Устройство для магнитошумового контроля твердости ферромагнитных материалов

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<>864107 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 211279 (21) 2856300/25-28 (З1) и. Кл. с присоединением заявки ¹

G 01 N 27/90

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150981. Бюллетень N9 34 (53) УДК 620.179..14(088.8) Дата опубликования описания 15D981 ф., МР% и E. À. Вол(М ичев

1 )

Ростовский-на-Дону научно-исслед вательскйй институ технологии машиностр (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МАГНИТОШУМОВОГО КОНТРОЛЯ

ТВЕРДОСТИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к нераэрушающему контролю и может быть использовано для измерений твердости термообработанных изделий иэ 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 $11, Недостатком известного устройства является низкая точность контроля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для магнитошумового контроля твердости ферромагнитных материалов, содержащее соединенные последо. вательно источник перемагничивающего тока, индукционный преобразователь, фильтр верхних частот, широкополосный усилитель и детектор, а также образцовый резистор, один вывод которого подключен к намагничивающей обмотке индукционного гьреобраэователя, а второй заэемлен, соединенные после" довательно фазовый регулятор, вход которого соединен с неэаземленным концом образцового резистора, и удво- итель частоты, триггер и блок индикации Ã23 °

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

Цель изобретения — повьааение точности контроля.

Указанная цель достигается тем, © что устройствО снабжено соединенными последовательно блоком интегрирования и первым пороговым блоком, включенными между выходом детектора и й-входом триггера, вторым пороговым

15 блоком, включенным межщу выходом удвоителя частоты и S-входом триггера, соединенными последовательно генератором тактовых импульсов, первой схемой И, второй вход которой соедиЮ нен с выходом триггера, и второй схемой И, выход которой подключен к блоку индикации, соединенными последовательно формирователем, вход которого соединен с незаземленным концом образцового резистора, третьей схемой И и первым двоичным счетчиком,выход которого соединен со вторыми входами второй и третьей схем И, и блоком синхронизации,. включенным мем30 ду выходом формирователя и входом ус864107 тановки счетчика, а блок индикации выполнен в виде соединенных последовательна 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

F =

1 2(m+1) 10 а фаза Ч отрицательного (переключающего RS -триггер) фронта выходного импульса второго порогового блока выбрана из соотношения

15 н „- н, а Н -н, В ход триггера 10 подключен ко

S$ входу первое схемы тр р, ко второму входу которой подключен генератор 20 тактовых импульсов. Выход первой схемы 19 И подключен к соединенным последовательно второй схеме 21 И и 40 блоку 22 индикации, состоящим из соединенных последовательно второго двоичного счетчика 23, десятичного счетчика 24, дешифратора 25, классификатора 26 и сигнального табло 27, Я где iv — круговая частота перемагничивающего поля, Гц;

Н„, Н - максимальное и минимальное возможные значения твердости изделий;

Ч„,Ч - фазы возникновения ЭДС магнитного шума для значений

Н„ и Н соответственно;

m, n — числа разрядов первого и второго двоичных счетчиков соответственно.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, на 30 фиг. 2 и 3 — эпюры напряжений в различных точках устройства.

Устройство содержит соединенные . последовательно источник 1 перемагничивающего тока, индукционный преоб- 35 разователь 2, состоящий из намагничивающей и измерительной обмоток 3 и

4, фильтр 5 верхних частот, широкополосный усилитель б, детектор 7, блок

8 интегрирования, первый пороговый блок 9 и триггер 10.

Ко второму выводу намагничивающей обмотки 3 подключены соединенные последовательно фазовый регулятор 11, удвоитель 12 частоты и второй пороговый блок 13, выход которого подключен «» к входу триггера 10, а также образцовый резистор 14, второй выход которого заземлен, и соединенные последовательно формирователь 15, третья схема 16 И и первый двоичный счетчик SO

17. Между выходом формирователя 15 и входом установки первого двоичного счетчика 17 включен блок 18 синхоонизации. 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

Н„ р(эпюра 29 фиг. 2), циклически перемагничивающее контролируемое изделие (не показано). При этом в иэделии периодически (дважды за цикл перемагничивания) возникают скачки

Баркгаузена, наводящие импульсы ЭДС в измерительной обмотке 4 индукционного преобразователя 2. Эта ЭДС фильтруется фильтром 5 верхних частот, усиливается широкополосным уси-. лителем б, детектируется амплитудным детектором 7 и интегрируется блоком

8 интегрирования. Таким образом формируется огибающая текущего спектра напряжения магнитного шума (энюры

30 и 31), При контроле наименее твердого иэделия, имеющего наименьшую напряженность поля старта Нот „зародышей обратного перемагничивания,скачки намагниченности возникают в точке A (эпюра 29), а для наиболее твердого изделия, имеющего наибольшую напряженность поля старта Ндт > Н скачки намагниченности вознйкают в точке В (эпюра 29). Соответственно и напряжения магнитного шума U (эпюра 30) и Ощ (эпюра 31) возникают в точках и Ь . !

Напряжение магнитного шума с выхода блока 8 интегрирования поступает на вход первого порогового блока

9 с порогом срабатывайия НП 1.(эпюры

30 и 31). При условии 0 вв Мп д происходит переключение первого порогового блока 9, поэтому на его выходедействует напряжение s форме прямоугольных импульсов. При перемагничивании наименее твердого иэделия переключение первого порогового блока

9 происходит в точках с,,и с (эпюры

30 и 33, а при контроле наиболее твердого иэделия переключение происходит в точках Ъ„ и Ь (эпюры 31 и 34), При этом отрицательные фронты выходного напряжения первого порогового блока 9 О„ „и 0„"„ (эпюры ЗЗ и 35) соответствуют во времени с некоторой погрешностью ДТ„или ь Тд (эпюры 30 и

31) моменту достижения перемагничивающим полем Нд р напряженностей поля старта Ндт„(точка А) или Нст„ (точка В), т.е. фазы Ч„ и Ч (эпюрй 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 A и В соответственно.

864107

Напряжение с образцового резисто ра 14, синхронное с перемагничивающим полем Н р р, поступает через фазорегулятор 11 на вход удвоителя 12 частоты, на выходе которого действует синусоидальное напряжение Uo. 5 (эпюра 32) с круговой частотой 2<и„.

Это наПряжение поступает на вход вто рого порогового блока 13, переключающегося при условии U = 0„ при этом на его выходе действует опорное напряжение U в форме прямоугольных импульсов, переключение которого происходит в точках с è с> (эпюра 32 и 35), а фазы точек переключения, в частности фаза Ч точки с, определяется настройкой фазорегулятора 11. 15

I 11

Импульсное напряжение UÄ, или U« с выхода первого порогового блока 9 поступает на один вход RS-триггера

10 (эпюра 33 и 34), а импульсное опорное напряжение 00 с выхода вто- 20 рого порогового блока 13 (эпюра 35) поступает на другой вход триггера

10. Отрицательные фронты входных напряжений осуществляют переключение триггера 10, при этом на выходе триг- yg гера действуют положительные прямоугольные строб-импульсы 0о (эпюра

36) или U „ (эпюра 37), длительность которых ic. или q<определяется разностью ф з 4о- „или Уо Р . Эти имауль 30 сы поступают на первый вход первой схемы 19 И, на второй вход которой ,поступают прямоугольные положительные тактовые импульсы U (эпюра 38) с выхода генератора 20 тактовых импуль-З сов. Частота следования этих кмпуяьсов равна F .Поскольку Г,Р 2Гр Д(где

Гюр частота перемагничивания),первая схема 19 И осуществляет первое стробирование тактовых импульсов 0 выходными импульсами триггера 10 u @ 40 или U . На выходе первой схемы 19 И действуют пачки положительных такто-. вых. импульсов 0 -„(эпюра 39) илк

0т (эпюра 40), длительность пачек при этом равная „или с, т.е. число так- 4g товых импульсов в каждой пачке пропорционально фазовому сдвигу Мд-М, или f0 trace

Напряжение с образцового резистора 14 (эпюра 41 фиг. 3, штриховая кривая 1) поступает на вход формирователя 15, формирующего положитель ные прямоугольнйе импульсы Ор (эпюра

41, сплошная кривая 2), следующие с частотой перемагHHRHBBHHR, Эти импульсы поступают на первый вход третьей схемы 16 И и на вход блока 18 синхронизации. При.поступлении команды "Запуск " блок 18 синхронизации одним (и только одним) импульсом (эпюра 41) запускает первый двоичный 40 счетчик 17. До начала счета на инверсном выходе счетчика 17 действительно напряжение логического нуля, запиравшее третью схему 16 И, поэтому импульсы U„ ñ первого входа . 65 третьей схемы 16 И не проходили на счетный вход первого двоичного счет чика 17. После запуска счетчика на его инверсном выходе появляется напряжение логической единицы и импульсы Ор через третью схему 16 И проходят на счетный вход двоичного счетчика 17. За время счета на его выходе формируется положительный строб-импульс Ос (эпюра 42), длительность которого Фс определяется емкостью первого двоичного счетчика 17.

При повторном поступлении сигнала

"Запуск" цикл повторяется. Строб-импульс Uq поступает на второй вход схемы 21 И, на первый вход которой поступают пачки тактовых импульсов

U или Uò (ýíâðû 39 и 40}. Вторая схема 21 И осуществляет стробирование напряжений U „HëH Нт1 строб-импУльсоМ 0 (второе стробирование напряжения Uò генератора тактовых импульсов). На выходе второй схемы 21 ,и действует импульсное напряжение .(„илк Q (эпюры 33 и 44),представляющее собой последовательность пачек тактовых импульсов, причем все пачки этой последовательности имеют одинаковую длительность (содержат одинаковое число тактовых импульсов), а числе:пачек в этой последовательности яостоянно и определяется емкостью первого двоичного счетчика 17.

При эжем общее число тактовых импульсов в этой последовательности определяется значениями фаэ чд и Ч (или %1).

Импульсы с выхода второй схемы

2i И поступают на счетный вход второго двоичного счетчика 23, непрерывно работающего в режиме деления частоты.

Яримеиекйе второго двоичного счетчика 23 связано с наличием флуктуаций, напряженностей поля старта, приводящих к различию значений фаз возникновения скачков намагниченности в различных полуциклах перемагничивания. деление частоты в данном случае эквивалентно отбрасыванию последних значащих цифр в многозиачном числе-результате счета за цикл контроля. Выходнре напряжение второго двоичного . счетчика 23 поступает на счетный вход десятичного счетчика 24, а с его выхода - через дешифратор 25 на цифровое табло 28. По окончаикк цикла контроля ка цифровом табло 28 индицируется 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.

Сигнал (совокупность сигналов) с выхода дешкфратора 25 поступает также через классификатор 26 на сигнальное габло 27, на котором по результатам

864107 классификации включается световой сигнал "Годен" или "Брак".

Формула изобретения

1. Устройство для магнитошумово5 го 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 преобразователя, а второй эаземлен,соединенные последовательно фазовый регулятор, вход которого соединен с незаэемленным концом образцового резистора, и удвоитель частоты, триггер и блок индикации, о т л и ч а ю - 20 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено соединенными последовательно блоком интегрирования и первым пороговцм блоком, включенными между выходом 5 детектора и R-входом триггера, вторым пороговым блоком, включенным между выходом удвоителя частотыи Ь-входом триггера, соединенными последовательно генератором тактовых импуль- Зр сов, первой схемой И, второй вход которой соединен с выходом триггера,и второй схемой И, выход которой подключен к блоку индикаций, соединенными последовательно формирователем, вход которого соединен с незаземленным концом образцового резистора, третьей схемой И и первым двоичным счетчиком, выход которого соединен со вторыми входами второй и третьей схем И, и блоком синхронизации,вклю- ® ченным между выходом формирователя и а фаза о отрицательного (переключающего RS-триггер) фронта выходного импульса второго порогового блока выбрана из соотношения ч= " о н -н, где ип круговая частота перемагничивающего поля, Гц; максимальное и минимальное (возможные) значения твердости иэделий фазы возникновения ЗДС магнитного шума для значений

Н „ и Н> соответственно; числа разрядов первого и второго двоичных счетчиков соответственно.

Н„,Н Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Р .728073, кл. G 01 N 27/86, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 731368, кл. G 01 N 7/86, 1978 (прототип) . входом ус та нов к и 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 и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что частота генератора тактовых импульсов F выбрана иэ соотношения

864107

Н у„

92 ччСоставитель Ю.Глазков

Редактор М. Келемеш ТехредЖ. Кастелевич Корректор О. Билак

Заказ 7771/63 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4