Способ магнитошумового контроляМЕХАНичЕСКиХ НАпРяжЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01N27/83 

54) СПОСОБ МАГНИТОШУМОВОГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ . НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний. Способ предназначен для оценки уровня остаточных и динамических внутренних упругих напряжений в элементах конструкций машин, аппаратов и в материалах, в том числе и величины остаточных сварочных напряжений. Он может найти применение на предприятиях машиностроительной промьшшенности, а также в строительстве.

известен магнитошумовой способ контроля ферромагнитных изделий, состоящий в том, что контролируемым участком изделия замыкают магнитопровод электромагнита, перемагничиB UOT изделие по предельной петле гистерезиса, а значение контролируемого параметра определяют по форме нормированного спектра шумов Баркгаузена относительно одной из его составляющих 1 .

Основной недостаток способа применительно к измерению внутренних напряжений состоит в том, что измерение энергетического спектра шума производится на фиксированной частоте. При этом не учитывается экстремальный характер зависимости энергетическо1чэ спектра от частоты анализа

что имеет решающее значение для повыщения достоверности контроля.

Известен также способ контроля степени деформации ферромагнитных материалов, заключакщийся в том, что в процессе перемагничивания контролируемого изделия измеряют его харак тв|)истические магнитные параметры, например величину коэрцитивного поля

0 Нл Баркгаузена 2. Недостатком этого способа является трудность измерения и последующего усреднения по времени параметров единичных скачков Варкгаузена и, как результат это5го, снижение точности контроля. Эта трудность усугубляется тем, что форма и амплитуда реально измеряемых -импульсов на выходе индукционного электронного преобразователя неодно0значно определяют такие параметры, как истинное коэрцитивное поле Н скачка Варкгаузена. Оно зависит также от постоянной времени скачка Баркгаузена, которая носит случайный харак5тер, и от расстояния между перемагничиваемым объектом и катушкой регистрации, а также от других случайных .факторов.

Наиболее близким к изобретению явля; ся способ магнитошумового-контроля

0 механических напряжений ферромагнитных материалов с использованием элек ромагнитного преобразователя и прием но-преобраэовательной схемл, заключающийся в том, 4to контролируемый материал перемагничивают на инфраниз кой частоте, ввделяют скачки Баркгау эена, преобразуют их в ЭДС самоиндук ции и регистрируют значение спектрал ной плотности магнитных р . Известно, что в низкочастотной об ласти спектральная плотность шума Баркгаузена имеет экстремальную зависимость от частоты. На фиксированной частоте (моде) спектральная плот ность достигает максимума. Экспериментально установле ю, что мода смещается в зависимости от величины при ложенных и остаточных напряжений. Недостаток способа состоит в том, чт контроль эффективного напряжения шума (спектральной плотности) ведется на фиксированной частоте. В результате этого не используются оптимальные частоты (моды), на которых чувст вительность магнитошумового метода к напряжениям является оптимальной Это ведет к снижению достоверности контроля. Целью изобретения является повышение точности контроля механических напряжений. Для достижения цели предварительно экспериментально определяют полосу частот максимумов спектральной плотности магнитных шумов при механических напряжениях, изменяющихся от нуля до предела текучести, а в процессе контроля материала частоту анализа магнитного шума приемно-преобразовательной схемы плавно изменяю в полосе частот, характеризукщей диа пазон механических напряжений, и по максимальному значению спектральной плотности магнитного шума за цикл перемагничивания судят о величине внутренних напряжений в изделии. На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит последователь но соединенные генератор 1 инфранизкой частоты, намагничивающую обмотку 2, намотанную на магнитопроводе 3, замкнутом контролируемым материалом (изделием) 4, на котором расположен индукционный преобразователь 5, усилитель 6, перестраиваемый фильтр 7 и выходной Iрегистрирующий) блок 8. Между выходом фильтра 7 и ег управлямхцим входом включены последовательно соединенные дискриминатор 9, ключ 16 и генератор 11 качающейся частоты. Устройство работает следующим образом. Контролируемым изделием 4 закыкаю магнитопровод 3 с намагничивающей об моткой 2, которая питается.от генера тора 1 инфранизкой частоты. Скачки Баркгаузена преобразуются в ЭДС с помощью индукционного преобразователя 5 и усиливаются усилителем 6. Узкополосный фильтр 7 настраивается на частоту f , которая предварительно экспериментально определена как частота максимума спектральной плотности магнитного шума при механических напряжениях, равных нулю. На выходе фильтра 7 вoзниkaeт сигнал, пропорциональный эффективному напряжению магнитного шума на частоте анализа f . Этот сигнал поступает на вход дискриминатора 9, на выходе которого появляется сигнал только после того, как уровень сигнала с выхода фильтра 7 превысит уровень, задаваеьвлй дискриминатором. Сигнал с выхода дискриминатора поступает на вход ключа 10, который запускает генератор 11 качающейся частоты. Генератор качающейся частоты обеспечивает плавное изменение частоты настройки фильтра 7 от частоты f гп Д° частоты максимума спектральной плотности магнитного шума f при механических напряжениях, равных пределу текучести материала контролируемого изделия. Сигнал с выхода фильтра 7 поступает также на вход блока 8, в качестве которого может быть использован, например, пиковый вольтметр. Как показали исследования, для каждого материала имеется своя частота, на которой сигнал магнитного шума будет наибольшим. Перестройка частоты анализа, осуществляемая с помощью фильтра 7, позволяет производить контроль на максимальном сигнале, что повышает его точность. Применение предлагаемого способа позволяет значительно повысить отношение сигнал/помеха при контроле внутренних упругих напряжений. Особо эффективным способ оказывается при контроле напряжений в ферромагнетиках, имеющих константу магнитострикции, близкую к нулю, когда такие широко используемые магнитные параметры, как коэрцитивная сила, магнитная проницаемость в слабых и средних полях, остаточная индукция, оказываются нечувствительными к уровню в{1утренних напряжений. Формула изобретения Способ магнитсяиумового контроля механических напряжений ферромагнитных материалов с использованием электромагнитного преобразователя и приемно-преобразовательной схемы, заключгиощийся в том что контролируемый материал перемагничивают на инфранизкой частоте, вьаделяют скачки Баркгаузена, преобразуют их в ЭДС самоиндукции и регистрируют значение спектральной плотности магнитных шумов, отличающийся тем, что с целью повышения точности контроля, предварительно экспериментально Ьпределяют полосу частот максимумов спектральной плотности магнитных шумов при механических напряжениях, изменяющихся от нуля до предела текучести материала, а в процессе контроля материала частоту анализа магнитного шума приемно-преобразовательной схемы плавно изменяют в полосе частот, характеризующей диапазон мепанических напряжений, и по максиlutanbHOMy значению спектральной плотйости магнитного шума за цикл перемагничивания судят о величине-внутренних напряжений в изделии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Патент ГДР 71635,, кл. 42 к, 46/03, 1970.