RU1768963C - Mechanical stress measurement technique - Google Patents

Mechanical stress measurement technique

Info

Publication number
RU1768963C
RU1768963C SU904782774A SU4782774A RU1768963C RU 1768963 C RU1768963 C RU 1768963C SU 904782774 A SU904782774 A SU 904782774A SU 4782774 A SU4782774 A SU 4782774A RU 1768963 C RU1768963 C RU 1768963C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
sample
magneto
radiation
optical effect
Prior art date
Application number
SU904782774A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Евгеньевна Чепурова
Георгий Сергеевич Кринчик
Альбина Вольфовна Штайн
Виктор Федорович Новиков
Original Assignee
Мгу Им.Ломоносова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мгу Им.Ломоносова filed Critical Мгу Им.Ломоносова
Priority to SU904782774A priority Critical patent/RU1768963C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1768963C publication Critical patent/RU1768963C/en

Links

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике. Цель изобретени  - повышение чувствительности. Испытываемый образец помещают в выбираемое в зависимости от его материала переменное магнитное поле, направл ют луч света. Изменение намагниченности засвеченного участка поверхности образца под действием переменного внешнего магнитного пол  приводит к изменению интенсивности отраженного от испытываемого образца света за счет магнитооптического эффекта и регистрируетс  фотоприемником , в цепи которого возникают два сигнала: посто нный - пропорциональный интенсивности света, отраженного от образца в отсутствие магнитного пол , и пере- менный - пропорциональный глубине модул ции света за счет магнитооптического эффекта, возникающей при перемагничи- вании образца. При этом о механических воздействи х на испытываемый образец можно судить по увеличению или уменьшению (в зависимости от знака посто нной магнитострикции) магнитооптического эффекта , измер емого при фиксированном значении переменного магнитного пол . Величина пол  зависит от исследуемого материала . 1 ил. сл сThe invention relates to a measurement technique. The purpose of the invention is to increase sensitivity. The test sample is placed in an alternating magnetic field selected depending on its material, and a light beam is directed. A change in the magnetization of the illuminated portion of the surface of the sample under the influence of an alternating external magnetic field changes the intensity of the light reflected from the test sample due to the magneto-optical effect and is detected by a photodetector, in the circuit of which two signals appear: constant - proportional to the intensity of the light reflected from the sample in the absence of a magnetic field , and the variable is proportional to the depth of light modulation due to the magneto-optical effect arising from remagnetization - Vania sample. Moreover, the mechanical effects on the test sample can be judged by the increase or decrease (depending on the sign of constant magnetostriction) of the magneto-optical effect, measured at a fixed value of an alternating magnetic field. The size of the floor depends on the material being studied. 1 ill. next to

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при создании устройств и приборов дл  измерени  механических напр жений в узлах, изготовленных из магни- тоупор доченных материалов.The invention relates to a control and measuring technique and can be used to create devices and devices for measuring mechanical stresses in assemblies made of magnetically ordered materials.

Известны способы измерени  механических напр жений с помощью магнитоуп- ругих датчиков, основанные на обратном магнитострикционном эффекте, состо щем во вли нии упругих напр жений на намагниченность . Магнитоупругие датчики имеют самые разнообразные конструкции. В любом случае датчик представл ет собой маг- нитопровод из магнитострикционного материала, который закрепл етс  или соприкасаетс  с поверхностью испытываемойKnown methods for measuring mechanical stresses using magnetoelastic sensors are based on the inverse magnetostrictive effect, which consists in the effect of elastic stresses on magnetization. Magnetoelastic sensors have a wide variety of designs. In any case, the sensor is a magnet core made of magnetostrictive material, which is fixed or in contact with the surface of the test

детали. О величине приложенных напр жений к испытываемой детали суд т по изменению магнитной проницаемости или ЭДС используемого магнитолроводаthe details. The magnitude of the applied stresses to the tested part is judged by the change in the magnetic permeability or EMF of the used magnetic core

Недостатком указанных способов  вл - нестабильность измер емых величин вследствие сильного вли ни  на работу маг- нитоупругих датчиков  влений магнитного гистерезиса и остаточного намагничивани The disadvantage of these methods is the instability of the measured values due to the strong influence on the operation of magnetoelastic sensors of the phenomena of magnetic hysteresis and residual magnetization

Наиболее близким по технической сущ ности  вл етс  способ измерени  механических напр жений, основанный на использовании пьезооптического эффекта (фотоупругости), состо щего в по влении под действием упругих напр жений оптической анизотропии в первоначально изотропных твердых телах. ПьезооптическийThe closest in technical essence is the method of measuring mechanical stresses based on the use of the piezoelectric effect (photoelasticity), which consists in the appearance of optical anisotropy in initially isotropic solids under the action of elastic stresses. Piezoelectric

ОABOUT

0000

о оoh oh

САCA

эффект  вл етс  следствием зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации и про вл етс  в виде двойного лучепреломлени  и дихроизма. В пол - ризационно-оптических датчиках используютс  оптически-чувствительные материалы, изготовленные в виде пр моугольных пластинок. Пластинки креп тс  на поверхность испытываемой детали. При одноосном раст жении или сжатии оптически- чувствительное вещество приобретает свойства оптически-одноосного кристалла с оптической осью, параллельной оси раст жени  или сжати . Линейно-пол ризованныйсвет ,проход через пол ризационно-оптичаский датчик, при наличии упругих напр жений испытывает линейное двулучепреломление An (А п - разность показателей преломлени  дл  обыкновенной и необыкновенной волн). О приложенных к испытываемой детали механических напр жени х суд т по величине An. Пол ризационно-оптические тензометры относ тс  к датчикам накладного типа.the effect is a consequence of the dependence of the dielectric constant of a substance on deformation and is manifested in the form of birefringence and dichroism. Polarization-optical sensors use optically sensitive materials made in the form of rectangular plates. The plates are attached to the surface of the test piece. During uniaxial tension or compression, an optically sensitive substance acquires the properties of an optically uniaxial crystal with an optical axis parallel to the axis of tension or compression. Linearly-polarized light, passing through a polarization-optical sensor, under the presence of elastic stresses experiences linear birefringence An (And p is the difference in refractive indices for ordinary and extraordinary waves). The mechanical stresses applied to the test piece are judged by the value of An. Polar-optical strain gauges relate to overhead type sensors.

Недостатками данного способа  вл ютс  невысока  чувствительность и ограничение типов исследуемых образцов, что обусловлено тем, что на величине выходного сигнала датчика накладного типа сказываетс  зазор между датчиком и исследуемым материалом, а сам датчик имеет определенную форму заданных размеров .The disadvantages of this method are the low sensitivity and limitation of the types of test samples, which is due to the fact that the gap between the sensor and the test material affects the output signal of the overhead type sensor, and the sensor itself has a certain shape of a given size.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности измерени  механических напр жений и расширение объектов исследовани .The aim of the invention is to increase the sensitivity of the measurement of mechanical stresses and the expansion of the objects of study.

Цель изобретени  достигаем тем, что исследуемый объект помещают в зазор тороидального магнита, пол ризованное излучение фокусируют на поверхности объекта в п тно, размером много меньше характерных размеров неоднородностей распределени  напр жений, воздействие осуществл ют переменным магнитным полем на частоте, отличной ог сетевой, в качестве регистрируемых характеристик выбирают значени  посто нной и переменной составл ющих интенсивности отраженного излучени , механические напр жени  в точке определ ют по соотношению составл ющих с использованием градуиро- вочной кривой, сканиру  поверхность объекта сфокусированным излучением, определ ют распределение напр жений по двум направлени м.The aim of the invention is achieved by the fact that the object under study is placed in the gap of a toroidal magnet, polarized radiation is focused on the surface of the object five times smaller than the characteristic size of the voltage distribution inhomogeneities, the action is carried out by an alternating magnetic field at a frequency other than the network, as the recorded characteristics, the values of the constant and variable components of the intensity of the reflected radiation are selected, the mechanical stresses at the point are determined by the ratio of the composition constituents using graded paid-curve, scanning the surface of an object by a focused radiation, determining stress distribution in two alignments.

В предложенном способе впервые используютс  эффекты магнитоотражени  (магнитооптические эффекты), состо щие вIn the proposed method for the first time uses the effects of magnetoreflection (magneto-optical effects), consisting in

изменении линейно-пол ризованного света, отраженного от магнитоупор доченного материала , подвергаемого механическим воздействи м . Таким образом, предложенныйa change in linearly polarized light reflected from a magnetically ordered material subjected to mechanical stress. Thus, the proposed

способ соответствует критерию Существенные отличи .the method meets the criterion of significant differences.

На чертеже представлена схема, реализующа  предлагаемый способ.The drawing shows a diagram that implements the proposed method.

Способ осуществл етс  следующим об0 разом. В дугообразный магнит 1 с намагничивающей обмоткой 2 помещают испытываемую деталь 3 (пластинка, проволока и т.д.). Свет от источника света 4 пройд  пол ризатор 5, падает на образец.The method is carried out as follows. In the arcuate magnet 1 with a magnetizing winding 2 is placed the test piece 3 (plate, wire, etc.). The light from light source 4 passes through the polarizer 5 and falls on the sample.

5 Отраженный свет собираетс  на фотоприемнике 6. В намагниченную обмотку 2 от звукового генератора 10 через усилитель мощности 11 подаетс  переменный ток, обеспечивающий перемагничивание образ0 ца (в том числе от Ms до - Ms; Ms- намагниченность насыщени  испытываемого матери м).5 The reflected light is collected at the photodetector 6. An alternating current is applied to the magnetized winding 2 from the sound generator 10 through a power amplifier 11 to ensure magnetization reversal of the sample (including from Ms to - Ms; Ms is the saturation magnetization of the tested mother, m).

Изменение намагниченности засвеченного участка поверхности детали поддейст5 вием переменного внешнего магнитного пол  приводит к изменению интенсивности отраженного от испытываемого образца света за счет магнитооптического эффекта. Удобно применение экваториального эф0 фекта Керра (ЭЭК), а также меридионального интенсивного эффекта (МИЭ). В первом случае магнитное поле, прикладываемое к образцу, и плоскость падени  света перпендикул рны . ЭЭК измер етс  на Р - компо5 ненте падающего света. Bo-втором - магнитное поле и плоскость падени  света параллельны. МИЭ измер етс  при некотором промежуточном (между Р - и S - волнами , вектор Е лежит соответственноA change in the magnetization of the illuminated part of the surface of the part by the action of an alternating external magnetic field leads to a change in the intensity of the light reflected from the test sample due to the magneto-optical effect. It is convenient to use the equatorial Kerr effect (EEC), as well as the meridional intense effect (MIE). In the first case, the magnetic field applied to the sample and the plane of incidence of light are perpendicular. EEC is measured at the P component of the incident light. Bo-second - the magnetic field and the plane of incidence of light are parallel. MIE is measured at some intermediate (between P - and S - waves, the vector E lies respectively

0 параллельно и перпендикул рно плоскости падени  света) положении плоскости пол ризации .0 parallel and perpendicular to the plane of incidence of light) the position of the plane of polarization.

Изменение интенсивности отраженного от испытываемого образца света регист5 рируетс  фотоприемником 6, в цепи которого возникают два сигнала: посто нный - пропорциональный интенсивности света, отраженного or образца в отсутствие магнитного пол , и переменный - пропор0 циональный глубине модул ции света за счет магнитооптического эффекта, возникающей при перемагиичивании образца. Первый сигнал измер етс  микровольтметром посто нного тока 8, второй - селективнымA change in the intensity of the light reflected from the test sample5 is recorded by a photodetector 6, in the circuit of which two signals appear: constant - proportional to the intensity of the light reflected or from the sample in the absence of a magnetic field, and variable - proportional to the depth of light modulation due to the magneto-optical effect that occurs when re-magnetization of the sample. The first signal is measured with a dc microvoltmeter 8, the second with selective

5 усилителем 7 с синхронным детектором 9. Отношение показаний синхронно детектора 9 и микровольтметра 8 определ ют величину магнитооптического эффекта д.5 by an amplifier 7 with a synchronous detector 9. The ratio of the readings of the synchronous detector 9 and the microvoltmeter 8 determines the magnitude of the magneto-optical effect d.

Известно, что при посто нной напр женности магнитного пол  и воздействии наIt is known that with a constant magnetic field strength and exposure to

образец внешних механических напр жений (раст жени  или сжати ) в нем должны обнаружитьс  изменени  намагниченности (магнитоупругий эффект). Магнитоупругий эффект и св занна  с ним магнитоупруга  энерги  обусловлены наличием магнито- стрикции в кристалле. Магнитоупруга  энерги  создает дополнительные,выгодное и невыгодное, энергетические направлени  М3(магнитоупруга  анизотропи ). В результате ход кривых намагничивани  определ етс  конкурирующими вкладами магнитоупругой энергии и кристаллографической магнитной анизотропии.a sample of external mechanical stresses (tension or compression), changes in magnetization (magnetoelastic effect) should be detected in it. The magnetoelastic effect and the magnetoelastic energy associated with it are due to the presence of magnetostriction in the crystal. Magnetoelastic energy creates additional, advantageous and disadvantageous, energy directions M3 (magnetoelastic anisotropy). As a result, the course of the magnetization curves is determined by the competing contributions of magnetoelastic energy and crystallographic magnetic anisotropy.

В материалах, имеющих отрицательный знак магнитострикции, одностороннее раст жение стремитс  установить векторы Ms в плоскости, перпендикул рной направлению раст жени . Кривые намагничивани  при этом вырождаютс  в пр мые линии, ибо в этом случае требуетс  гораздо большее поле Н, чтобы сориентировать векторы Ms в направлении приложенного пол .In materials having a negative sign of magnetostriction, unilateral tension tends to establish the vectors Ms in a plane perpendicular to the direction of tension. In this case, the magnetization curves degenerate in straight lines, because in this case a much larger field H is required in order to orient the vectors Ms in the direction of the applied field.

В материалах, обладающих положительной магнитострикцией, кривые намагничивани  по мере увеличени  упругого раст жени  приобретают пр моугольный вид.In materials with positive magnetostriction, the magnetization curves acquire a rectangular shape as the elastic tension increases.

Измерение кривых намагничивани  возможно с помощью магнитооптических эффектов, при этом о механических воздействи х на испытываемый образец можно судить по увеличению или уменьшению (в зависимости от знака посто нной магнито- стрикции) магнитооптического эффекта, измер емого при фиксированном значении переменного магнитного пол . Величина пол  зависит от исследуемого материала.Magnetization curves can be measured using magneto-optical effects, while the mechanical effects on the test sample can be judged by the increase or decrease (depending on the sign of constant magnetostriction) of the magneto-optical effect, measured at a fixed value of the alternating magnetic field. The size of the floor depends on the material being studied.

Изобретение иллюстрируетс  следующим примером.The invention is illustrated by the following example.

Стальную проволоку диаметром 0,2 мм помещают во внешнее переменное магнитное поле, равное 200 Э. Направл ют на нее луч света, и измер ют магнитоотраже- ние д в зависимости от напр жени  раст жени , прикладываемого к проволоке. Обнаруженное увеличение д с ростом приложенного напр жени  свидетельствует о том, что испытываема  деталь характеризуетс положительной магнитострикцией.A steel wire with a diameter of 0.2 mm is placed in an external alternating magnetic field of 200 Oe. A beam of light is directed at it and the magnetic reflection e is measured depending on the tensile stress applied to the wire. The observed increase in q with increasing applied voltage indicates that the test piece is characterized by positive magnetostriction.

Минимальное значение магнитооптического эффекта д (в относительных единицах ), измер емое с помощью используемой методики, равно 5 -10 . Это означает, что минимальное регистрируемое напр жение, приложенное к исследуемому образцу, составл ет5-10 МПа, что практически на пор док меньше по сравнению с тензометрами, описанными выше.The minimum value of the magneto-optical effect d (in relative units), measured using the technique used, is 5 -10. This means that the minimum recorded voltage applied to the test sample is 5–10 MPa, which is almost an order of magnitude lower than the strain gauges described above.

В предложенном способе предусмотрена фокусировка луча света в п тно диаметром до нескольких микрон и сканирование его по поверхности испытываемого материала . Это позвол ет измер ть распределение напр жени  в продольном и поперечном направлени х относительно оси приложенных механических нагрузок, а также изучать различные типы образцов - вплоть до микропроволок и пленочных покрытий.The proposed method provides for focusing a light beam in spots with a diameter of up to several microns and scanning it over the surface of the test material. This makes it possible to measure the stress distribution in the longitudinal and transverse directions relative to the axis of the applied mechanical loads, as well as to study various types of samples - up to microwires and film coatings.

Таким образом, при данном способе измерени  механических напр жений повышаетс  чувствительность и отношение сигнал / шум, не сказываетс  качество поверхности испытываемой детали, допустимы измерени  распределени  напр жений в продольном и поперечном направлени хThus, with this method of measuring mechanical stresses, the sensitivity and signal-to-noise ratio are increased, the surface quality of the tested part is not affected, and measurements of the stress distribution in the longitudinal and transverse directions are acceptable

относительно оси приложенных механических нагрузок, расшир ютс  типы измер емых образцов.relative to the axis of the applied mechanical loads, the types of measured samples are expanding.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ измерени  механических напр жений , заключающийс  в том. что направл ют в сторону исследуемого объекта пол ризованное излучение, осуществл ют воздействие на объект, регистрируют характеристики излучени  и по ним суд т о механических напр жени х, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  чувствительности, исследуемый объект помещают в зазор тороидального магнита, пол ризованное излучение фокусируют наSUMMARY OF THE INVENTION A method for measuring mechanical stresses is as follows. that they direct polarized radiation towards the object under study, affect the object, record the radiation characteristics and from them determine the mechanical stresses and the strength and so that, in order to increase sensitivity, the studied object is placed in the gap of the toroidal magnet, the polarized radiation is focused on поверхности объекта в п тно, размером много меньше характерных размеров нео- днородностей распределени  напр жений, воздействие осуществл ют переменным магнитным полем на частоте, отличной отthe surface of the object is spot, much smaller than the characteristic size of the heterogeneity of the voltage distribution, the effect is carried out by an alternating magnetic field at a frequency different from сетевой, в качестве регистрируемых характеристик выбирают значени  посто нной и переменной составл ющих интенсивности отраженного излучени , механические напр жени  в точке определ ют по соотношению составл ющих с использованием градуировочной кривой, сканиру  поверхность объекта сфокусированным излучением , определ ют распределение напр жений по двум направл ющим.network, as the recorded characteristics, choose the constant and variable components of the intensity of the reflected radiation, the mechanical stresses at the point are determined by the ratio of the components using the calibration curve, scanning the surface of the object with focused radiation, determining the voltage distribution in two directions.
SU904782774A 1990-01-11 1990-01-11 Mechanical stress measurement technique RU1768963C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904782774A RU1768963C (en) 1990-01-11 1990-01-11 Mechanical stress measurement technique

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904782774A RU1768963C (en) 1990-01-11 1990-01-11 Mechanical stress measurement technique

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1768963C true RU1768963C (en) 1992-10-15

Family

ID=21491761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904782774A RU1768963C (en) 1990-01-11 1990-01-11 Mechanical stress measurement technique

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1768963C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Katagiri M.,Watarava M.,Hyigawa M. Sparp К. Optical pressure censor with pedestal mounted photoelastic element, 1988. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6528993B1 (en) Magneto-optical microscope magnetometer
EP0597390B1 (en) Birefringence distribution measuring method
CN102508179A (en) Device and method for detecting force electromagnetic coupling behavior of giant magneto resistive film
Kim et al. Calibration of polar Kerr rotation and ellipticity measurements
CN108594142B (en) Magnetization vector measuring method
CN101441195A (en) Magnetoelasticity performance simultaneous on-line detecting method of iron magnetic thin film
Rogers Method for simultaneous measurement of current and voltage on high-voltage lines using optical techniques
RU1768963C (en) Mechanical stress measurement technique
EP0160404A1 (en) Sensor using photo-elasticity
Klank et al. Characterization and optimization of magnetic garnet films for magneto-optical visualization of magnetic field distributions
Yin et al. Faraday angle and accuracy measurement of magneto-optic current transmission based on new telluride glass
JP2004525361A (en) Method for electro-optically measuring voltage in a temperature-compensated manner and apparatus for carrying out the method
Wagreich et al. Accurate magneto-optic sensitivity measurements of some diamagnetic glasses and ferrimagnetic bulk crystals using small applied AC magnetic fields
Narendran et al. Fiber-optic acoustic sensor for nondestructive evaluation
RU2160441C2 (en) Method of nondestructive test of ferromagnetic materials
SU1499293A1 (en) Method of measuring magnetic field
Biegelsen An ultrasonic technique for measuring the absolute signs of photoelastic coefficients and its application to fused silica and cadmium molybdate
US11906604B2 (en) Method for extracting a transverse magneto-optic effect signal
Candela et al. Technique for Determining Spin‐Lattice Relaxation Times
RU2021590C1 (en) Method of measurement of parameters of outside action on medium or object and device to implement it
SU1585769A1 (en) Method of measuring hysteresis curves of ferromagnetic materials
RU2725650C1 (en) Constant magnetic field sensor based on a magnetoplasmon crystal
Carey et al. The transverse Kerr effect in cobalt thin films and its application to a simple hysteresis loop plotter
SU1691796A1 (en) Method of non-destructive testing of saturation magnetization of magnetic films
Chung et al. Magneto-optics of ferrofluids, using fiber optics