Магнитошумовой преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G01N27/83 

Изобретение относится к измерению эле трических и магнитных величин и может быть использовано для неразрушающего контроля структуры, химического состава и т. д, ферромагнитных материалов и изделий из них, особенно в тех случаях, когда необходимо контролировать изделия сложной формы, например шестерни, изделия, содержащие угловые сварные швы, галтели, внутренние поверхности и т. п.

Известен индукционный преобразова- тел з для регистрации скачков Баркгаузена, содержащий приставной электромагнит, изMefфег

ительную обмотку, расположенную на ромагнитном сердечнике, который выпоунен в виде цилиндра переменного сечения, измерительная обмотка расположена на участке с меньшим основанием, торцовая часть которого размещена в центре экрана, имеющего разрез в плоскости центрального сечения на оси его симметрии. Преобразователь такого типа не может быть использован для контроля труднодоступных участков изделий сложной формы (галтели, впадины, зубья шестерен и т. п.) в связи с большими габаритами, наличием межполюсного пространства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь для реализации метода эффекта Баркгаузена для определения напряжений и дефектов в сталях, содержащий ферритоvj о

00 (А)

ел

4

вый магнитопровод с намагничивающей обмоткой и расположенный в межполюсном пространстве внутри измерительной катушки подвижный ферритовый сердечник-концентратор, собственный магнитный шум которого менее интенсивен магнитного шума, возникающего в контролируемом изделии. Контроль криволинейных поверхностей достигается за счет подвижности ферритового сердечника по отноше нию к полюсам ферритового магнйтопровода...

Недостатком данного преобразователя являются его большие габариты, обусловленные наличием межполюсного пространства; что ограничивает возможность контроля труднодоступных участков изделий сложной формы (галтели, впадины, зубья шестерен ит.. п.). ;-я-,.

Цель иаобретения-уменьшение габаритов преобразователя.

Поставленная цель достигаёТся тем, что

в предлагаемом устройств магттбпровод выполнен стержневым один из концов магнйтопровода имеет переменное сечение и является концентратором, измерительная обмотка ;устанЬв лёна Hav MafHtfro про воде вблизи концентратора и разнесена относительно перемагничивающей обмотки, а площади сечений магнйтопровода и рабочего

торца концентратора соотносятся соответственно как индукция насыщения и индук ция поля старта скачков Баркгаузенэ в материале магнйтопровода. Поскольку в : контакт с контролируемым изделием вводится то ль ко один из полюсов двухпол юсно- го перёмагничивающего узла, а не оба полюса, в случае использования П-образнО го электромагнита, то имеется возможность существенно уменьшить габариты участка преобразователя, контактирующего с контролируемой зоной изделия. Для существен ; уменьшения . интенсивности собственных магнитных шумов, регистрируемых измерительной обмоткой, выбрана такая форма етё ржневого магнйтопровода, при которой площади сечений магниТопрЬ- вода и рабочего т орЦа концентратбра соотносятся как соответственно индукция насыщения и индукция поля старта скачков Баркгаузена в материале магнйтопровода. На фиг, 1 приведено схематическое изображение магнитошумового преобразователя: на фиг. 2- график зависимости относительной спектральной плотности магнитного шума от величины поверхностного напряжения в стали ЗОХГСНА, полученной с помощью предлагаемого преобразователя (кривая 1) и преобразователя, аналогичного прототипу (кривая 2),

Преобразователь содержит перемагни- чивающую обмотку 1, которая подключена к генератору 2 переменного тока; измерительную обмотку 3 индукционного типа, сигнал от которой поступает на блок обработки 4, стержневой магнитопровод 5 переменного сечения.

Преобразователь работает следующим образом.

Рабочий торец концентратора магнйтопровода приводится в контакт с участком контролируемого изделия 6. Магнитопровод 5 перемагничивается обмоткой 1. При этом в участке 7 контролируемого изделия 6

возникает неоднородное магнитное поле, достаточное для возникновения скачков Баркгаузена, которые регистрируются индуктивно связанной с изделием 6 измерительной обмоткой 3 через концентратор

магнйтопровода 5. Контролируемая область определяется участком изделия б, в котором

индукция поля перемагничивания выше индукции старта скачков Баркгаузена в данном ферромагнетике, и ее линейные

размеры связаны с площадью торцовой ча- сти концентратора магнйтопровода 5. До стигаемая при этом локализация области перемагничивания позволяет существенно уменьшить габариты.

Помимо полезного сигнала в индикаторной катушке 3 зозникагат паразитные

шумы, связанные со скачком Баркгаузена в

. концентраторе магнйтопровода 5, которые

складываются с полезным сигналом, связанным со скачками Баркгаузена в перемаг- ничиваемой области 7 изделия 6. При измерении спектральной плотности собственный шум в сердечнике является систематической погрешностью, которую

необходимо уменьшить.

Уменьшение интенсивности собственных магнитньТх шумов достигается ограничением области магнйтопровода, в которой могут возникать скачки Баркгаузена. Для

этого сечение магнйтопровода сделано переменным. Из условия непрерывности вектора магнитной индукции следует, что предельную индукцию магнитного, поля в контролируемой области можно достичь в

том случае, если индукция магнитного поля в области контакта концентратора магнйтопровода и изделия равна индукции насыщения материала магнйтопровода. При этом та часть магнйтопровода, которая не приводится в контакт с изделием, на амплитуду поля в контролируемой области практически не влияет, что позволяет выбрать ее та кого сечения, чтобы индукция магнитного поля в ней была ниже индукции поля старта

скачков Баркгаузена. Таким образом, форма

маг;нитопровода выбирается такой, чтобы отношение площадей сечения магнитопровода и рабочего торца концентратора было равным или большим, чем отношение индии насыщения и индукции поля старта иков Баркгаузена в материале магнитолу к ска провода.

В качестве примера на фиг. 2 показаны зависимости относительной спектральной плотности магнитного шума F от величины поверхностного напряжения сгв образце из ста 1и ЗОХГСНА, которые получены при помог in предлагаемого преобразователя (кривая 1) и преобразователя, аналогичного прототипу (кривая 2). При этом магнитоупругая чувствительность преобразователей определяется наклоном касательной в каждой точке соответствующей кривой. Из графиков на фиг. 4 видно, что чувствительности обоих преобразователей сопоставимы. В то же время габариты предлагаемого преобразователя меньше, т. к. его контактная поверхность является однополюсной, что делает возможным контроль труднодоступных участков изделий сложной формы (галтели, лунки и т. д.).

Изобретение основано на эффекте Бар- кгаузена, относится к устройствам для измерения электрических и магнитных величин и может быть использовано в машиностроение для неразрушающего контроля изделий сложной формы из ферромагнитных материалов, в частности зубьев шестерен, угловых сварных швов и т, п. Цель изобретения - уменьшение габаритов преобразователя. Магнитошумовой преобразователь содержит стержневой магнитопровод с концентратором на конце, на который раздельно намотаны перемагничивающая и измерительная обмотки. Площади сечения магни- топровода и рабочего торца концентратора соотносятся как индукция насыщения и индукция поля старта скачков Баркгаузена в материале магнито про вода. При перемаг- ничивании контролируемого изделия магнитный поток концентрируется в области изделия вблизи контакта и вызывает в ней магнитный шум, который регистрируется измерительной обмоткой. Параметры шума позволяют определять напряжения и дефекты в контролируемом изделии. 2 ил. (Л С

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я |Магнитошумовой преобразователь, содержащий магнитопровод, концентратор, разобщенную на магнитопроводе перемаг- нич 4вающую и измерительную обмотки, о т- л и чающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, магнитопровод выполнен эжневым, один из концов магнитопровостеда

лмеет переменное сечение и является

концентратором, измерительная обмотка установлена на магнитопроводе вблизи концентратора и разнесена относительно перемагничивающей обмотки, а площадка сечения магнитопровода и рабочего торца концентратора соотносятся соответственно как индукция насыщения и индукция поля старта скачков Баркгаузена в материале магнитопровода.