Магнитошумовое устройство для контроля механических напряжений Советский патент 1981 года по МПК G01N27/90 G01B7/24 

Изобретение относится к области неразрушающих испытаний и может применяться при экспресс-контроле механ ческих напряжений в ферромагнитных материалах и изделиях. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для магнитошумового контроля, содержащее последовательно сое диненные генератор низкой частоты, магнитошумовой преобразователь, фильтр и избирательный усилитель, а также блок индикации. Устройство позволяет осуществлять контроль механических напряжений ферромагнитных изделий р. Однако им невозможно производить автоматическое определение плоского напряженного состояния изделия, в связи с чем невозможно проведение ег экспресс-контроля. Целью изобретения является автома тическое определение плоского напряженного состояния изделия. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено включенным между выходом избирательного усилителя и входом блока индикации электронным блоком для построения модели круга Мора с вращающимся трансформатором, на оси которого закреплен магнитошумовой преобразователь. Это позволяет регистрировать максимальный и минимальный сигналы с избирательного усилителя, запоминать . их величины и соответствующие VM положения магнитошумового преобразователя и моделировать элементы круга Мора в виде сигналов, пропорциональных главным, нормальным и касательным напряжениям по любым двум взаимно перпендикулярным направлениям. К выходам модели круга Мора подключен блок индикации с семью индикаторами, фиксирующими значения всех параметров, необходимых для полной оценки плоского напряженного состояния- I На фиг. 1 изображена блок-схема магнитошумового устройства для контроля механических напряжений, позволяющего определять эти параметры с большим быстродействием при полной автоматизации измерений) на фиг.2 график параметров, совокупность которых дает полную характеристику плоского напряженного состояния. Параметрами, дающими полную характеристику плоского. напряженного состояния .контролируемого изделия, являются (J. главные напряжения; СГа -. ,нормальные напряжения по любым двум взаимно перпенди кулярным направлениям, f п, касательные напряжения по любым двум взаимно перпендикулярным направлениям, oi, - угол между направлением дей ствия наибольшего главного напряжения С и нормалью к площадке, на которой требуется определить текуише значения нормальных и касательных напряжений. Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 низкой частоты, магнитошумовой преобразователь 2, фильтр 3 высоких -частот, избирательный усилитель 4, электронный блок 5 для построения модели круга Мора с фиксатором экстремальных значений, главных напряжению и положения двух взаимно перпендикулярных осей элл1шса напряжений и блок 6 индикации с индикатором 7 наибольшего главного напряжения 0 , индикатором 8 главного напряжения (52, индикатором 9 нормального напряжения С1/, индикатором 10 нормального напряжениями, индикатором 1 I касательного напряжения Z/, индикатором 12 касательного напряжения f-tt и индикатором угла оС между направлением действия наибольшего главного напряжения (j к нормалью к контролируемой площадке. Электронный блок 5 для построения Kjpyra Мора имеет следующее строение: дифференцирующее звено 14 соединено с двоичным счетчиком 15, один выход которого .подключен к коммутатору 16, соединенному с модулятором 17, а вто рой выход,- к коммутатору 18, соединенному с модулятором 19. Модуляторы 17 и 19 подключены к блоку 20 сравне ния, соединенному выходом с сумматоППП у V ti J WnCnnwiViy JODIAUM V V-Jl Cl 1 J poM 21, инвертором 22, сумматором 23 14 и индикаторами 7 и 8. Вход сумматора 23 подключен также к выходу инвертора 22, а выход - к вращающемуся трансформатору 24, косинусная обмотка которого соединена с сумматором 25, соединенным выходом с индикатором 9, а также через инвертор 26 с сумматором 27, соединенным с индикатором 10. Синусная обмотка трансформатора 24 соединена с индикатором 11 и через инвертор 28 с индикатором 12. Вращающийся трансформатор. 29 соединен электрически по входу через блок 30 управления со счетчиком 15, а по выходу через дешифратор .31 с индикатором 13. Ротор трансформатора 29 механически соединен с преобразователем 2, а через редуктор 32 с вращающимся трансформатором 24.. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 низкой частоты запитывает преобразователь 2, который вращается вокруг своей вертикальной оси с помощью трансформатора 29 блока 5. С изменением угла поворота преобразователя 2 изменяется угол между направлениями механических и магнитных сил, а следовательно, и величина выходного сигнала преобразователя 2. При совпадении направлений она макси- . мальна, а при расхождении направлений этих двух сил на угол 90 - минимальная. Этот сигнал через фильтр 3 высоких частот и избирательный усилитель 4, настроенный на наиболее информативную частоту сплошного спектра ЭДС скачков Баркгаузена подается на блок 5 с фиксатором экстремальных значений главных напряжений и положений двух взаимно перпендикулярных осей эллипса напряжений. Блок 5 позволяет регистрировать максимальный и минимальный сигналь, запоминать их величинь и соответствующие им положения преобразователя 2 (угол oi} и моделировать элементы круга Мора в виде сигналов,. пропорциональных главным напряжениям 6С( и Gg. я также нормальным (Г - 11 gl-gjL СОе2оС ( Л - -Т. otjiи касательным t-d.,|,, взаимно перпендикулярньм напряжениям JO Э jrjj.juiiuii-i ii ,по любым двум направлениям Промодулированные сигналы поступают на индикаторы 7-13 блока 6, позволяющие регистрировать все параметры, необходимые для полной оценки плоского напряженного состояния l 2. oi Указанные функции в блоке 5 для .построения модели круга Мора реализуются следующим образом. Дифференцирующее звено 14 на входе фиксирует моменты прохождения текущих значений спектральной плотности мощности магнитного шума через экстремальные значения и подает при . этом сигналы на двоичный счетчик 15, который открывает коммутатор 6 при появлении первого экстремального зна чения и пропускает его на модулятор 17, выдающий сигнал в виде синусоидального напряжения с амплитудой,пропорциональной величине первого экстремального значения главного напряжения. При появлении второго экст ремума счетчик 15 открывает коммутатор 18, который пропускает его на модулятор 19, выдающий сигнал, пропорциональный величине второго экстремального значения главного напряжения. Сигналы с обоих модуляторов подаются на блок 20 сравнения, который различает большее и меньшее экст ремальные значения и выдает их на ин дикаторы 7 и 8, Кроме того/оба сигна ла поступают на сумматор 21, реализзпощий функцию -у а также через инвертор 22 подаются jia сумматор 23, реализующий функцию . С сумматора 23 Сигнал подается на вращающий ся трансформатор 24, с косинусной об мотки которого снимается сигнал cos2 oL и подается на сумматор 25 (второй вход которого соединен с сумматором 21), реализующий функцию ,. J2ir6icos2, T.e.Ga, а также черезинвертор 26 на сумматор 27, второй вход которого соединен с сумматором 21 для реализации функции 014012 ео S 2 оС т. е. С-р . С, синусной обмотки вращающегося трансформатора 24 сигнал sInZoC подается на индикатор 11 (t) , а через инвертор 28 на индикатор 12 (Tg) Вращающийся трансформатор 29 под воздействием блока 30 управления свя занного со счетчиком 15, вращает пре образователь 2, останавливает его . 16 после второго экстремума, а также через дешифратор 31 выдает на индикатор 13 сигнал, пропорциональный углу «С (в схеме не показан). Ротор 3toro трансформатора 29 механически жестко связан через редуктор 32 с передаточным отношением 1-2 также с вращающимся трансформатором 24, реализующим функции синуса и косинуса двойного аргумента 2.. Введение блока для построения модели 5 круга Мора с фиксатором экстремальных значений главных напряжений и положений двух взаимно перпендикулярных осей эллипса напряжений и индикаторрв параметров плоского напряженного состояния дает возможность полной оценки плоского напряженного состояния и определение всех его параметров (6, (тз., С, (В в короткий промежуток времени и с полной автоматизацией измерений. Устройство позволяет измерять механические напряжения в их чистом виде, а не по деформациям, как это принято например при измерении с тензометрами. Устройство может также использоваться как средство экспресс-контроля напряженных соединений .(от дорн.ования, . запрессовки и т.д.), как в процессе изготовления изделий, так и при их эксплуатации, что снижает процент брака и повышает надежность изделий. Формула изобретения Магнитошумовое устройство для контроля механических напряжений, содержащее последовательно соединенные генератор низкой частоты, магнитошумовой преобразователь, фильтр и избирательный усилитель, а также блок индикации, отличающееся тем, что, с целью автоматического определения плоского напряжения состояния изделия, оно снабжено включенным между выходом избирательного . усилителя и входом блока индикации электронным блоком для построения модели круга Мора с вращающимся трансформатором, на оси которого закреплен магнитошумовой преобразователь. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 549729, кл. G 01 N 27/72, 1975 (прототип).

Фг/г. /

4 ч

/ / /

и,

Фиг..1