Способ неразрушающего контроля ферромагнитных материалов на основе эффекта баркгаузена Советский патент 1980 года по МПК G01N27/86 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для неразрушаювдего контроля ферромагнитных материалов. Известен способ магнитной структуроскопии ферромагнитных из 1елий, заключающийся в том, что контролируе мое изделие перемагничивают, преобра зовывают скачки Баркгаузена в э.д.с усиливают, фильтруют, измеряют интен сивность магнитного шума при различных значениях перемагничивающего поля и сравнивают измеренные значения с соответствующими значениями эталонной кривой 1. Недостатками способа являются его низкая помехоустойчивость и то, что измеряемый уровень шума зависит от формы петли гистерезиса контролируемого материал формы и размеров образца. Известен способ, заключающийся..-.в том, что значение контролируемого параметра определяют по форме нор- , мированного спектра шумов относитель но одной из его составляющих 12. Наиболее близким к изоб1:1етёнию является способ неразрушающего контроля ферромагнитных материалов на основе скачков Баркгаузена, заключакщийся в том, что контролируемое изделие перемагничивают полем низкой частоты и дополнительно .подмагничивают полем высокой частоты и регистрируют интенсивность магнитного йума 3.Основным недостатком этого способа является то, что в регистрируемом выходном сигнале преобразователя кроме составляющей, несущей информацию о скачках Баркгаузена, имеется состав ляющая выходного сигнала, зависящая от дифференциальной проницаемости контролируемого материала. Например, если перемагничивание изде.пия производится при постоянной скорости изменения напряжённости магнитного поля на основной частоте, то выасбдной сигнал пропорционален дифференциальной проницаемости материала. . , Как показывают эксперименты, для железа-армко в области максимальной проницаемости составляющая амплитуды выходного сигнала на частоте 15 кГц, зависящая от магнитной проницаемости, примерно на порядок превьпдает интенсивность магнитнбго шума.на этой частоте. В результате этого отношение сигнал/помеха является неудовлетворительным. Регистрация интенсивности магнитного шума на удвоенной частоте подмагничивающего поля высокой часто ты, обычно применяемая для подавления указанного сигнала помехи, в дан ном способе оказывается неэффективной, так как поле на основной (низкой) частоте перемагничивания в каждый момент времени меняет свое значение. В результате контролируемый участок материала оказывается в магнитном поле, являющимся суммой поля на основной частоте перемагничивания и подмагничивающего поля. Известно, что в таком режиме намагничивания все четные гармоники (включая вторую) несут в себе информацию о маг нйтных свойствах контролируемого изделия, включая дифференциальную проницаемость формы и коэрцитивную силу Следовательно, в известном способе чувствительность в значительной степени ослабляется из-;а наличия в выходном сигнале информации о дифференциальной проницаемости материала, что понижает точность контроля. Целью изобретения является повышение точности контроля. Поставленная цель достигается те что устанавливают постоянной скорост изменения-магйитной индукции, изменяют частоту подмагничивающего поля до получения наибольшей величины магнитного шума и по полученной резонансной частоте судят о плотности дефектов структуры контролируемого материала. В режиме намагничивания, при котором скорость изменения средней магнитной индукции постоянна, низкочастотная составляющая выходног сигнала также постоянна и не зависит от магнитных свойств материала. Высо кочастотная составляющая выходного сигнала будет полностью определяться скачками БаркгаУзена. Известно, что при намагничивании ,линейно изменяющймся 1Йшй синусойдальньм псзлём интенсивность магнитного шума для магнитомягких материалов практически не зависит от частоты регистрации вплоть до частот пор5здка 10 Гц. В отличие от этого при намагничивании в режиме, при к от ором. с кррос ь изменения индукции постоянна, интенсивность магнитного шума имеет острый максимум на резонансной частоте. Величина резонансной частоты является характерной для данного материала и зависит от состояния его структуры. В частности, по резонансной частоте можно определить средний объем перемагничивания, который в свою очередь характеризует плотность дефектов структуры в контролируемом материале. Согласно предлагаемому способу средний объем перемагничивания v за время перемагцимив-зння л( можно определить по формуле ZrJ vnjAt „. где JV(t) величина магнитного потоказа время лt , к - постоянная, V(t) -мгновенное значение выходного сигнала, ш, - резонансная частота подмагничквания. На чертеже приведена блок-схема устройства, реализукщего способ. Устройство содержит контролируемое изделие 1, преобразователь, состоящий из обмотки 2 возбуждения, измерительной обмотки 3, соединенной с входами низкочастотного фильтра 4 и высокочастотного фильтра 5. Фильтр 5, усилитель б, анализатор 7 гармоник, преобразователь 8 сигнала и самописец 9 образуют канал регистрации. Фильтр 4, дифференциальный усилитель 10, задатчик . режима регулирования и усилитель 12 образуют регулирующую цепь. Выход усилителя 12 соединен с блоком 13 суммирования, другой вход которого соединен с генератором 14 высокой частоты, а выход - с обмоткой 2 возбуждения. Контролируемое изделие 1 помещают в проходной преобразователь, который имеет обмотку 2 возбуждения и измерительную обмотку 3. По обмотке возбуждения пропускают токи низкой и высокой частоты от суммирумщего блока 13. Постоянство скорости изменения магнитной индукции в контролируемом изделии обеспечивается тем, что низкочастотную составляющую сигнала V(t) , пропорциональную , с измерительной обмотки 3 через фильтр 4, усилитель 10 и задатчик 11 подают на вход усилителя 12. Этот сигнал управляет работой усилителя 12, который обеспечивает изменение тока в обмотке перемагничивания, обеспечивая при ЭТОМ условие const в контролируемом изделии. Пульсирующий сигнал v/(t) с выхода обмотки 3 подают через фильтр 5, усилитель б, анализатор гармоник 7 и преобразователь 8 на вход однокоординатного самописца 9 или другой регистрирующий прибор. Изменяя частоту настройки анализатора гармоник 7 и синхронно с ней - частоту генератора 14, определяют резонансную частоту, на которой интенсивность шума Баркгаузена максимальна для данного контролируемого изделия 1 . По резонансной частоте ш, и по величине высокочастотного сигнала V(U судят о плотности дефектов структуры контролируемого изделия. Основным преимуществом способа является его высокая чувствительность к скачкам перемагничивания и связанная с ней более высокая помехоус- тойчивость. Предварительные испытания показали наличие корреляции меж частотой, соответствукхцей пику интенсивности шума, и структурой материала, в частности степенью холод ной пластической деформации. Формула изобретения Способ неразрушающего контроля ферромагнитных материалов на основе эффекта Баркгаузена,. заключающийся в том, что контролируемое изделие перемагничивают полем низкой частот и дополнительно подмагничивают поле высокой частоты и регистрируют интенсивность магнитного шума, о т л ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности контроля, устанавливают постоянной скорость измерения магнитной индукции, изменяют частоту подмагничивающего поля до получения наибольшей величины магнитного шума и по полученной резонансной Частоте судят о плотности дефектов структуры контролируемого материала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ГДР № 71635, кл. 42 К 46/03, 1970. 2.АвторсН:ое свидетельство СССР 461346, кл. G 01 N 27/86, 1-972. 3.Авторское свидетельство СССР 538284, кл. G 0 R 33/12, 1975 (прототип).

Ллллл

г

/VvWWt

-П