Устройство для магнитошумового контроля твердости ферромагнитных материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N27/90 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТОШУМОВОГО КОНТРОЛЯ ТВЕРДОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерений твердости термообработанных изделий из углеродистых сталей магнитошумовым методом.

Известно устройство для магнитошумового контроля ферромагнитных изделий, содержащее соединенные последовательно генератор, преобразователь, избирательный усилитель, квадратичный детектор, блок стробирования, синхронный детектор, и индикатор И.

Недостатком известного устройства является низкая точность контроля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для магнитошумового контроля твердости ферромагнитных материалов , содержащее соединенные последовательно источник перемагничивающего тока, индукционный преобразователь, фильтр верхних частот, широкополосный усилитель и детектор, а также образцовый резистор, один вывод которого подключен к намагничивающей обмотке индукционного гч еобразователя, а второй заземлен, соединенные последовательно фазовый регулятор, вход которого соединен с незаземленным концом образцового резистора, и удвоитель частоты, триггер и блок индикации Г2 .

Недостатком данного устройства является также низкая точность контроля и отсутствие цифровой индикации результата измерений.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

Указанная цель достигается тем,

to что устройство снабжено соединенньми последовательно блоком интегрирования и первым пороговым блоком, включенньми между выходом детектора и R-входом триггера, вторым пороговые 15 блоком, включенным между выходсм удвоителя частоты и S-входом триггера, соединенными последовательно генератором тактовых импульсов, первой схемой И, второй вход которой соеди

20 нен с выходом триггера, и второй схемой И, выход которой подключен к блоку индикации, соединенными последовательно формирователем, вход которого соединен с незаземленньм концом

25 образцового резистора, третьей схемой и и первым двоичным счетчиком,выход которого соединен со вторыми входами второй и третьей схем И, и блоком синхронизации,.- включенным меж30ду выходом фос 1ирователя и входом установки счетчика, а блок индикации выполнен в виде соединенных последовательно второго двоичного и десятич ного счетчиков, дешифратора, классификатора и сигнального табло, и цифрового табло, подключенного к выходу дешифратора, а также тем, что частота генератора тактовых импульсов F, выбрана из соотношения i-,(mtij-n ., а фаза Ч отрицательного переключаю щего RS-триггер) фронта выходного им пульса второго порогового блока выбрана из соотношения HI-H, где - круговая частота перемагничивающего поля, Гц; Н , максимальное и минимальное возможные значения твердости изделий) . фазы возникновения ЭДС маг нитного шума для значений ii и Н соответственно,m, п - числа разрядов первого и второго двоичных счетчиков соответственно. , Jia фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и з- эпюры напряжений в различных точках устройства. Устройство содержит соединенные .последовательно источник 1 перемагни чивающего тока, индукционный преобразователь 2, состоящий из намагничивающей и измерительной обмоток 3 и 4, фильтр 5 верхнигс частот, широкопо лосный усилитель б, детектор 7, блок 8 интегрирования, первый пороговый блок 9 и триггер 10. Ко второму выводу намагничивающей обмотки 3 подключены соединенные по следовательно фазовый регулятор 11, удвоитель 12 частоты и второй порого вый блок 13, выход которого подключе к входу триггера 10, а также образцо вый резистор 14, второй выход которо го заземлен, и соединенные последовательно формирователь 15, третья схема 16 И и первый двоичный счетчи 17. Между выходом формирователя. 15 и входом установки первого двоичного счетчика 17 включен блок 18 синх оонизации. Выход триггера 10 подключен ко входу первой схемы 19 J4, ко второму входу которой подключен генератор 20 тактовых импульсов. Выход первой схемы 19 И подключен к соединенным последовательно второй схеме 21 И и блоку 22 индикации, состоящим из соединенных последовательно второго двоичного счетчика 23, десятичного счетчика 24, дешифратора 25i класси фикатора 26 и сигнального табло 27, и цифрового табло 28, подключенного к выходу дешифратора 25. Устройство работает следующим образом. Источник 1 перемагничивающего тока создает переменный синусоидальный ток с частотой в намагничивающей обмотке 3 индукционного преобразователя 2, который, в свою очередь,возбуждает переменное магнитное поле Нpep(эпюра 29 фиг. 2), циклически перемагничивающее контролируемое изделие (не показано). При этом в изделии периодически (дважды за цикл перемагничивания) возникают скачки Баркгаузена, наводящие импульсы ЭДС в измерительной обмотке 4 индукционного преобразователя 2. Эта ЭДС фильтруется фильтром 5 верхних час- . тот, усиливается широкополосным усит лителем 6, детектируется амплитуд-ным детектором 7 и интегрируется блоком 8 интегрирования. Таким образом формируется огибающая текущего спектра напряжения магнитного шума (эпюры 30 и 31). При конт-роле наименее твердого изделия, имеющего наименьшую напряженность поля старта HQ-T.-I а родышеи обратного перемагничивания,скачки намагниченности возникают в точке А (эпюра 29), а для наиболее твердого изделия, имеющего наибольшую напряженность поля старта Нст.г1 Н., скачки намагниченности возникают в точке В (эпюра 29). Соответственно и напряжения магнитного шума Кц, (эпюра 30) и Uurj (эпюра 31) возникают в точках а и Ъ Напряжение магнитного шума с выхода блока 8 интегрирования поступает на вход первого порогового блока 9 с порогом срабатывания ипло( 30 и 31). При условии Цц, « УП.(О происходит переключение первого порогового блока 9, поэтому на его выходе° действует нап йяжение в форме прямоугольных импульсов. При перемагничиваний наименее твердого изделия переключение первого порогового блока 9 происходит в точках d/j (эпюры 30 и ЗЗ, а при контроле наиболее твердого изделия переключение происходит в точкакЛз и b,j,( эпюры 31 и 34). При этом отрицательные фронты выходного напряжения первого порогового блока 9 и, и (эпюры 33 и 35) соответствуют во времени с некоторой погрешностью uTv, или U Т (эпюры 30 и 31) моменту достижения перемагничивающим полем НпвР напряженностей поля старта {точка А) или (точка в), т.е. фазы Ч и ч (эпюры 33 и 34) переключения первого порогового блока 9 равны фазам возникновения ЭДС магнитного шума для наименее и наиболее твердых контролируемых изделий (эпюры 30 и 31) и точки А и В соответственно. Напряжение с образцового реэисто ра 14, синхронное с перемагничивающим полем Н nepf поступает через фазорегулятор 11 на вход удвоителя 12 частоты, на выходе которого действует синусоидальное напряжение Ua (эпюра 32) с круговой частотой 2а)п. Это напряжение поступает на вход вто рого порогового блока 13, переключаю щегося при условии и Un/jg, при этом на его выходе действует опорное напряжение U в форме прямоугольных импульсов, переключение которого про исходит в точках с и с2 (эпюра 32 и 35), а фазы точек переключения, в частности фаза Q точки с, определяется настройкой фазорегулятора 11. Импульсное напряжение u}, или U с в ыхода первого порогового блока 9 поступает на один вход RS-триггера 10 (эпюра 33 и 34), а импульсное опорное напряжение UQ с выхода второго порогового блока 13 (эпюра 35) поступает на другой вход триггера 10. Отрицательные фронты входных напряжений осуществляют переключение триггера 10, при этом на выходе триг гера действуют положительные прямоугольные строб-импульсы DC, (эпюра 36) или Ut (эпюра 37), длительност которых fci или 01 определяется разностью фаз или импуль сы поступают на первый вход первой схемы 19 И, на второй вход которой поступают прямоугольные положительны тактовые импульсы UT (эпюра 38) с выхода генератора 20 тактовых импуль .сов. Частота следования этих импульсов равна F .Поскольку 2Рпе(где частота перемагничивания) ,первая схема 19 И осуществляет первое стробирование тактовых импульсов и выходными импульсами триггера 10 Ue или Up.. На выходе первой схемы 19 И действуют пачки положительных тактрвых. импульсов UT-, (эпюра 39) или UT/I (эпюра 40), длительность пачек пр этом равнао5 или1Гс2, т.е. число тактовых импульсов в каждой пачке пропорционально фаэовому сдвигу Чд-ч ил fo- aНапряжение с образцового резистора 14 (эпюра 41 фиг. 3, штриховая кривая 1) поступает на вход формирователя 15, формирующего положитель ;1ые прямоугольные импульсы Цр (эпюра 41, сплошная кривая 2), следующие с частотой перемагничивания. Эти импульсы поступают на первый вход . третьей схемы 16 И и на вход блока :18 синхронизации. При.поступлении ко манды Запуск блок 18 синхронизации одним (и только одним) импульсом (эпюра 41) запускает первый двоичный счетчик 17. До начала счета на инверсном выходе счетчика 17 действительно напряжение логического нуля, запиравшее третью схему 16 И, поэтому импульсы Un с первого входа третьей схемы 16 И не проходили на счетный вход первого двоичного счетчика 17. После запуска счетчика на его инверсном выходе появляется напряжение логической единицы и импульсы Un через третью схему 16 И проходят на счетный вход двоичного счетчика 17. За время счета на его выходе формируется положительный строб-импульс Ucu (эпюра 42), длительность которого определяется емкостью первого двоичного счетчика 17. При повторном поступлении сигнала Запуск цикл повторяется. Строб-импульс и с а поступает на второй схемы 21 И, на первый вход которой поступают пачки тактовых импульсов и т или ит2(эпйры 39 и 40). Вторая схема 21 И осуществляет стробирование нш ряжений и или UT j строб-импульсШ Uc/i (второе стробирование напряжения ит генератора тактовых импульсов) . На выходе второй схемы 21 .И действует импульсное напряжение Чы«; 33 и 44) .представляющее Собой последовательность пачек так ез/вых импульсов, причем все пачки э«ой последовательности имеют одинаковую длительность (содержат одинаковое число тактовых импульсов), а числе пачек в этой последовательности яостоянно и определяется емкостью первого двоичного счетчика 17. При общее число тактовых импульсов в эфой последовательности определяемся значениями фаэЧо и f (илиЧ(). импульсы с выхода второй схемы 21 И поступают на счетный вход -второго д&оячкого счетчика 23, вепресолвно pa6oTaf«Etero в режиме деления частоты. CEpHMeHeitfie второго двоичного счетчика 23 связано с наличием флуктуации, напряже нностей поля старта, приводя14Их к различию значений фаз возникновения скачков намагниченности в различных полуциклах перемагничивания. Деление частоты в данном случае эквивалентно отбрасыванию последних значащих цифр в многозначном числе-результате счефа за цикл контроля. Выходное напряжение второго двоичного . счетчика 23 поступает на счетный вход десятичного счетчика 24, а с его выхода - через дешифратор 25 на цифровое табло 28. По окончании цикла контроля на цифровом табло 28 нндицируется результат измерения в единицах твердости. После поступления команды Сброс на десятичный счетчик 24 устройство готово к новому циклу контроля,для проведения которого необходимо подать команду Запуск на первый двоичный счетчик 17. Сигнс1л (совокупность сигналов) с выхода дешифратора 25 поступает также через классификатор 26 на сигнаипьное табло 27, на котором по результатгил

классификации включается световой сигнал Годен или Брак.

Формула изобретения

входом установки счетчика, а блок индикации выполнен в виде соединенных последовательно второго двоичного и десятичного счетчиков, дешифратора, классификатора и сигнального табло, и цифрового табло, подключенного к выходу дешифратора.

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что частота генератора тактовых импульсов F выбрана из соотношения

n

i rtCmtiJ-ri

а фаза о отрицательного (переключаю5 щего RS-триггер) фронта выходного импульса второго порогового блока выбрана из соотношения

HiiV:H,ji/a

где круговая частота перемагничивающего поля, Гц,H,H,j- максимальное и минимальное (возможные) значения твердости изделий;

фазы возникновения ЭДС магнитного шума для значений Н :, и Hf соответственно; m, п - числа разрядов первого и второго двоичных счетчиков

соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе,

1,Авторское свидетельство СССР ,728073, кл. G 01 N 27/86, 1978.

(прототип).

2

X

f3

Ч-Ч

-ci

.

ч

t