Устройство для неразрушающего контролья напряжений в ферромагнитных материалах

 

Изобретение относится к области электрических и магнитных измерений и может быть использовано для контроля напряжений при плосконапряженном состоянии в изделиях из ферромагнитных материалов, а также для их структуроскопии. Целью изобретения является повышение точности контроля. Магнитопровод 1 содержит диск 10 с отверстием 11 и полюсные наконечники 12-15, на которых расположены секции намагничивающей обмотки 16, которые подключаются к выходу источника 3 через коммутатор 2 так, что вектор поля в образце занимает четыре положения, угол между которыми составляет 45°. Сигнал с катушки 4 усиливается усилителем 5, поступает на анализатор 6 спектра и аналого-цифровой преобразователь 7 и фиксируется в вычислительном блоке 8. Результат выводится на табло индикатора 9. Повышение точности контроля достигается за счет разделения сигналов, обусловленных механическими напряжениями и структурой материала. 3 ил.

С01ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТЪИЕСНИХ

РЕСПУБЛИК „4 G 01 N 27/72

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4290015/24-21 (22) 27.07.87 (46) 07.09.89. Бюл. Р 33 (71) Институт прикладной физики АН

БССР (72) В.Л. Венгринович, В.Н. Бусько, В.Л. Цукерман, Б.Я. Винокуров и Т.Н. Гаврилова (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1221576, кл. G 01 N 27/82, 1984.

Патент США У 3783370, кл. 324-34, 0I.0I.74. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО

КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ

МАТЕРИАЛАХ (57) Изобретение относится к электрическим и магнитным измерениям и может быть использовано для контроля напряжений при плосконапряженном состоянии в иэделиях иэ ферромагнитных матерна„„SU„„1506344 А 1 лов, а также для их структуроскопии.

Целью изобретения является повышение точности контроля. Магнитопровод 1 содержит диск 10 с отверстием 1 1 и полюсные наконечники 12 - 15, на которых расположены секции намагничнвающей обмотки 16, которые под" ключаются к выходу источника 3 через коммутатор 2 так, что вектор поля в образце занимает четыре положения, угол между, которыми составляет 45 .

Сигнал с катушки 4 усиливается усилителем 5, поступает на анализатор 6 спектра и аналого-цифровой преобразователь 7 и фиксируется в вычислительном блоке 8. Результат выводится на табло индикатора 9. Повышение точности контроля достигается за счет разделения сигналов, обусловленных механическими напряжениями и структурой материала. 3 ил.

1506344

Изобретение относится к области электрических и магнитных измерений и может быть использовано для контро77я напряжений при плосконапряженном состоянии в изделиях из ферромагнитных материалов, а также для их структуроскопии.

Цель изобретения — повышение точности контроля за счет разделения 10 сигналов, обусловленных напряжениями. и структурой материала.

На фиг ° 1 приведена функциональная схема устройства для неразрушающего контроля напряжений; на фиг. 2 — схе- 15 мы функционирования отдельных элементов устройства на различных этапах одного цикла измерения: а) магнитной цепи в зоне контролируемого участка изделия; б) изменения тока н четырех 20 секциях намагничивающей обмотки; в) коммутатора, обеспечивающего связь источника переменного тока и секций намагничивающей обмотки; на фиг. 3 градуировочная кривая зависимости сигнала V от величины напряжений.

Устройство состоит из магнитоировода 1, коммутатора 2, источника 3 питания переменного тока, имеющего стабилизированный по напряжению выход. 0

В межполюсном пространстве магнитопровода 1 расположена катушка 4 регистрации скачков Баркгаузена, подключенная к блоку обработки и анализа шумового сигнала в виде широко- 35 полосного усилителя 5, анализатора 6 спектра, аналого-цифрового преобразователя 7, вычислительного блока 8 и индикатора 9. Вторым выходом блок 8 подключен к второму входу коммутато- 40 ра 2, которым он управляет. Г1агиитопровод 1 выполнен в виде диска 10 с центральным отверстием 11 и полюсных наконечников 12-15, на которых расположены секции 16-19 намагничивающей 45 обмотки 20.

Процесс измерения основан на том, что при плосконапряженном состоянии сумма главных напряжений б, и й7 ранна сумме двух других взаимно перпендикулярных напряжении Ь (и 6 н этой же плоскости

bi+ Ü7. = 6 d + &1 (1) и на следующих допущениях: а) сигнал преобразователя состоит из двух аддитинных составляющих

v =v + av (2) где V — составляющая, обусловленная

G упругими напряжениями;

dV — приращение, обусловленное отклонением структуры материала, например, фазового состава, величины зерна, степени пластической деформации; б) напряжения, а следовательно, и составляющая V аниэотропны,,тс,гда

6 как структурная компонента Л7с изотропна; н) существует зависимость компоненты сигнала V от величины напряжений (фиг. 3), которая может быть использована в качестве градуироночной. Пользуясь этой кривой и зная компоненс ту 4V, можно получить величину напряжений 6

Ь= f(V ), (3)

Подставляя (3) и (2) в (1), получают

f(V 4Чс) + f (Ч Л7 )

d ((1(-4V ) + f (V -gV ) (4) где V1 V7 V и Vp — это измеряемыи параметр ЭДС от скачков намагниченности при направлении иеремагничивающего поля вдоль соответственно главных направлений и направлений под углами o(и р соответственно. Нелинейное уравнение (4) не может быть разрешено относительно компоненты 4V

Последняя может быть приближенно определена численным методом последовательных приближений (итерационный процесс) с использованием градуироночного графика V = q(6) (Ус.тройстно работает следующим образом.

Г1агнитопронод ) устанавливается на изделие так, что направления противолежащих наконечников 12 — 15 совпадают с главными направлениями. Секции !6-19 обмотки 20 через коммутатор 2 подключаются к источнику 3 (фиг. 2). Весь цикл измерений состоит из четырех этапов:

Этап I ° Все секции обмотки 20 запитаны синфазно. Секции 16 17, 18 и 19 включены параллельно. Распределение магнитных силовых линий в иэделии показано на фиг. 2а. В зоне расположения катушки 4 вектор магнитной индукции В будет направлен приблизительно под углом 45 (по часовой стрелке) к оси Х. Шум перемагничивания усиливается в усилителе 5, иэ него выделяется заданная спектральная составляющая V с помощью анализатора 6, значение которой преобразуется

1506344 6

Иc„)„+ (G ). 7 ((, ) „+ (а )„3 не станет меньше наперед заданного значения. После этого вычисления прекращают. Найденные напряжения будут истинными. Полученная величина ЛЧс характеризует влияние структурного фактора, например в сварных соединениях.

При измерениях на двухосно деформированной пластине вдоль направления главных напряжений получают V, =0,98;

V = 0,45. По графику (фиг. 3) .6, 136 10 Н/м, 6 = -94 10 Н/м что соответствует результатам, полученным известным способом. Расчет методом последовательных приближений с использованием двух дополнительных измерений (V 4 . = 0,65; V .= 0,6) дает й,= 32 10 Н/м и =-215 .IO Н/

/м . Измерение напряжений путем разрезания пластины дает значения иаб пряжений: о,= 36 10 Н/м; 6< =

= — 196 10 Н/м . Погрешность не превышает 103, тогда как в известном способе она составляет несколько сот процентов. Получена также величина

dV = 0,17, в цифровой код с помощью преобразователя 7 и поступает в оперативную память блока 8. После заполнения ячейки памяти блок 8 подает команду на

5 коммутатор 2 для переключения обмоток и перехода к второму этапу.

Этап II. Источник 3 подключается к секциям 17 и 19 (фиг. 2б, в). Распределение магнитного потока соответ- 10 ствует фиг. 2а. Направление вектора индукции В показано стрелкой. По аналогии с этапом I измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала Ч °

Этап III. Измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала

V при соединении секции согласно фиг. 2в.

Этап IV. Измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала V/1 при соединении секций согласно фиг.2в

Последовательность этапов может быть изменена. После реализации эта- 25 па IV дается команда на включение арифметико-логического устройства (АЛУ) — вычислительного блока 8, реализующего вычислительный алгоритм определения Я и величин Ч, Ч, V < gp

C и Ч и использующего градуировочную

/Ь кривую величин 6, и 6 (фиг. 3), которые необходимы для идентификации плосконапряженного состояния контролируемого изделия. Эти величины и величина 4ЧС выводятся на табло индикатора 9. Отверстие 11 обеспечивает требуемое направление потока в иэделии. Алгоритм работы блока 8 или порядок расчета искомых напряжений 4р в случае, если они проводятся вручную, по показаниям блока 8 следующий.

Принимают нулевое приближение фЧ ) произвольно или исходя иэ априорных данных. 45

Вычисляют составляющие сигналов (V т)о Ч1 (dV )о (V ), = V — (аЧ ),. (V,), = V> — (ЛЧ ),; (V ), - Ч„- УЧ ), 50

По графику (фиг ° 3) определяют нулевые приближения значений (5, ) о (Ц,; (Б,); (611), с учетом знака и подставляют их в равенство (6,), + (6), (), + (а„). °

Если это равенство не удовлетворяется, то выбирается первое приближеС ние (Ю ), и все операции повторяются до тех пор, пока разность

Таким образом, предлагаемое устройство повьппает точность и достоверность контроля напряжений при плосконапряженном состоянии за счет разделения вкладов в сигнал преобразователя, обусловленных напряжениями и структурой контролируемого материала.

Формула изобретения

Устройство для неразрушающего контроля напряжений в ферромагнитных материалах, содержащее источник питания переменного тока, намагничивающую обмотку, размещенную на магнитопроводе, и катушку регистрации скачков Баркгауэена, расположенную между полюсами магнитопровода и подключенную к входу блока обработки и анализа шумового сигнала, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьппения точности контроля, оно снабжено коммутатором, магнитопровод выполнен в виде диска с центральным круглым отверстием и четырьмя полюсными наконечниками, расположенными на концах взаимно перпендикулярных диаметров диска, а намагничивающая обмотка выполнена. в виде четырех секций, со1506344

Рис. Я

Сжалиа

Составитель С. Шумилишская

Редактор А. Козориэ Техред М.Ходанич Корректор Т,Малец

Заказ 5422/45 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Ъ единенных попарно-согласно, размещенных на противоположных полюсных наконечниках и подключенных к выходам м м /

I в

dJ

Е коммутатора, вход которого соединен с выходом источника питания переменного тока.

:Е