KR860000965B1 - The measuring method for magnetic property by measuring barkhausen noise - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명의 측정방법을 설명하기 위한 블록도.1 is a block diagram illustrating a measuring method of the present invention.
제2도는 본 발명의 측정방법을 설명하기 위한 설치 상태도.2 is an installation state diagram for explaining the measuring method of the present invention.
제3도는 본 발명의 요크형 마그네트의 구조도.3 is a structural diagram of a yoke magnet of the present invention.
제4도는 본 발명의 측정방법에 의해 측정된 자개 강도에 따른 평균 진폭의 변화도.4 is a change in average amplitude according to the mother-of-pearl intensity measured by the measuring method of the present invention.
제5도는 본 발명의 측정방법에 의해 측정된 자화 자파수에 따른 링다운 카운트의 변화도.5 is a variation of the ringdown count according to the number of magnetization magnetic waves measured by the measuring method of the present invention.
제6도는 본 발명의 시험편과 마그네트 사이에 형성되는 자기회로 설명도.6 is an explanatory diagram of a magnetic circuit formed between a test piece and a magnet of the present invention.
제7도는 시험편 내부의 자구의 금속용 현미경(metallograph) 사진.7 is a metallograph of a magnetic domain inside a specimen.
제8도는 제1도의 증폭기 회로도.8 is an amplifier circuit diagram of FIG.
제9도는 78% Ni-Fe의 전형적인 바아크하우젠 노이즈 측정도.9 is a typical Baeckhausen noise measurement of 78% Ni-Fe.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 신호 발생기 2 : 전원 증폭기1: signal generator 2: power amplifier
3 : 검색부 3a : 시편3: Search unit 3a: Psalms
4 : 증폭기 및 필터 5 : 시그널 프로세서4: amplifier and filter 5: signal processor
6 : 표시화면 7 : 요크형 마그네트6: display screen 7: yoke magnet
7a : 코일 권회부 8 : 시편7a: coil winding 8: specimen
9 : 탐색 코일 10 : 코일9: search coil 10: coil
본 발명의 피시험체의 크기 및 모양에 제한 없이 바아크하우젠 노이즈(Barkhausen Noise)의 평균 진폭과 링다운 카운트(Ringdown count)로 자성체의 자기 특성을 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the magnetic properties of a magnetic body by using an average amplitude and a ringdown count of the Barkhausen Noise without limiting the size and shape of the test subject.
자성체의 자기 특성을 평가하는 변수로는 보자력, 미분투자율 및 철손 등이 있으며, 이러한 자기 특성을 측정하는 기존의 방법은 시편을 삽입하는 프레임의 모양과 크기에 따라 엡스타인 프레임(Epstein frame)방법, 단일 전기강판방법 및 대형 전기강판방법으로 분류되며, 이들은 공통적으로 각각의 규격화된 프레임에 맞는 시편을 절단해서 사용해야 하므로 생산품 전체의 검사가 불가능하고 임의로 채취된 시편을 사용할 수 밖에 없다. 따라서, 시편 채취에 의한 제품의 손실 이외에도 시편의 국부적 불량을 뱃치(batch) 전체의 불량으로 판단하여 생기는 재료, 시간, 경비 등의 낭비가 심하다. 또한, 시편 절단시 절단부위에 생기는 변형과 응력 제거를 위하여 열처리가 필연적으로 필요하고, 열처리로 인하여 생기는 자기 특성 변화를 고려해야 하는 문제점이 있다.Variables for evaluating the magnetic properties of the magnetic body include coercive force, differential permeability, and iron loss. The conventional methods for measuring such magnetic properties are the Epstein frame method and the single method depending on the shape and size of the frame into which the specimen is inserted. It is classified into electric steel plate method and large electric steel plate method, and these are commonly used to cut and use the specimens for each standardized frame, so it is impossible to inspect the whole product and use the randomly collected specimens. Therefore, in addition to the loss of the product due to specimen collection, waste of material, time, expense, etc. caused by judging the local defect of the specimen as the defect of the entire batch is severe. In addition, there is a problem in that heat treatment is inevitably required to remove deformation and stress generated at the cutting portion when cutting the specimen, and a change in magnetic properties caused by the heat treatment is considered.
이러한 기존의 자기 특성 측정방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.The conventional magnetic property measurement method is described in detail as follows.
엡스타인 프레임 측정방법은 현재 케이에스(KS C 4006, 1978)와 에이에스티엠(ASTM A 343-69, 1974)등에서 표준 측정방법으로 채택되어 있고, 산업체에서도 널리 사용되고 있다. 그러나, 이 방법은 규격화된 엡스타인 프레임과, 이 프레임에 맞는 규격(3×28-30.5㎝)의 시편을 만들어야 하며, 20매 이상의 시편을 한 번에 틀에 넣어서 평균 자기특성을 측정하여야 한다. 따라서, 이 방법은 상기의 공통적인 결점외에 20매 이상의 시편을 프레임에 넣을 때 이중으로 겹치는 접합 부분에서 자개행로가 중첩되므로 유효 자기행로를 결정하기 어렵고, 겹쳐진 시편의 사이에서 생기는 누설 자속을 없애기 어렵다. 또한 20매 이상의 시편을 준비하고 프레임에 삽입하여 측정하는 데에 많은 시간이 소요되며, 20매 이상의 시편에 대한 평균 자기 특성만을 측정할 수 있는 결점이 있다.Epstein frame measuring method is currently adopted as a standard measuring method in KS (KS C 4006, 1978) and AST (ASTM A 343-69, 1974) and widely used in industry. However, this method requires the production of a standardized Epstein frame, specimens of 3x28-30.5cm that fit the frame, and the measurement of the average magnetic properties by placing more than 20 specimens in one frame. Therefore, this method is difficult to determine the effective magnetic path because it overlaps the magnetic paths at the overlapping joints when 20 or more specimens are put into the frame, in addition to the above-mentioned drawbacks, and it is difficult to eliminate the leakage fluxes between the overlapping specimens. . In addition, it takes a lot of time to prepare and insert more than 20 specimens to be measured in the frame, there is a defect that can measure only the average magnetic properties for more than 20 specimens.
단일 전기강판 측정방법에는 자기장의 세기는 H-검출코일(H-search coil)로, 자기 유도는 B-검출코일(B-search coil)로 측정하고 있으나, 이 또한 누설 자속을 줄이고, 자기적으로 패경로를 줄이기 위하여 2개의 "U"자형 요크(yoke)를 사용해야만 하고, 시편 외측으로 H-코일, B-코일 및 자화코일 순으로 프레임을 구성시켜야 하고, 이들 코일이 시편에 밀착되어야만 정확한 측정이 가능하게 되는 결점이 있다.In the single steel sheet measuring method, the strength of the magnetic field is measured by the H-search coil and the magnetic induction by the B-search coil, but this also reduces the leakage flux and magnetically. Two "U" yokes must be used to reduce the path, the frame must be constructed out of the specimen in the order of H-coil, B-coil, and magnetization coil, and these coils should be in close contact with the specimen for accurate measurement. There is a drawback to this.
또한, 대형 전기강판 측정방법은 단일강판 측정방법과 동일하지만, 시편의 크기(50×50㎝)가 엡스타인 프레임 측정방법과 단일강판 측정방법보다는 크므로, 시편 준비과정이 간단해서 산업체에서 이용하는데 유리하다. 그러나, 이 방법 또한 누설 자속을 없애기 위해서는 대형의 요크가 있어야 하고, 시편 전체의 자기특성을 측정하는 것이므로, 재질의 결함으로 인한 국부적인 자기 특성의 변화를 알 수 없으며, 시험편의 평균 자기 특성만이 측정된다. 또한 누설 자속을 완전히 없게 하는 것이 용이하지 않으므로, 측정 오차가 크게 되고, 대형의 시험편을 절단해야 하므로 강판의 낭비가 많은 결점이 있다.In addition, the measuring method of large electrical steel sheet is the same as the measuring method of single steel sheet, but the size of the specimen (50 × 50cm) is larger than that of the Epstein frame measuring method and the measuring method of single steel sheet. Do. However, this method also requires a large yoke to eliminate the leakage flux and measures the magnetic properties of the entire specimen. Therefore, the local magnetic characteristics change due to material defects cannot be known. Is measured. In addition, since it is not easy to completely eliminate the leakage magnetic flux, a measurement error becomes large and a large test piece needs to be cut | disconnected, and there exists a fault which wastes a lot of steel sheets.
본 발명은 이러한 점들을 감안하여 시험편의 크기 및 모양의 제한을 받지 않고 자성체의 바아크하우젠 노이즈를 신호처리하여 그의 평균 진폭과 링다운 카운트를 측정함으로써 자성체 시험편 전체면의 불순물, 잔류응력, 균열 등에 의한 국부적인 자기 특성 변화를 측정할 수 있게 발명한 것이다.In view of these considerations, the present invention is not limited to the size and shape of the test piece, and signal-processing the Barkhausen noise of the magnetic material to measure its average amplitude and ringdown count, thereby measuring impurities, residual stresses and cracks on the entire surface of the magnetic test piece. The invention is invented so that local magnetic property change due to the measurement can be measured.
바아크하우젠 노이즈는 자성체에 일정하게 변화하는 자기장이나 응력이 인가될 때 자성체 내부의 자구(magnetic domain)들의 자화 변화가 불연속적으로 나타나는 것을 말하며, 여기서 자구들의 자화 변화는 자구벽(domain wall)의 변위 또는 회전에 의해서 불연속적이고 급격하며, 임의적인 특징으로 발생되므로, 그 결과 시편의 자기이력 국선상의 자기 유도가 급격하고 임의적이며, 불연속적으로 관측된다. 따라서, 본 발명은 제1도에 도시한 바와 같이 신호 발생기(1)에서 발생한 교류 신호를 전원 증폭기(2)에서 증폭하여 바아크하우젠 노이즈 검색부(3)의 마그네트에 인가하면, 이에따라 시편(3a)에서 바아크하우젠 노이즈가 발생하게 되는데, 이를 탐색코일(9 또는 9a)로 측정한다. 탐색 코일에서 측정된 바아크하우젠 노이즈를 증폭기 및 필터(4)에서 적당한 크기의 신호로 증폭하여 시그널 프로세서(5)에 인가하면, 시그널 프로세서(5)는 그에 따른 평균 진폭 및 링다운 카운트를 처리하여 표시화면(6)에 표시하고, 이에 따라 표시화면(6)에는 전체면의 불순물, 잔류응력, 균열 등에 의한 국부적인 자기 특성을 측정 및 표시할 수 있도록 하였으며 바아크하우젠 노이즈 검색부(3)를 주사(scanning)함으로써 피시험편 전면의 자기 특성 분포를 표시화면(6)에 표시할 수 있도록 한 것이다.The Bachhausen noise refers to the discontinuity in the magnetization of magnetic domains within a magnetic body when a constantly changing magnetic field or stress is applied to the magnetic body. As a result of discontinuity, abruptness, and randomness caused by displacement or rotation, the magnetic induction on the magnetic hysteresis trunk line of the specimen is observed to be abrupt, arbitrary, and discontinuous. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, when the AC signal generated by the
이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.
제3도에 도시한 바와 같이 "U"자형의 요크형 마그네트(7)은 길이(s) 95㎜, 폭(d) 27㎜이며, 양측에 높이(h) 50㎜, 두께(t) 15㎜인 코일 권회부(7a)를 돌설하여, 이 코일 권회부(7a)에 코일(10)을 200번씩 권회하여 요크형 마그네트(7)을 구성한다. 이와같이 구성된 요크형 마그네트(7)을 제2도에 도시한 바와 같이, 임의의 시편(8)에 접촉한 후 신호 발생기(1)에서 발생한 일정 주파수의 교류 신호, 예를 들어 0.1Hz, Hz 등의 교류 신호를 전원 증폭기(2)에서 증폭하여 요크형 마그네트(7)에 권회된 코일(10)에 인가하면 요크형 마그네트(7)에 유기된 자기장에 의해 임의의 시편(8)에는 자구들의 변위 또는 회전에 의한 바아크하우젠 노이즈가 발생된다. 이 바아크하우젠 노이즈를 시편(8)상의 임의의 위치에 접촉된 요크형 마그네트(7)의 대향위치 또는 동향위치에서 탐색코일(9 또는 9a)로 검출하여 증폭기 및 필터(4)에 인가하고, 증폭기 및 필터(4)는 탐색코일(9 또는 9a)에서 검출한 바아크하우젠 노이즈를 증폭 및 여과시켜 시그널 프로세서(5)에 인가함으로써 시그널 프로세서(5)는 그에 따른 바아크하우젠 노이즈의 평균 진폭 및 링다운 카운트를 측정하여 자성체의 자기 특성을 정량적으로 측정할 수 있다. 이 동작 과정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.As shown in Fig. 3, the "U" shaped yoke-
신호 발생기(1)에서 발생한 신호는 전원 증폭기(2)에서 약 ±3A까지 증폭되고, 그 증폭된 신호 전류는 제3도에 도시한 바와 같이 요크형 마그네트(7)에 권회된 코일(10)에 인가되므로 요크형 마그네트(7)에 교류 자기장이 형성된다. 예를 들어 신호 발생기(1)에서 1Hz의 교류 신호가 발생되면 요크형 마그네트(7)에도 1Hz의 교류 자기장이 형성되므로 그 요크형 마그네트(7)의 자극이 계속 NS로 변화하게 된다. 이와같은 상태에서 자성체 시험편(8)을 요크형 마그네트(7) 위에 밀착위치시키면 시험편(8)과 요크형 마그네트(7)사이에는 제6(a)도, 제6(b)도에 도시한 바와 같이 자기회로가 형성된다. 여기서, 제6(a)도는 코일(10)에 +3A가 흐를 때의 자기회로이고, 제6(b)도는 코일(10)에 -3A가 흐를 때의 자기회로이다.The signal generated by the
이와같이 시험편(8)에 시간에 따라 세기와 방향이 변화하는 자기장이 형성되므로 그 시험편(8)은 반복적으로 자화되어지며, 이에따라 시험편(8)을 구성하는 자구(제7도의 11)들이 급격한 자구운동을 일으켜 바아크하우젠 노이즈를 발생시킨다. 그런데 바아크하우젠 노이즈는 시험편(8)의 재질, 열처리 상태, 잔류응력상태 등에 따라 발생 특성 및 노이즈의 전압 크기가 다르므로 이 신호를 적절히 처리해 주면 시험편(8)의 자기 특성을 측정할 수 있게 된다. 따라서, 시험편(8)에서 발생되는 바아크하우젠 노이즈를 자기 유도현상을 이용하여 탐색코일(9 또는 9a)로 검출한 후 증폭기 및 필터(4)에 인가하여 증폭 및 여과시키게 된다. 이 증폭기 및 필터(4)의 증폭기 회로 일례를 들면 제8도에 도시한 바와 같다.In this way, since the magnetic field in which the intensity and direction change with time is formed in the
이와같이 증폭기 및 필터(4)에서 증폭 및 여과된 신호를 시그널 프로세서(5)에 인가함으로써 그 바아크하우젠 노이즈의 평균 진폭 및 링다운 카운트를 측정하여 자성체의 자기 특성을 정량적으로 측정하게 된다.In this way, the signal amplified and filtered by the amplifier and filter 4 is applied to the
제9도는 상기와 같은 측정방법에 의해 검출한 78% Ni-Fe 시험편의 전형적인 바아크하우젠 노이즈 파형사진으로서 X축은 시간, Y축은 전압을 나타낸다. 상기 시그널 프로세서(5)에서 측정하는 평균 진폭은 바아크하우젠 노이즈의 전압 평균진폭인 Vrms를 의미하고, 링다운 카운트는 바아크하우젠 노이즈의 어떤 한계진폭(Threshold Voltage) 이상 되는 갯수를 의미한다.FIG. 9 is a typical Barkhausen noise waveform photograph of a 78% Ni-Fe test piece detected by the above measuring method, wherein the X axis represents time and the Y axis represents voltage. The average amplitude measured by the
본 발명에 의한 실측예를 들면, 50% 냉간 가공된 78% 퍼말로이(permalloy) 시편에서 자장의 세기에 따른 바우크하우젠 노이즈의 평균 진폭의 변화를 제4도에 표시하였는데, 여기에 나타난 바와같이 바아크하우젠 노이즈의 평균 진폭은 보자력(Hc, -Hc)근처에서 최대이고, 자화 주파수가 상승할수록 바아크하우젠 노이즈의 평균 진폭은 감소하는 것으로 기존의 자기 특성 방법에서 얻은 결과와 일치함을 알 수 있다. 단, 제4도에서 ○은 자화 주파수가 0.01Hz일을 표시하고, ×,△은 자화 주파수가 각각 0.05Hz, 0.1Hz임을 표시한다.For example, according to the present invention, the variation in the average amplitude of the Baujkhausen noise with the magnetic field strength is shown in FIG. 4 in a 50% cold worked 78% permalloy specimen. The average amplitude of the Bachhausen noise is the maximum near the coercive force (Hc, -Hc), and as the magnetization frequency increases, the average amplitude of the Bachhausen noise decreases, which is in agreement with the results obtained by the conventional magnetic characteristics method. have. However, in FIG. 4, ○ indicates that the magnetization frequency is 0.01 Hz, and × and Δ indicates that the magnetization frequency is 0.05 Hz and 0.1 Hz, respectively.
그리고 다음의 표 1은 퍼말로이 시편을 롤링(rolling)방향에 대하여 자화방향의 각도를 변화시키면서 측정했을 때와, 열처리를 해서 조직을 없앴을 때 보자력점에서의 바아크하우젠 노이즈의 평균 진폭을 나타내고 있다.Table 1 below shows the average amplitude of the Barkhausen noise at the coercive point when the Permalloy specimen was measured with varying angles in the magnetization direction with respect to the rolling direction, and when the structure was removed by heat treatment. have.
[표 1]TABLE 1
여기서 나타난 바와 같이, 냉간 가공한 시편의 롤링방향에 대한 자화방향의 각도가 0°에서 90°로 변화할때 보자력이 1.4(Oe)에서 1.8(Oe)로 변화(약 30%)하는데 반해, 바아크하우젠 노이즈의 평균 진폭은 0.17(V)에서 0.01(V)로 변화(약 1,700%)하는 것을 볼, 바아크하우젠 노이즈의 진폭 변화는 매우 큼을 알 수 있으며, 조직에 대한 의존성에도 민감함을 알 수 있다. 따라서, 자성체의 바아크하우젠 노이즈의 평균 진폭을 측정함으로써 자성체의 자기 특성 변화를 정확히 측정할 수 있었다.As shown here, the coercivity changes from 1.4 (Oe) to 1.8 (Oe) (about 30%) when the angle of the magnetization direction with respect to the rolling direction of the cold worked specimen changes from 0 ° to 90 °. It can be seen that the average amplitude of the Akhausen noise varies from 0.17 (V) to 0.01 (V) (about 1,700%), indicating that the amplitude change of the Bachhausen noise is very large and sensitive to the dependence on the tissue. Can be. Therefore, by measuring the average amplitude of the Bachhausen noise of the magnetic body, the magnetic characteristic change of the magnetic body could be accurately measured.
또한, 제5도는 탐색코일(9 또는 9a)에서 탐지한 바아크하우젠 노이즈를 증폭기 및 필터(4)에서 적당한 크기(본 실험에서는 49dB)로 증폭한 후 시그널 프로세서(5)에서 한계 전압(threshold voltage) 이상되는 바아크하우젠 노이즈 수를 한 주기(cycle)당으로 계수한 링다운 카운트를 나타낸 것으로, 자화 주파수의 변화에 따라 링다운 카운트는 크게 변화하였음을 알 수가 있다. 즉, 제5도에 도시한 바와 같이, 자화주파수를 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0Hz로 변화시키면서 자기 이력 곡선을 그렸을 때 자기 이력 곡선의 변화는 거의 없는데 비해 바아크하우젠 노이즈의 자화주기당 링다운 카운트는 37000, 10500, 5500, 1000, 130 count/cycle로 변화하는 것을 볼 때, 월등히 감도가 높음을 알 수 있어 미세한 자기 특성 변화도 측정할 수 있다.In addition, FIG. 5 shows the threshold voltage of the
이상에서와 같이, 본 발명의 방법은 기존의 자기 특성 측정 방법에서 필수적으로 사용되는 프레임이 필요 없으므로 시험편의 크기 및 모양에 제한을 받지 아니하고, 자성체의 자기 특성의 측정이 가능한 완전한 비파괴 검사라고 할 수 있다. 이에따라 생산 라인에서도 직접 강판 전체면의 불순물, 잔류응력, 균열 등에 의한 국부적인 자기 특성의 변화를 검사하여 도시할 수 있고 불량 부분만을 판별해 낼 수 있어 생산성 향상을 도모할 수가 있다. 또한, 철강 구조물, 용접부위 등의 정적, 동적 응력크기와 분포를 검사하고 도시할 수 있는 장치에도 적용할 수 있다.As described above, since the method of the present invention does not require a frame that is essentially used in the conventional magnetic property measurement method, it is not limited to the size and shape of the test piece, and can be called a complete non-destructive test capable of measuring the magnetic property of the magnetic material. have. Accordingly, even in the production line, it is possible to directly inspect and show the change of local magnetic properties due to impurities, residual stresses, cracks, etc. of the entire steel sheet, and to identify only defective parts, thereby improving productivity. In addition, the present invention can be applied to a device capable of inspecting and showing static and dynamic stress magnitudes and distributions of steel structures and welded portions.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
G160 | Decision to publish patent application | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |