Устройство для неразрушающего контролья напряжений в ферромагнитных материалах

/7 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ович, В.Н.Я. Винокуро ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт прикладной физики АН БССР(56) Авторское свидетельство СССР 9 1221576, кл. С 01 И 27/82, 1984.Патент США У 3783370, кл. 324-34, 01.0174.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИАТЕРИАЛАХ(57) Изобретение относится к электрическим и магнитным измерениям и может быть использовано для контроля напряжений при плосконапряженном состоянии в нэделиях иэ ферромагнитных матерналов, а также для их структуроскопии.Целью изобретения является повышениеточности контроля. Нагнитопровод 1содержит диск 1 О с отверстием 1и полюсные наконечники 12 - 15,на которых расположены секции нвмагничивающей обмотки 16, которые под"ключаются к выходу источника 3 черезкоммутатор 2 так, что вектор поля вобразце занимает четыре положения,угол между которыми составляет 45оСигнал с катушки 4 усиливается усилителем 5, поступает на анализатор 6спектра и аналого-цифровой преобразователь 7 и фиксируется в вычислительном блоке 8, Результат выводитсяна табло индикатора 9. Повышение точности контроля достигается за счетразделения сигналов, обусловленныхмеханическими напряжениями и структурой материала. Э ил,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.Цель изобретения - повышение точности контроля за счет разделения 1 О сигналов, обусловленных напряжениями, и структурой материала.На фиг1 приведена функциональная схема устройства для неразрушающего контроля напряжений; на фиг. 2 - схе мы функционирования отдельных элементов устройства на различных этапах одного цикла измерения: а) магнитной цепи в зоне контролируемого участка изделия; б) изменения тока в четырех 20 секциях намагничивающей обмотки; в) коммутатора, обеспечивающего связь источника переменного тока и секций намагничивающей обмотки; на фиг. 3 градуировочная кривая зависимости сигнала Ч 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 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 ра 2, которым он управляет. 11 агиитопровод 1 выполнен в виде диска 1 О с центральнь 1 м 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 Й равна сумме двух других взаимно перпендикулярных напряжении Ьс и 6 в этой же плоскости(,+ ,= + бри на следующих допущениях:а) сигнал преобразователя состоит из двух аддитивных составляющихЧ =Чб+ дЧ (2) где Ч - составляющая, обусловленнаяЬупругими напряжениями; дЧ - приращение, обусловленноеотклонением структуры материала, например, фазового состава, величины зерна, степени пластической деформации;б) напряжения, а следовательно, и составляющая Ч аниэотропны, т,гдакак структурная компонента ЛЧ изотропна;в) существует зависимость компоненты сигнала Чот величины напряжений (фиг. 3), которая может быть использована в качестве градуировочной, Пользуясь этой кривой и зная компоненсту сЧ, можно получить величину напряжений 6Ь= Г (Ч), (3)Подставляя (3) и (2) в (1), полу- чают с(Ч 4 Чс) +(Ч,1 Ч )(Ч,-4 Ч) + й(Ч -ДЧ ) (4) где Ч Ч, Чс и Ч - это измеряемыи параметр ЭДС от скачков намагниченности при направлении иеремагничивающего поля вдоль соответственно главных направлений и направлений под углами о и р соответственно, Нелинейное уравнение (4) не может быть разрешено относительно компоненты ДЧ Последняя может быть приближенно определена численным методом последовательных приближений (итерационный процесс) с использованием градуироночного графика Ч = ч(6).с.Ус.тройство работает следующим образом.11 агнитопроводустанавливается 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 1Все секции обмотки 20 запитаны синфазно. Секции 16 и 17, 18 и 19 включены параллельно. Распределение магнитных силовых линий в иэделии показано на фиг, 2 а, 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 Ч с с помощью анализатора 6, значение которой преобразуется(с ) + (й) 7 - (с) +не станет меньше наперед заданногозначения. После этого вычисления прекращают. Найденные напряжения будутистинными. Полученная величина Ьчсхарактеризует влияние структурногофактора, например в сварных соединениях.При измерениях на двухосно деформированной пластине вдоль направленияглавных напряжений получают Ч, =0,98;Ч = 0,45. По графику (фиг, 3) 4,136 10 Н/м , 6 = -94 10 Н/мчто соответствует результатам, полученным известным способом. Расчет методом последовательных приближений сиспользованием двух дополнительных измерений (Ч 4 а = 0 65; Ч о= 06) дает й,= 32 1 О Н/м 6 =-215 1 О Н//м . Измерение напряжений путем разрезания пластины дает значения иа 6пряжений: о,= 36 10 Н/м; 6 == -196 10Н/м. Погрешность не превышает 103, тогда как в известном способе она составляет несколько сотпроцентов. Получена также величинадч= 0,17,в цифровой код с помощью преобразователя 7 и поступает в оперативную память блока 8. После заполнения ячейки памяти блок 8 подает команду на5 коммутатор 2 для переключения обмоток и перехода к второму этапу.Этап 11. Источник 3 подключается к секциям 17 и 19 (фиг, 2 б, в). Распределение магнитного потока соответ ствует фиг. 2 а. Направление вектора индукции В показано стрелкой. По аналогии с этапом 1 измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала Ч .15Этап 111. Измеряется и заносится в ячейку памяти компонента сигнала Чпри соединении секции согласно фиг. 2 в. Этап 1 Ч. Измеряется и заносится вячейку памяти компонента сигнала Ч/зпри соединении секций согласно фиг.2 в Последовательность этапов можетбыть изменена. После реализации этапа 1 Ч дается команда на включениеарифметико-логического устройства(АЛУ) - вычислительного блока 8, реализующего вычислительный алгоритмопределениями и величин Ч , Ч, Ч, 30и Ч и использующего градуировочную/Ькривую величин 6, и т (фиг. 3), которые необходимы для идентификацииплосконапряженного состояния контролируемого изделия. Эти величины и веЛИЧИНа дчс ВЫВОдятСя На табЛО ИНдикатора 9. Отверстие 11 обеспечивает требуемое направление потока виэделии. Алгоритм работы блока 8 илипорядок расчета искомых напряжений 40в случае, если они проводятся вручную,по показаниям блока 8 следующий.Принимают нулевое приближение 9 Ч )произвольно или исходя иэ априорныхданных. 45Вычисляют составляющие сигналов(ч,), - ч- (лч)50По графику (фиг3) определяютнулевые приближения значений (6,)о ф(Ц,1 (Б,) 1 (6), с учетом знака иподставляют их в равенство( ,), + (6), ( ), + .Если это равенство не удовлетворяется, то выбирается первое приближесние (пч ), и все операции повторяются до тех пор, пока разность Таким образом, предлагаемое устройство повьппает точность и достоверность контроля напряжений при плоско- напряженном 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 единенных попарно-согласно, размещенных на противоположных полюсных наконечниках и подключенных к выходам Сжалиа Составитель С, Шумилишскаядактор А. Козориэ Техред М.Ходанич Корректор Т.Мал 422/45 Тираж 789 Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 ЗаказВНИИПИ м Ф, а /Я коммутатора, вход которого соединенс выходом источника питания переменного тока.