вычислительный алгоритм oпpeдeлeнияЛV и величин V, V, V и V и ислоль-зующего градуировочную кривую величин 6,и 6(фиг. 3), которые необходимы для идентификации плосконапряженного состояния контролируемого изделия. Эти величины и ве- .. теля, обусловленных напряжениями и

Jb

личина uV выводятся на табло индикатора 9. Отверстие II обеспечивает требуемое направление потока в изделии. Алгоритм работы блока 8 или порядок расчета искомых напряжений в случае, если они проводятся вручную, по показаниям блока 8 следующий.

Принимают нулевое приближение (iV произвольно или исходя из априорных данных.

Bы иcляют составляющие сигналов Vi - (4V), ; V (dV)o . Vi - (-IV),; ,0 V;i (V). По графику (фиг. 3) определяют нулевые приближения значений (6,); 9 учетом знака и

структурой контролируемого материала.

Формула изобретени

40

(Vt)o (V|)o (v)e (V)o

Устройство для неразрушающего ко троля напряжений в ферромагнитных м териалах, содержащее источник питания переменного тока, намагиичиваю45 Щуо обмотку, размещенную на магнито проводе, и катушку регистрации скач ков Баркгаузена, расположенную межд полюсами магнитопровода и подключен ную к входу блока обработки и анали

gQ за шумового сигнала, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности контроля, оно снабжено коммутатором, магнитопровод выполне в виде диска с центральным круглым

равенство

(ij.

+ (6/), .

подставляют их в

(б,)„ + (6). .,

Если это равенство не удовлетворяется, то выбирается первое приближение (/SV ) и все операции повторяются до тех пор, пока разность

,

10

5063A46

Г(6,)„ - (б,)„ Г((-). (бД

не станет меньше наперед заданнот О значения. После этого вычисления прекращают. Найденные напряжения будут истинными. Полученная величина V характеризует влияние структурного фактора, например в сварных соединениях.

При измерениях на двухосно деформированной пластине вдоль направления главных напряжений получают V, 0,98; V 0,45. По графику (фиг. 3) 6, 136- 10 Н/м, 6 -94 -10 Н/м, что соответствует результатам, полученным известным способом. Расчет ме тодом последовательных приближений с использованием двух дополнительных измерений (V.45 0,65; 0,6) дает 6, 3210 6, -215 /м . Измерение напряжений путем разрезания пластины дает значения напряжений: ii, 36 -10 Н/м ; 6j -196 10 Н/м. Погрещность не превы- 25 щает 10%, тогда как в известном способе она составляет несколько сот процентов. Получена также величина dV 0,17.

15

20

Таким образо, предлагаемое устройство повьппает точность и достоверность контроля напряжений при плосконапряженном состоянии за счет разделения вкладов в сигнал преобразоваструктурой контролируемого материала.

Формула изобретения

Устройство для неразрушающего контроля напряжений в ферромагнитных материалах, содержащее источник питания переменного тока, намагиичиваюЩуо обмотку, размещенную на магнито- проводе, и катушку регистрации скачков Баркгаузена, расположенную между полюсами магнитопровода и подключенную к входу блока обработки и анализа шумового сигнала, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено коммутатором, магнитопровод выполнен в виде диска с центральным круглым

отверстием и четырьмя полюсными наконечниками, расположенными на концах взаимно перпендикулярных диаметов диска, а намагничивающая обмотка ыполнена, в виде четырех секций, соединенных попарно-согласно, размещен- коммутатора, вход которого соединен 1ШХ на противоположных полюсных на- с выходом источника питания перемен- конечниках и подключенных к выходам ного тока.

Я)

Спектр, пмтн. шума (ожн.ев)

т -№о -по -V -п о

Сжатиеtfita.J

; rt

Hanpa)K.S,ff/Mt-9-9

и т 5йГ

fecaiHuntu