Многопараметровый магнитный структуроскоп

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 С 01 Х 27 90 САНИ БРЕТЕН СВИДЕТ СТ АВТОРСК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Курский политехнический институт и Научно-исследовательскийинститут интроскопии(56) Авторское свидетельство СССРУ 903758, кл. С 01 Я 27/90, 1982Дрейзин В.Э., Бондарь О.Г.,Куликов А.И., Иванов В.И., Измерительно-вычислительный структуроскопический комплекс ИВКС. В кн;Электромагнитные методы контролякачества материалов и изделий. Тезисы докладов 17 Всесоюзной межвузовской конференции. Омск, ОПИ,1983, с. 29-31.(54)(57) МНОГОПАРАИЕТРОВЫЙ МАГНИТНЫЙСТРУКТУРОСКОП, содержащий последовательно соединенные генератор, усилитель мощности, намагничивающую обмотку и резистор, а также магнитопровод, две измерительные обмотки,установленные совместно с намагничивающей обмоткой на магнитопроводе,соединенные последовательно регулируемый усилитель, фильтр и амплитудный детектор, соединенные последовательно аналоговый ключ, интегратораналого-цифровой преобразователь иинтерфейс, соединенные последователь,ЯО 120174 но амплитудныи селектор, подключенный к выходу регулируемого усилителя, схему И и счетчик, выход которого подключен к интерфейсу, соединенные последовательно схему сравнения кодов, подключенную к генератору, и формирователь, выход которого подключен к входам управления первого аналогового ключа и схемы И, регистратор, входы которого объединены с входами управления генератора, схемы сравнения кодов, регулируемого усилителя, фильтра и амплитудного селектора и подключены к интерфейсу, процессор, постоянную память и оперативную память, объединенные через шины управления, адреса и данных с интерфейсами, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения производительности, он снабжен коммутатором, включенным между измерительными обмотками и регулируемым усилителем, вторым аналоговым ключом, включенным между выходом регулируемого усилителя и входом первого аналогового ключа, третьим аналоговым ключом, включенным между выходом амплитудного детектора и входом первого аналогового ключа, и инвертором, вход которого объединен с входами управления коммутатора и второго аналогового ключа и подключен к интерфейсу, а выход - к третьему входу схемы И и входу управления третьего аналогового ключа.Ъ4 1Изобретение относится к средствам электромагнитного неразрушающего контроля ферромагнитных материалов и может быть использовано для контроля структурно-механических характеристик сталей и стальных изделий,Целью изобретения является повыше ние производительности.На чертеже представлена блок-схема многопараметрового магнитного структуроскопа.Структуроскоп содержит соединенные последовательно генератор 1, усилитель 2 мощности, намагничивающую обмотку 3 и резистор 4. Структуроскоп содержит также магнитопровод 5, две измерительные обмотки 6 и 7, установленные совместно с намагничивающей обмоткой 3 на магнитопроводе 5, соединенные последовательно коммутатор 8, регулируемый усилитель 9, аналоговый ключ 1 О, аналоговый ключ 11, интегратор 12, аналого-цифровой преобразователь 13 и интерфейс 14.Устройство содержит также соединенные последовательно фильтр 15, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя 9, амплитудный детектор 1 б и третий аналоговый ключ 17, выход которого подключен ко входу аналогового ключа 11, соединенные последовательно амплитудный селектор 18, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя 9, схему 9 И и счетчик 20, ,выход каждого подключен к интерфейсу 14, соединенные последовательно схему 21 сравнения кодов, подключен.ную к генератору 1, и формирователь 22 строба, выход которого подключен .ко входам аналогового ключа 11 иФсхемы 19 И, инвертор 23, вход которого объединен со входами управления коммутатора 8 и аналогового ключа 10 и подключен к интерфейсу 14, а выход - ко входу управления аналогового ключа 17 и схемы 19 И. В состав .устройства входит также регистратор 24, вход которого объединен со входами управления генератора 1, схемы 21 сравнения кодов, регулируемого усилителя 9, фильтра 15 и амплитудного селектора 18 и подключен к интерфейсу 14, процессор 25, постоянная память 2 б и оперативная память 27, объединенные шинами управления, адреса и данных с интерфейсом 14.201745 2 Структуроскоп работает следующим образом.В приборе имеется канал измерения напряжения Пр пропорционального магнитной индукциив контролируемом образце в заданной точкединамической петли гистерезиса, илинапряжения П, пропорционального. магнитной индукции для статической петли гистерезиса. Этот канал содержит первый аналоговый ключ 11, интегратор 12 и аналого-цифровой преобразователь 13 .Кроме того, прибор имеет канал О измерения среднего значения напряжения ЭДС от магнитных шумов (напряжения 11 ), Этот канал состоит изфильтра 15, амплитудного детектора1 б, третьего аналогового ключа 17 5 и упомянутых аналогового ключа 11, интегратора 12 и аналого-цифрового преобразователя 13.В прибореимеется также канал измерения числа импульсов ЭДС И от скачков Баркгаузена в заданной окрестности выбранной точки петли, гистерезиса.,В этот канал входят амплитудный селектор 18, схема 19 И и счетчик 20. 20 25 В постоянной памяти 26 хранится 30 программа контроля конкретного видаизделий или материала, которая включает в себя две подпрограммы: подпрограмму измерений магнитных характеристик и подпрограмму вычисления 35контролируемых с труктурно-механических характеристик металла.Подпрограмма измерений предусматривает измерение нескольких значений 40напряжения, пропорционального индукции в заданных точках динамическойпетли гистерезиса 11 р 1 р, нескольких значений напряжения, пропорционального индукции в точках статической петли гистерезиса 01506;нескольких значений среднего напряжения шума 1 1 .,Цв определенных точках петли гистерезйса при заданных комбинациях параметров режима перемагничивания (частоты и амплитуды тока 7 ирежима измерениядлительностистроба, границ полосы пропусканияфильтра 15); нескольких значенийколичества импульсов напряжения отскачков Баркгаузена Бю 11 свьв выбранных точках петли гистерезиса при заданных сочетаниях параметров режима перемагничивания (частоГты и амплитуды тока) и режима изме"3 1 рения (длительности строба и порога амплитудной селекции).При всех измерениях задается значение коэффициента усиления регулируемого усилителя 9. Количество измеряемых величин К, 1, ш, п и усло-вия измерения каждой из них определяются на этапе предварительных экспериментальных исследований контрольных образцов с целью отбора наиболее информативных факторных признаков для оптимальной математической модели контроля.Во время выполнения измерений процессор 25 работает как контроллер намагничивающего и измерительного трактов структуроскопа.1Перед измерением параметров динамической петли гистерезиса (напряжений Пз 0) процессор 25 формирует на выходных шинах интерфейса 14 кодычастоты и амплитуды намагничивающего тока (для генератора 1 ступенчато-пилообразного тока), код коэффициента усиления регулируемого усилителя 9, коды начала и конца строба (для схемы 21 сравнения кодов 1 и вырабатьвает уровень логической единицы на управляющих, входах коммутатора 8 и второго аналогового ключа 10. При этом коммутатор 8 обеспечивает согласованное включение измерительных обмоток 7 и 6, аналоговый ключ 10 открьвает канал измерения напряжения Ур. Схема 21 сравнивает текущие значения поступающего из генератора 1 кода намагничивающего тока с кодами начала и конца строба, и на выходе формирователя 22 вырабатьвается стробирующий импульс, начало которого соответствует выбранной точке петли гистерезиса, а длительность равна половине периода намагничивающего тока. В течение строба аналоговый ключ 11 пропускает напряжение с измерительных обмоток на интегратор 12. К концу строба на выходе интегратора 12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное измеряемой индукции в заданной точке петли гистерезиса. Это напряжение преобразуется в цифровой код, который че, рез интерфейс 14 передается по шине данных в оперативную память 27 и фиксируется в одной из его ячеек. Операция измерения напряжения Уу повторяется Е раз при всех предусмотренных программой сочетаниях частоты201745 4и амплитуды тока и координат точекпетли гистерезиса,1 от максимального отрицательного до максимального положйтельного значения и обратно, после чего контролируемое изделие остается намагниченным до насыщения. После этого З 5 процессор 25 выдает.в генератор 1код заданной точки петли гистереэиса, при этом в обмотке 3 устанавливается намагничивающий ток, соответствующий этой точке, а схема 21 40 сравнения кодов и формирователь 22строба вырабатьвают перепад потенциала отпирающий первый аналоговый ключ 11, Высокий уровень напряжения на выходе формирователя 22 выдержи вается в течение заданного программой времени около 0,5 с), К концу этого интервала на выходе интег- ратора 12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное измеря 50 55 емой индукции статической петли .гистерезиса в данной точке. Это нап" ряжение преобразуется в цифровой код и через интерфейс 14 передается по шине данных в одну из ячеек оперативной памяти 27. Операция измерения напряжения 05 повторяется враз во всех предусмотренных программой точках. 5 О 15 20 25 30 При измерении параметров статической петли гистерезиса (напряжения У) непрерывный периодический режим генератора 1 выключается. Значения намагничивающего тока в намагничивающей обмотке 3 задаются процессором 25 путем выдачи по выходным шинам интерфейса 14 соответствующего кода на вход генератора 1, причем намагничивающий ток изменяется скачкообразно. Перед измерением напряжения Бпроцессор 25 формирует на выходных шинах код амплитуды намагничивающего тока для генератора 1), код коэффициента усиления регулируемого усилителя 9, код начала строба ( для схемы 21 сравнения кодов) и вырабатывает уровень логической единицы на управляющих входах коммутатора 8 и второго аналогового ключа 10. Затем процессор 25 с интер валами 1 выдает на вход генератора 1 заданное число раз около 10) поочередно коды координат крайних точек петли гистерезиса, при этом в намагничивающей обмотке 3 происходит скачкообразное изменение токаПеред измерением среднего значения напряжения шума 11 щ,процессор25 формирует на выходных шинахинтерфейса 14 коды частоты и амплитуды намагничивающего тока (для генератора 1), код коэффициента усиления регулируемого усилителя,9, кодыначала и конца строба для схемы 21сравнения кодов), код номера полосычастот настройки фильтра 15 и вырабатывает уровень логического нуля на управляющих входах коммутатора 8и аналогового ключа 17 и входе инвертора 29, При этом коммутатор 8обеспечивает встречное включениеизмерительных обмоток 7 и 6, что необходимо для компенсации регулярнойсоставляющей и выделения шумовой составляющей ЭДС, наводимой в этихобмотках. Кроме того, второй анало- говый ключ 10 закрывается, а третийключ 17 открывается, Схема 21 сравнивает поступающие из генератора 1текущие значения кода намагничивающего тока с кодами начала и концастроба, и на выходе формирователя22 вырабатывается стробирующий импульс, середина которого соответствует выбранной точке петли гистерезиса, а длительность - заданной окрестности этой точки. В течение строба аналоговый ключ 11пропускает выпрямленное напряжениеЭДС от скачков Баркгаузена в спектральном диапазоне, определяемомполосой пропускания фильтра 15. К концу строба на выходе интегратора12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное спектральной плотности напряжения от магнитных шумов в заданных точках петли гистерезиса и частотного диапазона. Это напряжение преобразуется в цифровой код и через интерфейс 14 передается по шине данных в оперативную память 27, где фиксируется в одной из ее ячеек. Операция измерения напряжения Пщ повторяется ш раз при всех предусмотренных прдграммой контроля сочетаниях частоты и амплитудынамагничивающего тока, координат то чек петли гистерезиса и точек час:тотного диапазона.Перед измерением количества импульсов ЭДС от скачков Баркгаузена Н процессор 25 формирует те жесигналы и коды, что и перед измерением напряжения шума Бщ, за исключением кода номера полосы частот фильтра 15, кроме того, процессор 25 вьщает на выходные шины интерфейса 14 кодпорога амплитудной селекции для амплитудного селектора 18, При этом вы ходное напряжение инвертора 23 под, готавливает к работе схему И 19, Схема 21 сравнения кодов и формирователь22 вырабатывают импульс строба, временное положение и длительность ко торого соответствуют выбранной точке петли гистерезиса и заданной ееокрестности, За время этого стробасхема И 19 пропустит па счетчик 20все импульсы ЭДС от скачков намаг ниченности, напряжение которых превышает установленный в амплитудномселекторе 18 порог срабатывания.Накопленное в счетчике 20 число Ндьпередается через интерфейс 14 в однуиз ячеек оперативной памяти 27, Операция измерения величины Нса, повторяется и раз для всех заданных программой контроля сочетаний частотыи амплитуды намагничивающего тока ЗО и координат точек петли гистерезиса.После проведения заданного колитчества циклов измерения значенийУР, 0, Ц, Н процессор 25 реализует подпрограмму расчета контроли Руемых хаРактеРистик изделия 717 ,по регрессионным соотношениям,найденным на этапе исследований,например, видаУ,.-ах,. ад к;х1где х - результаты измерения вели 45 чнн 08 р11 у11 щИа а - коэффициенты определяемыеф ЦУпри построении многопараметровой математическоймодели контроля;50 И-+нп+н- общее число отобранных дляконтроля магнитных характеРистик 11811, 11 В, ощ, ЮВычисленные процессором 25 контролируемые характеристики 75 (8=12) передаются через интерфейс 14 врегистратор 24.