Устройство для измерения магнитной анизотропии ферромагнитных материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля механических деформаций и напряжений по величине анизотропии магнитных свойст деталей и конструкций из феррома)- нитных материалов во всех областях машиностроения. Известно устройство для измерения анизотропии магнитных свойств, по величине которой определяют наг(ряжения и деформации в материале детали, содержащее электромагнитный датчик, магнитная система которого выполнена в виде Ш-образного магнитопровода, на среднем стержне которого расположены обмотка возбуждения и измерения -ИСТОЧНИК переменного тока и схему из мерения..М гнитопровод по вертикальной оси соединен с зипектродвигателем приводящим его во вращение. В измет рительной обмотке модулируется си1- нал, пропорциональный магнитной ани зотропии, по величине которой судят о состоянии материала детали tl1. Недостатком этого устройства является то, что наличие подвижных частей и токосъемника снижает его надежность в целом и точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения магнитной анизотропии ферромагнитных материалов, содержащее электромагнитный датчик, магнитная система которого выполнена в виде двух взаимно перпендикулярно расположенных -П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными .обмотками, подключенный к возбуждающим обмоткам блок питания в виде источника переменного тока, блок обработки и измерения сигнала, подключенный к индикаторным оЬмоткам, электронный коммутатор, вход которого подключен-к источнику переменного тока, а выход соединен с возбуждающими обмотками сердечников, напоимер П-образных. Сердечники датчика снабжены независимыми упругими пружинами 23. Известное устройство характеризу ется недостаточной точностью измерений из-за наличия электронного ко мутатора. Цель изобретения - повышение точ ности измерений анизотропии ферромагнитных материалов. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения маг нитной анизотропии ферромагнитных м териалов, содержащем электромагнитный датчик, магнитная система котор го выполнена в виде двух взаимно пе пендикулярно расположенных П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными обмотками, подключенный к возбуждающим обмоткам блокпи тания, блок обработки и измерения сигнала, подключенный к индикаторным обмоткам, .блок питания выполнен в виде источника двух переменных напряжений, каждая возбуждающая и индикаторная обмотки состоят из двух секций, расположенных симметри но с двух сторон от места соедине;ния сердечников, а выходы блока пит ния соединены с соответствующими во буждающими обмотками и входами блока обработки и измерения. На фиг. 1 представлена конструкция и принципиальная схема устройст ва-, фиг. 2 - векторная диаграмма преобразователя, установленного на анизотропном материале. Устройство содержит электрома - нитный датчик 1 в виде П-образных сердечников 2 и 3 соединенных крес тообразно под прямым углом, на кото рых размещены возбуждающие обмот ки и 5 и индикаторные обмотки 6 и 7 состоящие каждая из двух секций. Блок 8 питания выполнен, например, в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, к выходам 9 и 10 которого подключены обмотки возбуждения. Выходы блока 8 питания и индикаторные обмотки соединены также с блоком 11 обработки и измерения сигнала преобразователя Устройство работает следующим образом. Датчик 1 устанавливают полюсами сердечников на исследуемую поверхность (не показана) Включают блок питания, который запитывает обмотки и 5 возбуждения. Магнитные потоки, создаваемые этими обмотками направляются сердечниками 2 и 3 в исследуемый материал. Благодаря соединению сердечников под прямым углом и секционированию обмоток возбуждения векторы напряжённости составляющих магнитного поля образуют также прямой угол. Результирующий вектор напряженности Н- в материале имеет направление, которое определяется амплитудами составляющих напряженности. При синусоидальном возбуждении эти составляющие имеют вид X fb- Sin ujt и Н,; (Ь 3tt ujt . Задавая одинаковые максимальные значения амплитуд Н, а затем изменяя амплитуду одной составляющей по закону синуса угла измерения р между выбранным направлением начала отсчета и вектором Н-, а второй - по закону коси{г1уса этого же угла, обеспечивают поворот вектора М- с неизменной амплитудой без вращения самого датчика. Направлением вектора Н- определяется направление измерений. Величины электрических сигналов индикаторных обмоток 6 и 7 определяются проекциями вектора ма1- нитной индукции В на направления сердечников 2 и 3. Оба этих выходных сигнала подают в блок II обработки и измерения сигнала, в котором после интегрирования они поступают в схемы «компенсации начального сигнала измерительных обмоток (не показаны). Далее выходные сигналы поступают на входы вычислителя блока 11 обработки и измерения сигнала, который выполняет необход1 мые операции над сигналами, пропорциональными магнитным, индукциям В)( и В-. Таким образом, на выходе вычислителя получают напряжения, пропорциональные величинам интересующих параметров магнитной анизотропии в любом направлении, которое задается углом измерения fi . Этими параметрами являются - магнитная индукция В в материале (параметр, измеряемый в устройстве-прототипе) В т|в + В , магнитная проницаемость U. 6 составляющая магнит -н и j НОИ индукции В, нормальная к намагничивающему полю В Bs.ihci , где .d--fb-prarctcj (Ф, |И г. 2). 592 В качестве блока 8 питания удобно использовать синусо-косинусный враща ющийся трансформатор. Амплитуда напряжений на выходах трансформатора изменяется по законам синуса и косинуса угла измерения (5, который задается поворотом ротора трансформато ра относительно выбранного начала от счета. Этим углом (1 определяется по ложение вектора результирующего поля НА- 1(Н| + Ъ в исследуемом материале. Блок 8 питания может быть выполнен также в виде электронного генератора переменного напряжения с двумя выходами. Амплитуды напряжений на выходах можно регулировать по синусу и косинусу, например, с помощью потенциометров с переменным шагом н мотки. Схемы компенсации начального си1- нала выполнены по принципу компенсации, когда компенсируемый и компенсирующий сигналы выпрямляются, ftanравляются навстречу друг другу и выравниваются до полной компенсации. Устойчивая компенсация в данном устройстве достигается тем, что напряжения компенсации подаются с выходов блока питания, т.е. из цепи, которая формирует начальный сигнал. Компенсация начального сигнала для выбранного начала отсчета позволяет получить кривую анизотропии, исходящую из нуля, и расширить диапазон измерений. Предлагаемое устройство позволяет с большей надежностью и точностью снимать кривые магнитной анизотропии в ходе усталостного процесса непосредственно на рабочем объекте. Формула изобретения Устройство для измерения магнитной анизотропии ферромагнитных материалов, содержащее электромагнитный датчик, магнитная система которого выполнена в виде двух взаимно перпендикулярно расположенных П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными обмотками, подключенный к возбуждающим обмоткам блок питания, блок обработки и измерения сигнала, подключенный к индикаторным обмоткам, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, блок питания выполнен в виде источника двух переменных напряжений, каждая возбуждающая и индикаторная обмотки состоят из двух секций расположенных симметрично с двух сторон от места соединения сердечников, а выходы блока питания соединены с соответстЁующими возбуЛдающими обмот ками и входами блока обработки и измерения. Источники информации, принятые во внимание при экспедтизе 1.Зацепин Н,Н., Лухвич А.А., Мельгуй М.А. Физические методы неразрушающего контроля. Наука и техника,. 1979, с.31-3. 2.Авторское свидетельство СССР № 39783, кл. G 01 N 27/72, 197 (прототип) .