Способ двухчастотного определения параметров ферромагнитных материалов и изделий

ЕТСКИХТИЧЕСКИХ СОЮЗ С СОЦИАЛ РЕСПУБ 6724 9) 01) П а 01 Н 33/1 ЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ ИС ным и высокоча мплитудой поля игнала высокой ю щ и й с я ышения точност литуду воздейсттйого поля пре по закону льяикойкрас+ с 05 Я 1 щ Нпш 2 К СССР 970. де Я иНлй я частота и да низкочас ля; я частота и модулируемастотного и. - кругова амплиту ного по - кругова плитуда высокоч о ам с го Ж я. ОСУДАРСТ 8 ЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ К АВТОРСКОМУ(71) Томский ордена ОктябрьсРеволюции и ордена Трудовогоного Энамени политехническийинститут им. С,М.Кирова(56) 1,Иэмерительная техни1971, М 12, с.59-60,2.Авторское свидетельство9 280666, кл, С 01 й 33/02,(54) (57) СПОСОБ ДВУХЧАСТОТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФЕРРОМАГНИТНЫХМАТЕРИАЛОВ И ИЭДЕЛИИ, заключающийся в одновременном намагничивании ниэкочасто с меньшей ленин ЭДС о т л и ч с целью по ления, амп высокочаст модулируют стотным ми и выдечастоты, тем, что, и опредевующего дварительнИзобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано при неразрушающем контролеФерромагнитных материалов и,иэделий.Известен двухчастотный способвозбуждения, используемый для магнитных измерений, заключающийсяв том, что на ферромагнитный образец воздействуют низкочастотнымполем в нелинейной области и со значительно меньшейамплитудой - высокочастотным полем, а.по огибающей высокочастотного сигнала преобразователя судят о значенияхмагнитного параметра 1 3. 15Недостатком способа является низкая точность измерения, ограниченнаяотсутствием какого-либо нормирования режимов получения высокочастотных частных циклон н различных точкахр 0низкочастотной петли гистерезиса.Известен способ определения параметров Ферромагнитных материалов,заключающийся в том, что контролируемый образец одновременно намагни-. 25чивают сильным низкочастотным ислабым нысокочастотным полями, выделяют иэ ЭДС преобразователя сигнал высокой частоты и по нему судят о качестве материала образца 23Недостатком известного способа является низкая точность измерения, которая объясняется тем,что размах частных динамическихциклов, а следонательно, и условия их получения в разных точкахнизкочастотной петли не остаетсяпостоянным, а изменяется периодичес.ки с удвоенной частотой низкочасготного поля от наименьшего значения, когда мгновенное значение . 40низкочастотного поля равно нулю (об ласть остаточной индукции), до наибольшего - в момент максимума низкочастотного поля (область клювиковнизкочастотной петли). 45Кроме того, при определенных соотношениях параметров намагничивающихполей (а именно соотношениях скоростей изменения этих полей) возникаютусловия, когда частные циклы вообщеисчезают н некоторых областях. низкочастотной петли гистерезиса, чтоприводит, в свою. очередь, к потеречасти полезной информации.1Цель изобретения - повышение точности определения параметров фер" ромагнитных материалов и изделий,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу, заключающемуся в одновременном намагничивании низкочастотным и высокочастотным с меньшей амплитудой полями и выделений ЭДС сигнала высокой частоты, амплитуду воздействующего высокочастотного поля предварительномодулируют по законуНгтзм (11= Н ь 1 мэ (+ -- сОБ ЯФ(Я НтЯ ГоН ггде Я ингой- круговая частота иамплитуда низкочастотного поля;м и Нпш- круговая частота и амплитуда модулируемоговысокочастотного поля,На фиг. 1 представлены кривыедля случая возбуждения периодическимодулированным по амплитуде высокочастотным полем; на фиг, 2устройство для реализации предлагае.мого способа.В процессе намагничивания ферромагнетика сложным полем, представляющим сумму двух переменных полей,нанизкочастотной петле гистерезиса форМируются частные циклы, форма иразмеры которых определяются параметрами возбуждающих полей (амплитудами и частотами) и их. соотношением.Важной характеристикой частногоцикла является величина обратного,поля ДН (фиг, ф 1,н), которая и .определяет размах частного цикла. Из-"менение аН неизменно приводит кизменению магнитного состоянияна частном цикле,Из теории двухчастотного намагничивания известно, что при возбуждении ферромагнетика двумя, неизменными по амплитуде переменными полями, величина дН для частных циклов, находящихся в разных точкахнизкочастотной петли, не остается постоянной, а периодически изменяется, принимая наименьшее значение в точках, где низкочастотное поле проходит через нуль, и набольшее - в точках, где ниэкочастотное поле максимально Таким образом, условия получения частных циклов в разных точках низкочастотнойпетли будут различны,Согласно предлагаемому способуферромагнетик перемагничивается двумя переменными полями:низкочастотным с постоянной амплитудой (фиг.1,а)и высокочастотным, .амплитуда которого изменяется синхронно с низкочастотным полем по закону(фиг.1,5 )НФФ(Ц=Нтю (+ Н,) г (соэЯЮЯ Май Унадж ггде Я иИЯ(- круговая частота иамплитуда напряженности низкочастотного поля;соиНвы- круговая частота иамплитуда напряженности модулируемого высокочастотного поля.Представленный закон модуляциивытекает из условия равенства размаха по напряженности (аН) динамических частных циклов независимоот того, в какой точке низкочастотной петли гистерезиса они находят-ся. Этот размах численно определяется отрицательными приращениями суммарного возбуждающего поля, которыесобственно и вызывают появление част-ных циклов. 1 ОКонтролируемый ферромагнитныйобразец 1 (фиг. 2), наприиер, круглого сечения помещен в проходнойпреобразователь, содержащий две возбуждающие обмотки 2 и 3, одна иэ 15которых 2 подключена к генератору4 низкой частоты, и срздает сильноенизкочастотное поле (фиг. 1,а),достаточное для нелинейного перемагничивания контролируемого образца. 20Другая возбуждающая обмотка. 3 подключена к генератору 5, амплитудно-модулированногосигнала .высокой частоты и возбуждает в образце магнитноеполе, амплитуда которого изменяетсясинхронно с низкочастотным полем поприведенному закону (фиг, 1 Б ).Модуляция амплитуды высокочастотного сигнала может быть осуществлена любым известным путем,Второе слагаемое выражения, стоящее в скобках и изменяющееся позакону абсолютного косинуса (/созЮД,реализуется путем функциональногопреобразования синусоидального низкочастотного сигнала, снимаемого сгенератора 4 низкой частоты. Масштаб этого преобразования определяется параметрами Й,Ней, ы и Нвовозбуждающих полей, конкретные значения которых выбираются из условий контроля и измерения.Информация снимается с измерительной обмотки б проходного преобразователя в виде электрическогосигнала и преобразуется измерительной цепью, состоящей из интегратора 7 и осциллографа 8, на второйвход которого подается напряжение, пропорциональное напряженности сумматорного поля. Это напряжение получается в результате использования катушки 9 поля, подключенной к входу второго интегратора 10.На экране осциллографа 8 наблюдается процесс сложного намагничивания, 55 С целью контроля можно использовать гармонический состав сигнала датчика. Для этого в устройст-ве представлена вторая. измеритель-. 60 ная .цепь, состоящая из последовательно соединенных избирательного,усилителя 11 и индикатора 12, подключенных к измерительной обмотке б.Таким образом, изобретение обладает рядом преимуществ по сравнениюс известными двухчастотными способами. контроля и измерения н позволяет нормировать заданное условие образования динамических частных циклов независимо от. расположения ихна низкочастотной петле гистереэиса,что повышает точность контроля. Кроме того, принципиальное отсутствиеусловий, при которых происходитисчезновение частных. циклов на низкочастотной петле, исключает возможность потери части информации обобразцеи способствует повышениюточности измерения,В качестве базового объекта длясравнения выбран способГ 1 , реализованный в устройстве для измеренияобратимой магнитной проницаемости,по которомуиспытуемый ферромагнитный образец намагничивается двумяпеременными магнитными полями -низкой частоты (50 Гц) с амплитудой, достаточной для нелинейногоперемагничивания, и высокой частоты (100 кГцМГц) со значительноменьшей амплитудой, Сигнал на выходе преобразователя несет информациюоб измеряемом объекте.Анализ работы устройства указывает на то, что максимальная скорость высокочастотного поля должнабыть много больше (хотя бы на двапорядка) максимальной скорости низкочастотного поля, Для предлагаемыхусловий реальные значения частотывысокочастотного поля должны бытьпорядка 5-15 МГц,что усложняет тех.ническую реализацию способа, Уменьшение частоты приводит к прогрессирующему увеличению погрешности иэ"мерения, Для частот ниже 250-100 кГцустройство принципиально использованобыть не может из-эа отсутствия частных циклов на части низкочастотнойпетли гистерезиса.Кроме того, в силу физическихособенностей двухчастотного намагничивания при использовании возбуждаю"щих полей с постоянными амплитудами размах динамических частных цик-ловнаходящихся в разных точкахнизкочастотной петли, будет разным.Учитывая, что проницаемость начастном цикле зависит от величиныобратного поля, а при двухчастотном намагничивании эта зависимостьеще более сложная, становится очевндным, что точность измерения об-ратимой проницаемости с помощью рассматриваемого базового объекта будет низкой.1046724 Филиал ППП Патентфф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель В,Шульгиктор Н.Стащишина Техред М.Кузьма аказ 7725/46 Тираж 710 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауюская наб., д