Устройство для магнитошумовой структуроскопии ферромагнитных изделий Советский патент 1990 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий из них и может быть использовано для контроля структуры ферромагнитных материалов после их термической,.холоднопластичной обработки, а также для определения содержания отдельных элементов в сплавах.

Цель изобретения - повышение надежности контроля за счет устранения неоднозначности результатов контроля.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - зависимость Овых от UBX устрой ства.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, генератор 2 сигналов возбуждения, регулятор 3 тока, усилитель 4 мощности, преобразователь 5, предварительный усилитель б, регулируемый усилитель 7, детектор 8, интегратор 9, триггер 10, первый пороговый элемент 11, первый пиковый детектор 12, второй 13 и третий 14 пороговые элементы, N масштабных усилителей, 15-1-15-N, N элементов 16-1-16-N сравнения, первый усилитель 17, дифференциатор 18, второй усилитель 19, второй 20 и третий 21 пиковые детекторы, N элементов И 22-1-22-N, дешифраторы 23 с N входами, элемент И 24, элемент 25 задержки, формирователь 26 импульсов и элемент ИЛИ 27. Кроме того, на фиг. 1 показан объект 28 контроля,

Первый вход триггера 10 является входом устройства, а выход соединен с управляющим входом генератора 2 сигналов возбуждения, вход питания которого соединен с выходом источника 1 опорного напряжения, а выход через последовательно включенные регулятор 3 тока, усилитель 4 мощности, преобразователь 5, предварительный усилитель 6, регулируемый усилитель 7, детектор 8 и интегратор 9 соединен с входами первого порогового элемента 11 и первого пикового детектора 12, выход которого соединен с входами второго 13 И третьего 14 пороговых элементов и масштабных усилителей 15-1-15-N, выходы каждого масштабного усилителя с нечетным номером (15-1, 15-3,...) соединены соответственно с первыми входами двух элементов

16 сравнения с нечетными номерами, а выходы каждого масштабного усилителя с четным номером (15-2, 15-4,...) соединены соответственно с первыми входами двух

элементов 16 сравнения с четными номерами, выход первого порогового элемента 11 соединен с входами первого усилителя 17 и дифференциатора 18, выход которого соединен с входом второго усилителя 19 и информационным входом второго пикового детектора 20, выход которого соединен с вторыми входами элементов 16 с.номерами 1, 2, 5 и 6, выход второго усилителя 19 соединен с Информационным входом третьего

пикового детектора 21, выход которого соединен с вторыми входами элементов 16 сравнения с номерами 3, 4, 7 и 8, а выходы элементов 16 сравнения соединены соответственно с первым и вторым входом элементов И 22-1-22-N, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами дешифратора 23, выходы которого являются выходами устройства, а управляющие входы соединены с выходом

элемента И 24, входы когорого соединены с выходами второго 13 и третьего 14 пороговых элементов, выход первого усилителя 17 через последовательно включенные эле- мент 25 задержки и формирователь 26 импульсов соединен со вторым входом элемента ИЛИ 27, первый вход которого соединен с входами сброса пиковых детекторов 12, 20 и 21 и является вторым управляющим входом устройства, а выход

соединен с вторым входом триггера 10.

Устройство работает следующим образом.

С поступлением сигнала Пуск триггер 10 устанавливается в единичное состояние

и подает разрешающий сигнал со своего единичного выхода на управляющий вход генератора 2 сигналов возбуждения.. Генератор 2 сигналов возбуждения формирует импульсы заданной формы (например, треугольной) с одинаковым временем нарастания и спада. Источник 1 опорного напряжения обеспечивает необходимую точность задания и стабильность формируемых импульсов. Регулятор 3 тока задает

амплитуду тока перемагничйвания в пере- магничивающей обмотке преобразователя

5, подключенного через усилитель 4 мощности. Преобразователь 5 взаимодействует своим полем с объектом 28 контроля. Импульсы электродвижущей силы от скачков Баркгаузена, наведенные в измерительной обмотке преобразователя 5 усиливаются предварительным усилителем 6. Коэффициент усиления предварительного усилителя 6 находится в пределах от 200 до 300. Основное усиление в широком динамическом и частотном диапазонах обеспечивает регулируемый усилитель 7. Верхняя частота регулируемого усилителя 7 регулируется и лежит в пределах от 30 до 100 кГц. Сигнал с выхода регулируемого усилителя 7 детекти- руется амплитудным детектором 8, работающим в линейном режиме, выполненным по двухполупериодной схеме. Выпрямлен- ный сигнал с выхода детектора 8 поступает на вход интегратора 9, с выхода которого сигнал (фиг. 2) поступает на вход порогового элемента 11 и информационный вход пикового детектора 12. Если величина сигнала, поступающего на вход порогового элемента 11, больше величины заранее за- данного порога д, то на выходе усилителя 17, представляющего собой усилитель-ограничитель, формируется прямоугольный импульс, длительности которого равна времени превышения входного сигнала по- рога д (фиг. 26). Величину порога д выбирают больше уровня шума. Одновременно напряжение с выхода первого пикового детектора 12 через масштабные усилители 15- 1-15-N поступает на соответствующие первые входы элементов 16-1-16-N сравнения. На выходе порогового элемента 11 формируется сигнал, равный разности входного сигнала и порога, который поступает на вход дифференциатора 8.

Амплитуда положительного и отрицательного импульса на выходе дифференциатора 18 (фиг. 2в) при заданной величине амплитуды интегрированного сигнала пропорциональна его времени нарастания и спада и зависит от свойств материала объекта 28 контроля. Амплитуда положительных импульсов запоминается вторым пиковым детектором 20 (фиг. 2г). а амплитуда отрицательных импульсов запоминается третьим пиковым детектором 21 (фиг. 2д).

Усилитель 19 представляет собой инвертирующий усилитель с единичным коэффициентом усиления. С выходов второго 20 и третьего 21 пиковых детекторов напряже- , ние, соответствующее амплитудам дифференцированных импульсов, поступает на вторые входы элементов 16-1-16-N сравнения. На выходе элементов 16-1. 16-3.... напряжение появляется, если амплитуда

5

напряжения на втором входе больше напряжения на первом входе, а на выходе элементов 16-2, 16-4,... сравнения - наоборот. Коэффициенты усиления масштабных усилителей выбраны такими, что уровень логической единицы на выходах элементов И 22-1-22-N появляется в том случае, если амплитуда положительных и отрицательных импульсов лежит в пределах напряжений (на фиг. 3 обозначено цифрами I, II...N), выставляемых с помощью масштабных усилителей. Величину шага напряжений масштабных усилителей выбирают исходя из требуемой точности измерения времени нарастания и спада импульсов, а следовательно, и свойства материала объекта 28 контроля. Число масштабных усилителей выбирают исходя из диапазона изменения величины интегрированного сигнала. Одновременно сигнал с выхода первого пикового детектора 12 поступает на входы пороговых элементов 13 и 14, Уровень логической единицы на выходе второго порогового элемента 13 формируется, если величина входного сигнала больше порогового, а на выходе третьего порогового элемента 14 - в противном случае. Таким образом, на выходе элемента И 24 уровень логической единицы формируется только в том случае, если максимальная величина интегрированного сигнала, а следовательно, и входного сигнала лежит в заранее заданных пределах (в противном случае одной из причин может быть неплотно положенный преобразователь 5 на поверхность объекта 28 контроля). Пороговые элементы 13 и 14 представляют собой компараторы напряжений. С выхода элемента И 21 уровень логической единицы поступает на управляющие входы дешифратора 23 и на одном из выходов устройства формируется уровень логической единицы. Номер выхода устройства соответствует материалу с определенными свойствами. По отрицательному фронту сигнала на входе формирователя 26 на его выходе формируется импульс, поступающий через элемент ИЛИ 27 на второй вход триггера 10, в результате чего на выходе триггера 10 устанавливается низкий уровень напряжения, запрещая формирование импульсов на выходе генератора 2.

Установка пиковых детекторов 12, 20 и 21 и триггера 10 в исходное состояние, которому соответствует нулевое значение напряжения на их выходах, осуществляется сигналом, поступающим на вход Сброс устройства.

Формула изобретения

Устройство для магнитошумовой струк- туроскопии ферромагнитных изделий, содержащее последовательно соединенные источник опорного напряжения, генератор сигналов возбуждения, регулятор тока, усилитель мощности, преобразователь, предварительный усилитель, регулируемый усилитель, детектор, интегратор и первый пиковый детектор, элемент задержки и подключенный к его выходу формирователь импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, оно снабжено вторым и третьим пиковыми детекторами, тремя пороговыми элементами, N масштабными усилителями, N+1 элементами И, 2N элементами сравнения, дифференциатором, двумя усилителями, триггером, элементом ИЛИ и дешифратором с N входами, первый вход триггера является первым управляющим входом устройства, а выход соединен с управляющим входом генератора сигналов возбуждения, вход первого порогового элемента соединен с информационным входом первого пикового детектора, выход которого соединен с входами второго и третьего пороговых элементов и входами масштабных усилителей, выходы каждого масштабного усилителя с нечетным номером соединены соответственно с первыми входами двух элементов сравнения с нечетными номерами, выходы каждого масштабного усилителя с четным номером соединены соответственно с первыми входами двух элементов сравнения с четными номерами, выход первого порогового элемента соединен с входами первого усилителя и дифференциатора, выход которого соединен с входом второго усилителя и информационным входом второго пикового детектора, выход которого соединен с вторыми входами элементов сравнения с номерами (41-3), (412), где , 2 выход второго усилителя

соединен с информационным входом третьего пикового детектора, выход которого соединен с вторыми входами элементов сравнения с номерами (41-1), (41-4), а выходы

элементов сравнения соединены соответственно с первым и вторым входом N элементов И, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами дешифратора, выходы которого являются выходами устройства, а управляющие входы соединены с выходом (N+1)-ro элемента И, входы которого соединены с выходами второго и третьего пороговых элементов, выход первого усилителя соединен с входом элемента задержки, выход формирователя импульсов соединен с входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входами сброса пиковых детекторов и является вторым управляющим входом .устройства, а выход соединен с вторым входом триггера.

N

и§ж

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий из них и может быть использовано для контроля структуры ферромагнитных материалов после их термической или холоднопластичной обработки, а также для определения содержания отдельных элементов в сплавах. Цель изобретения - повышение надежности контроля - достигается за счет сравнения интегрированного интегратором 9 сигнала преобразователя 5 с заданным диапазоном его изменения. При попадании сигнала в этот диапазон его дифференцируют дифференциатором 18, а амплитуду исследуемого сигнала масштабируют, сравнивают амплитуды положительного и отрицательного дифференцированных импульсов со значениями масштабированных амплитуд и по результату сравнения судят о структуре материала. 3 ил.