Устройство для магнитошумовой структуроскопии поверхностно упрочненных слоев ферромагнитных материалов

(19) 01)цП 4 С 01 И 27 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Институт прикладной физики АН БССР(56) Авторское свидетельство СССР У 934353, кл. С 01 И 27/90, 1980.Авторское свидетельство СССР В 1101764, кл. С 01 И 27/83, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТОШУМОВОЙ СТРУКТУРОСКОПИИ ПОВЕРХНОСТНО УПРОЧНЕННЫХ СЛОЕВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля поверхностной структуры и поверхност ных механических напряжений в ферромагнитных материалах, подвергнутых упрочняющей обработке. Цель изобретения - обеспечение послойного анализа поверхности изделия. Устройство для магнитошумовой структуроскопии содержит Ф-образный магнитопровод собмоткой намагничивания на среднемстержне и зазорами в боковых стержнях, предназначенными для установкиконтролируемого изделия и эталонногообразца, и электрическую схему, вклю"чающую подключенные к измерительнымкатушкам широкополосные усилители,поочередно подключаемые переключателем к измерительному каналу, состоящему из последовательно соединенныхпанорамного анализатора спектра, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора и индикатора. А такжецепь обратной связи, выполненную ввиде двух фильтров, подключенных квыходам широкополосных усилителей,подключенного к выходам фильтровдифференциального усилителя и исполнительного механизма. Принцип работыстстемы обратной связи основан наавтоматическом изменении величины зазора в цепи эталонного образца длобеспечения равенства индукций в этлонном ииспытуемом образцах. 1 ил.Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля поверхностной структуры и поверхностных механических напряжений в ферро магнитных материалах, подвергнутых упрочняющей обработке,Цель изобретения - обеспечение возможности послойного анализа поверхности изделия.На чертСъе приведена блок-схемаустройства для магнитошумовой структуроскопии.Преобразователь устройства состоитиз Ф-образного магнитопровода 1, боко"вые стержни которого разомкнуты, а намагничивающая обмотка 2 размещена насреднем стержне. Зазоры в боковыхстержнях замыкаются эталонным 3 ииспытуемым 4 образцами. Эталонный 20образец 3 установлен с возможностьюизменения зазора в магнитной цепи.С образцами 3 и 4 индуктивно связаныизмерительные катушки 5 и 6 соответственно, подключенные к входам широко- фполосных усилителей 7 и 8,Система обратной связи устройствасостоит из двух фильтров 9 и 10 высоких частот, подключенных к входамдифференциального усилителя 11, на 30выходе которого установлен исполнительный механизм 12, изменяющий зазорв магнитной цепи эталонного образца 3и одного из боковых стержней магнитопровода 1.35Цепь обработки и индикации устройства состоит из переключателя 13, панорамного анализатора 14 спектра сплавно изменяющейся частотой анализа,имеющего автономное запоминающее 40устройство для запоминания спектраэталонного образца и блок сравненияспектров эталонного и испытуемогообразцов (например, анализатор фирмы"Брюль и керр", модель 4301).45Через аналого-цифровой преобразователь 15 анализатор 14 соединен смикропроцессором 16, запрограммированным на обратное преобразование Лапласа,оригинал которого воспроизводитсяиндикатором 17, выполненным в видедисплея или графопостроителя.Принцып работы устройства основанна следующей физической модели.При регистрации шума Баркгаузенанакладным преобразователем вклад различных слоев, лежащих на глубине 2от поверхности, в общую интенсивность шума, регистрируемого преобразователем, может быть описан выражением:р )огде Р (2) - зависимость интенсивности шума от глубины залегания слоя;- плотность скачков БаркгаЗиуэена;2 - глубина информативного слоя.Можно записать, что Ч=Ч ( - 1 ),2 о тогда это выражение есть преобразование Лапласа,а зависимость Р (2) - его оригишнал, подлежащий определению, В первом приближении глубина информативного слоя обратно пропорциональна частоте анализа:Таким образом, изменяя в процессеперемагничивания контролируемого иэталонного образцов частоту анализа,измеряя зависимость Ч (К ) = Ч( в 1 в )2 одля обоих образцов раздельно и вычисляя по известным правилам оригиналпреобразования Лапласа, Р (2), дляобоих образцов или для их разностныхспектров, получают зависимость, покоторой судят о распределении интенсивности шума по глубине.Устройство работает следующимобразом,С помощью намагничивающей обмотки2 возбуждают в магнитной цепи переменный магнитный поток, в результатечего в эталонном 3 и испытуемом 4образцах возникает шум Баркгаузена,регистрируемый катушками 5 и 6. Последующий процесс послойного анализаоснован на допущении, что распределение магнитной индукции в эталонном ииспытуемом образцах примерно одинаковое.В данном устройстве наряду с применением Ф-образного магнитопровода этому способствует использование системы обратной связи, позволяющей изменять магнитный поток в цепи эталонного образца, регулируя зазор. Такая система необходима из-за неточностей в установке испытуемого образца 4 или небольшого отклонения его магнитных свойств от номинальных. С помощью фильтров 9 и 10 выделяется низкочастотная (на частоте перемагничивания) составляющая ЗДС в обмотке регистрации, величина которой зависит от ин 122157 бдукции в образцах 3 и 4 и подается на усилитель 11 и далее на механизм 12.Принцип работы системы обратной связи основан на автоматическом изменении величины зозора в цепи эталон. - 5 ного образца для обеспечения равенства индукций в эталонном и испытуемом образцах. Вначале на анализатор 14 через переключатель 13 подается шумовой сигнал, считываемый с эталон в 1 О ного образца 3. Изменяя плавно частоту анализа, анализатор измеряет и удерживает в автономном запоминающем устройстве распределение интенсивности (спектр) этого шумового сигна ла по частоте в указанном выше диапазоне частот. Затем переключателем 13 вводят в анализаторшумовой сиг-.нал, считываемый с испытуемого образца. 20 Изменяя частоту анализа в том же диапазоне, анализатор измеряет распределение интенсивности шума в испытуемом образце, которое сравнивается 25 с распределением интенсивности шума эталонного образца. Далее эти спектры один из другого вычитаются и разностный спектр через аналого-цифровой преобразователь 15 вводится в цифро- О вом коде в микропроцессор 16, где производится вычисление обратного преобразования Лапласа, которое в виде функциональной зависимости индицируется на дисплее или индикаторе 17. Формула изобретения Устройство для магнитошумовой структуроскопии поверхностно упрочненных слоев ферромагнитных материа"лов, содержащее Ф-образный магнитопровод с обмоткой намагничивания на среднем стержне и зазорами в боковых стержнях для установки контролируемого иэделия и эталонного образца, две параллельные электрические цепочки, каждая иэ которых включает последовательно соединенные измерительную катушку и широкополосный усилитель, подключенный к выходам широкополосных усилителей анализатор спектра, и индикатор, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью обеспечения возможности послойного анализа поверхности иэделия, оно снабжено последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем и микропроцессором, реализующим программу вычисления обратного преобразования Лапласа, включенным между анализатором спектра и индикатором, последовательно соединенным фильтром высоких частот, дифференциальным усилителем и исполнительным механизмом перемещения эталонного образца, подключенными к выходу первого широкополосного усилителя, и вторым фильтром высоких частот, включенным между выходом второго широкополосного усилителя и вторым входом дифференциального усилителя.