RU2079825C1 - Gear measuring mechanical stresses in metal articles - Google Patents
Gear measuring mechanical stresses in metal articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079825C1 RU2079825C1 RU94037732/28A RU94037732A RU2079825C1 RU 2079825 C1 RU2079825 C1 RU 2079825C1 RU 94037732/28 A RU94037732/28 A RU 94037732/28A RU 94037732 A RU94037732 A RU 94037732A RU 2079825 C1 RU2079825 C1 RU 2079825C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- input
- output
- detector
- mixer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытания строительных конструкций без их разрушения с помощью электромагнитных полей. Оно может быть реализовано при определенном контроле качества производства сварочных работ на автоматизированных линиях заводов, на строительных площадках при ручном инспекционном контроле сварных соединений металлических конструкций /например, ферм перекрытий, пролетных строений мостов, элементов рельсовых путей/, участков трубопроводов в строящихся и эксплуатируемых инженерных сооружениях, при расследованиях причин обрушений зданий и сооружений, содержащих металлические конструкции, а также других техногенных аварий. The invention relates to the field of testing building structures without destroying them using electromagnetic fields. It can be implemented with a certain quality control of welding operations on automated lines of factories, on construction sites with manual inspection of welded joints of metal structures (for example, trusses, spans of bridges, rail track elements /, pipeline sections in constructed and operated engineering structures , in investigations into the causes of the collapse of buildings and structures containing metal structures, as well as other technological accidents.
Известно устройство, содержащее генератор тока намагничивания, преобразователь, состоящий из двух жестко соединенных между собой П-образных магнитопроводов, обмотки возбуждения, измерительной и дополнительных обмоток, коммутатор для закорачивания дополнительных обмоток, вольтметр переменного напряжения и индикатор, а также аналогичное устройство, полюса магнитопроводов которого выполнены Ш-образными, на сердечниках которых размещены дополнительные обмотки [1]
Недостатком данного устройства являются низкая точность и воспроизводимость результатов измерений, а также сложность реализации.A device is known that contains a magnetization current generator, a converter consisting of two U-shaped magnetic circuits rigidly interconnected, an excitation winding, a measuring and additional windings, a switch for shorting additional windings, an alternating voltage voltmeter and an indicator, as well as a similar device whose magnetic poles made by W-shaped, on the cores of which are placed additional windings [1]
The disadvantage of this device is the low accuracy and reproducibility of the measurement results, as well as the complexity of the implementation.
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому положительному эффекту и работоспособным практически является устройство /см. чертеж/ для измерения механических напряжений в металлических изделиях, содержащие последовательно соединенные генератор 1 переменного тока, преобразователь 2, состоящий из крестообразного магнитопровода 3 с обмоткой 4 возбуждения и измерительной обмоткой 5, усилитель 6, амплитудно-фазовый детектор 7, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора 1, и индикатор 8 [2]
Недостатком прототипа являются низкая воспроизводимость, точность и узкий диапазон измерений. Низкие воспроизводимость и точность измерений обусловлены конечными размерами башмаков магнитопроводов, технологическими отклонениями плоскостей П-образных частей магнитопровода от взаимоортогонального положения, неоднородностью магнитных свойств материала магнитопровода, технологическим разбросом параметров компонент блоков устройства. Указанные недостатки, кроме того, ограничивают диапазон измерений и взаимозаменяемость преобразователей.The closest in technical essence, the achieved positive effect and efficient is practically a device / cm. drawing / for measuring mechanical stresses in metal products containing an alternating current generator 1 connected in series, a transducer 2 consisting of a cross-shaped magnetic circuit 3 with an excitation winding 4 and a measuring winding 5, an amplifier 6, an amplitude-phase detector 7, the second input of which is connected to the second generator 1 output, and indicator 8 [2]
The disadvantage of the prototype are low reproducibility, accuracy and a narrow range of measurements. Low reproducibility and accuracy of measurements are due to the finite dimensions of the shoes of the magnetic cores, the technological deviations of the planes of the U-shaped parts of the magnetic circuit from the mutually orthogonal position, the heterogeneity of the magnetic properties of the material of the magnetic circuit, and the technological variation in the parameters of the components of the device blocks. These disadvantages, in addition, limit the range of measurements and the interchangeability of the transducers.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение воспроизводимости и точности, а также расширение диапазона измерений устройства для измерения механических напряжений за счет введения в известное устройство новых блоков и связей. The objective of the invention is to increase reproducibility and accuracy, as well as expanding the measuring range of the device for measuring mechanical stresses by introducing new blocks and connections into the known device.
Поставленная задача решается за счет того, что известное устройство для измерения механических напряжений в металлических изделиях, содержащее последовательно соединенные генератор 1 переменного тока, преобразователь 2, состоящий из крестообразного магнитопровода 3 с обмоткой 4 возбуждения и измерительной обмоткой 5, усилитель 6, детектор 7 и индикатор 8, снабжено смесителем 9, включенным между измерительной обмоткой 5 и входом усилителя 6, тремя фазовращателями 10, 11 и 15, подключенными к выходу генератора 1, и тремя усилителями 12, 13 и 16, первый 12 из которых включен между выходом фазовращателя 10 и вторым входом смесителя 9, а другой усилитель 13 включен между выходом фазовращателя 11 и вторым входом детектора 7, третий усилитель 16 включен между выходом фазовращателя 15 и третьим входом смесителя 9, а также полосовым фильтром 14, включенным между усилителем 6 и первым входом детектора 7, и аттенюатором 17, включенным между выходом детектора 7 и входом индикатора 8. The problem is solved due to the fact that the known device for measuring mechanical stresses in metal products containing a series-connected alternator 1, a transducer 2, consisting of a cross-shaped magnetic circuit 3 with a field winding 4 and a measuring winding 5, amplifier 6, detector 7 and indicator 8, equipped with a mixer 9 connected between the measuring winding 5 and the input of the amplifier 6, three phase shifters 10, 11 and 15 connected to the output of the generator 1, and three amplifiers 12, 13 and 16, the first 12 of which are connected between the output of the phase shifter 10 and the second input of the mixer 9, and the other amplifier 13 is connected between the output of the phase shifter 11 and the second input of the detector 7, the third amplifier 16 is connected between the output of the phase shifter 15 and the third input of the mixer 9, as well as the bandpass filter 14 included between the amplifier 6 and the first input of the detector 7, and the attenuator 17 connected between the output of the detector 7 and the input of the indicator 8.
Такое техническое решение обеспечивает сложение в смесителе 9 информационного и вспомогательного сигналов как суммы двух гармонических сигналов. При этом за счет регулировки фазы /с помощью фазовращателя 10/ и амплитуды /коэффициентом усиления усилителя 13/ вспомогательного сигнала возможно полное подавление паразитного фона в выходном сигнале преобразователя 2, обусловленного технологическими факторами. Это обеспечивает взаимозаменяемость преобразователей 2 устройства, благодаря чему повышается воспроизводимость результатов измерений. За счет регулировки фазы /с помощью фазовращателя 11/ и амплитуды /коэффициентом усиления усилителя 12/ опорного сигнала удается обеспечить компенсацию амплитудных и фазовых отклонений параметров блоков устройства. Это повышает технологичность регулировки устройства и точность. За счет регулировки фазы /с помощью фазовращателя 15/ и амплитуды /коэффициентом усиления усилителя 16/ "пилот-сигнал" удается расширить диапазон и линейность шкалы измерения устройства. Благодаря аттенюатору 17, обеспечивается повышение оперативности изменения цены деления шкалы устройства в процессе работы при переходе к контролю напряженного состояния конструкции из иной марки стали. Кроме того, новые блоки и связи позволяют извлекать информацию, содержащуюся в амплитуде и фазе полезной части сигнала, путем фазового детектирования. Блоки 9 17 и их связи с ранее известными блоками 1 8 являются существенными признаками устройства, обеспечивающими устранение недостатков прототипа. This technical solution provides the addition in the mixer 9 information and auxiliary signals as the sum of two harmonic signals. In this case, by adjusting the phase / using the phase shifter 10 / and the amplitude / gain of the amplifier 13 / auxiliary signal, it is possible to completely suppress spurious background in the output signal of the converter 2, due to technological factors. This ensures the interchangeability of the transducers 2 of the device, thereby increasing the reproducibility of the measurement results. By adjusting the phase / using the phase shifter 11 / and the amplitude / gain of the amplifier 12 / reference signal, it is possible to compensate for the amplitude and phase deviations of the parameters of the device blocks. This increases the adaptability of the device and accuracy. By adjusting the phase / using the phase shifter 15 / and the amplitude / gain of the amplifier 16 / pilot signal, it is possible to expand the range and linearity of the measurement scale of the device. Thanks to the attenuator 17, it is possible to increase the efficiency of changing the price of dividing the scale of the device during operation when moving to control the stress state of the structure from another steel grade. In addition, the new blocks and communications make it possible to extract information contained in the amplitude and phase of the useful part of the signal by phase detection. Blocks 9 17 and their relationship with previously known blocks 1 8 are essential features of the device, providing the elimination of the disadvantages of the prototype.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения механических напряжений. The drawing shows a block diagram of the proposed device for measuring mechanical stress.
Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 переменного тока, преобразователь 2, состоящий из крестообразного магнитопровода 3 с обмоткой 4 возбуждения и измерительной обмоткой 5, усилитель 6, детектор 7 и индикатор 8. Кроме того, оно снабжено смесителем 9, включенным между измерительной обмоткой 5 и входом усилителя 6, тремя фазовращателями 10, 11 и 15, подключенными к выходу генератора 1, и тремя усилителями 12, 13 и 16, первый 12 из которых включен между выходом фазовращателя 10 и вторым входом смесителя 9, а другой усилитель 13 включен между выходом фазовращателя 11 и вторым входом детектора 7, третий усилитель 16 включен между выходом фазовращателя 15 и третьим входом смесителя 9, а также полосовым фильтром 14, включенным между усилителем 6 и первым входом детектора 7, и аттенюатором 17, включенным между выходом детектора 7 и входом индикатора 8. The device comprises a series-connected alternator 1, a transducer 2, consisting of a cross-shaped magnetic circuit 3 with an excitation winding 4 and a measuring winding 5, an amplifier 6, a detector 7 and an indicator 8. In addition, it is equipped with a mixer 9 connected between the measuring winding 5 and the input amplifier 6, three phase shifters 10, 11 and 15 connected to the output of the generator 1, and three amplifiers 12, 13 and 16, the first 12 of which is connected between the output of the phase shifter 10 and the second input of the mixer 9, and the other amplifier 13 is turned on m waiting for the output of the phase shifter 11 and the second input of the detector 7, the third amplifier 16 is connected between the output of the phase shifter 15 and the third input of the mixer 9, as well as the bandpass filter 14 connected between the amplifier 6 and the first input of the detector 7, and the attenuator 17 connected between the output of the detector 7 and indicator input 8.
Все блоки устройства могут быть разработаны на основе типовых схем. All units of the device can be developed on the basis of standard schemes.
Устройство работает следующим образом. С помощью генератора 1 формируют однофазный переменный ток опорной фазы. Сформированный однофазный ток используют для питания обмотки 4 возбуждения преобразователя 2, размещенной на одной из П-образных частей крестового магнитопровода 3. Магнитный поток, возбужденный в названной П-образной части магнитопровода, замыкается контролируемым участком металла изделия. The device operates as follows. Using the generator 1 form a single-phase alternating current of the reference phase. The generated single-phase current is used to power the excitation winding 4 of the transducer 2 located on one of the U-shaped parts of the cross magnetic circuit 3. The magnetic flux excited in the said U-shaped part of the magnetic circuit is closed by a controlled portion of the metal of the product.
Вектор В индукции магнитного поля, возбужденного в металле, по величине и направлению зависит от напряженного /механического/ состояния среды. Плоское напряженное состояние металла контролируемого участка изделия описывается величинами и ориентацией двух главных механических напряжений. При отсутствии механических напряжений в металле контролируемого участка конструкции вектор B ориентирован в плоскости П-образного участка крестового магнитопровода 3 с обмоткой 4 возбудителя. Так как плоскость второго П-образного участка крестового магнитопровода 3 с измерительной обмоткой 5 ортогональная первому, то в измерительной обмотке 5 не возбуждается эдс /при идеальной взаимной ортогональности плоскостей П-образных участков магнитопровода 3 и однородности материала/. Vector In the induction of a magnetic field excited in a metal, in magnitude and direction depends on the stress / mechanical / state of the medium. The plane stress state of the metal of the controlled section of the product is described by the magnitudes and orientation of the two main mechanical stresses. In the absence of mechanical stresses in the metal of the controlled section of the structure, the vector B is oriented in the plane of the U-shaped section of the cross magnetic circuit 3 with the exciter winding 4. Since the plane of the second U-shaped portion of the cross magnetic core 3 with the measuring winding 5 is orthogonal to the first, the emf is not excited in the measuring winding 5 / with the ideal mutual orthogonality of the planes of the U-shaped sections of the magnetic core 3 and the uniformity of the material /.
По мере роста нагрузки на участок изделия происходит рост главных механических напряжений и, как следствие, изменение ориентации вектора B из-за механической деформации доменной структуры. Поскольку ток возбуждения не изменяется, то длина вектора B остается постоянной, но если направления вектора B и вектора силы, действующей на объект, не совпадают, то его проекции на направления главных механических напряжений σ1 и σ2 изменяются. В плоскости второго П-образного участка крестового магнитопровода 3 с обмоткой 5 появляются проекции B1 и B2 вектора магнитной индукции, отличающиеся от нуля, а как следствие, в измерительной обмотке 5 возникает комплексная эдс U, зависящая от напряженного состояния материала в соответствии с выражением
U=(σ1-σ2)K•B•cos2α (1)
где K коэффициент, зависящий от природы материала и некоторых постоянных характеристик устройства, учитываемый при производстве прибора;
α угол между вектором и плоскостью плеча магнитопровода 3 с обмоткой 4 возбуждения преобразователя 2.As the load on the product area increases, the main mechanical stresses increase and, as a result, the orientation of the vector B changes due to the mechanical deformation of the domain structure. Since the excitation current does not change, the length of the vector B remains constant, but if the directions of the vector B and the force vector acting on the object do not coincide, then its projections on the directions of the main mechanical stresses σ 1 and σ 2 change. In the plane of the second U-shaped section of the cross magnetic core 3 with winding 5, projections B1 and B2 of the magnetic induction vector appear, which are different from zero, and as a result, a complex emf U appears in the measuring winding 5, depending on the stress state of the material in accordance with the expression
U = (σ 1 -σ 2 ) K • B • cos2α (1)
where K is a coefficient depending on the nature of the material and some constant characteristics of the device, taken into account in the manufacture of the device;
α the angle between the vector and the plane of the arm of the magnetic circuit 3 with the excitation winding 4 of the Converter 2.
На практике из-за отклонений плоскостей П-образных участков магнитопровода от взаимоортогонального положения и из-за других технологических причин компоненты B1 и B2 всегда присутствуют, поэтому в выходном сигнале измерительной обмотки 5 всегда имеется паразитная эдс, которая суммируется с истинным сигналом /аддитивная помеха/
U1 U + Uп (2)
где U1 комплексная амплитуда выходного сигнала преобразователя 2;
Uп комплексная амплитуда аддитивной помехи.In practice, due to deviations of the planes of the U-shaped sections of the magnetic circuit from the mutually orthogonal position and due to other technological reasons, the components B1 and B2 are always present, therefore there is always a stray emf in the output signal of the measuring winding 5, which is summed with the true signal / additive interference /
U 1 U + U p (2)
where U 1 the complex amplitude of the output signal of the Converter 2;
U p the complex amplitude of the additive interference.
Сущность работы прототипа заключается в обработке именно такого сигнала, смешанного с помехой. Поскольку комплексная амплитуда U1 выходного сигнала измерительной обмотки 5 из-за наличия паразитной составляющей Uп является случайной, то технологическая замена преобразователя 2 /например, при выходе данного блока из строя/ существенно нарушает градуировочные постоянные устройства-прототипа. При этом требуется выполнение внеплановой градуировки устройства, что является трудоемкой и длительной процедурой. Кроме того, названные причины сужают диапазон измерений устройства /устройство пригодно для работы в ограниченном участке изменения сигнала, где параметры помехи пренебрежимо малы по сравнению с диапазоном изменения параметров полезного сигнала/.The essence of the prototype is to process just such a signal mixed with interference. Since the complex amplitude U 1 of the output signal of the measuring winding 5 due to the presence of a parasitic component U p is random, the technological replacement of the converter 2 / for example, when this unit fails / significantly violates the calibration constants of the prototype device. This requires unscheduled graduation of the device, which is a time-consuming and lengthy procedure. In addition, these reasons narrow the measurement range of the device / the device is suitable for operation in a limited area of the signal, where the interference parameters are negligible compared to the range of the parameters of the useful signal /.
В предлагаемом техническом решении рассмотренный информационный сигнал U в смеси с помехой Uп с выхода измерительной обмотки 5 поступает на первый вход смесителя 9, на второй вход которого с выхода генератора 1 переменного тока через фазовращатель 10 и усилитель 13 подается напряжение вспомогательного сигнала Uвсп -Uп. Смеситель 9 может быть выполнен, например, в виде обычного сумматора /стандартный микшер на операционном усилителе/. В результате на выходе смесителя 9 формируется суммарный сигнал (Us, Φs) двух гармонических сигналов. При соответствующем выборе фазы /с помощью фазовращателя 10/ и амплитуды /регулировкой коэффициента усиления усилителя 13/ вспомогательного сигнала аддитивная помеха Uп может быть подавлена полностью. Для этого преобразователь 2 устанавливают на поверхность среды без внутренних напряжений /отожженный образец/ и регулируют параметры блоков 10 и 13 до полного подавления выходного сигнала смесителя 9. Поскольку параметры помехи зависят только от конструктивных /и технологических/ параметров преобразователя 2 и не зависят от напряженного состояния контролируемой среды, то данная операция может выполняться один раз при смене преобразователя 2. В результате на выходе сумматора 9 остается только информационный сигнал U, подлежащий дальнейшей обработке. Таким образом, благодаря предложенному решению, за счет введения в схему устройства блоков 9, 10 и 13, обеспечивается воспроизводимость результатов измерений в случаях производственной необходимости замены преобразователя 2. При этом дорогостоящих, трудоемких и длительных повторных градуировочных испытаний устройства, характерных для прототипа, не требуется, то есть повышается оперативность работы с устройством, например, в производственных условиях.In the proposed technical solution, the considered information signal U mixed with interference U p from the output of the measuring winding 5 is supplied to the first input of the mixer 9, the second input of which from the output of the alternator 1 through the phase shifter 10 and amplifier 13, the auxiliary signal voltage U aux- U n . The mixer 9 can be performed, for example, in the form of a conventional adder / standard mixer on an operational amplifier /. As a result, at the output of the mixer 9, a total signal (U s , Φ s ) of two harmonic signals is formed. With the appropriate choice of phase / using the phase shifter 10 / and the amplitude / adjustment of the gain of the amplifier 13 / auxiliary signal, the additive interference U p can be completely suppressed. For this, the converter 2 is installed on the surface of the medium without internal stresses / annealed sample / and the parameters of the blocks 10 and 13 are adjusted until the output signal of the mixer 9 is completely suppressed. Since the interference parameters depend only on the design / and technological / parameters of the converter 2 and do not depend on the stress state controlled environment, then this operation can be performed once when changing the Converter 2. As a result, the output of the adder 9 remains only the information signal U, to be further brabotke. Thus, thanks to the proposed solution, by introducing the blocks 9, 10 and 13 into the device circuitry, the reproducibility of measurement results is ensured in cases of industrial necessity of replacing the converter 2. Moreover, expensive, laborious and lengthy repeated calibration tests of the device specific to the prototype are not required , that is, increases the efficiency of work with the device, for example, in a production environment.
Другой особенностью предлагаемого устройства является искусственное смешение полезного сигнала с дополнительным "пилот-сигналом". Another feature of the proposed device is the artificial mixing of the useful signal with an additional "pilot signal".
Амплитуда Ux и фаза Φx выходного комплексного сигнала измерительной обмотки 5 изменяется одновременно с изменением механического напряжения по различным законам и в разных диапазонах изменений механического напряжения. Сами названные законы и диапазон изменения напряжений зависят от марки стали контролируемого изделия. В прототипе отсутствуют блоки и узлы, позволяющие управлять обработкой различно изменяющихся амплитуд и фаз не только смешенного, но и полезного сигнала. Поэтому однозначная идентификация параметров /величины и направления/ главных механических напряжений с достаточной для инженерной практики точностью с помощью прототипа оказывается затруднительной.The amplitude U x and phase Φ x of the output complex signal of the measuring winding 5 changes simultaneously with the change in mechanical stress according to various laws and in different ranges of changes in mechanical stress. The named laws and the range of voltage changes themselves depend on the steel grade of the controlled product. In the prototype, there are no blocks and nodes that allow you to control the processing of variously changing amplitudes and phases of not only a mixed, but also a useful signal. Therefore, the unambiguous identification of parameters / magnitude and direction / of the main mechanical stresses with sufficient accuracy for engineering practice using the prototype is difficult.
В предлагаемом устройстве названный недостаток устраняется с помощью "пилот-сигнала". Для этого на третий вход смесителя 9 с выхода генератора 1 переменного тока через фазовращатель 15 и усилитель 16 подается напряжение дополнительного комплексного сигнала U2 с заданными и управляемыми параметрами амплитудой U2 и фазой Φ2 В результате на выходе смесителя 9 формируется суммарный сигнал (Us, Φs) двух гармонических сигналов - исходного сигнала U и "пилот-сигнала" U2. Однако данная смесь сигналов, в отличие от выходного сигнала с помехой измерительной обмотки 5 преобразователя 2, характеризуется фиксированными и известными /заданными/ параметрами.In the proposed device, the aforementioned drawback is eliminated with the help of a “pilot signal”. To do this, the voltage of the additional complex signal U 2 with the specified and controlled parameters amplitude U 2 and phase Φ 2 is supplied to the third input of the mixer 9 from the output of the alternator 1 through the phase shifter 15 and amplifier 16. As a result, the total signal (U s , Φ s ) of two harmonic signals — the original signal U and the “pilot signal” U 2 . However, this mixture of signals, in contrast to the output signal with the interference of the measuring winding 5 of the Converter 2, is characterized by fixed and known / given / parameters.
Этот сигнал подвергается линейному усилению в усилителе 6 и фильтрации /от нежелательных гармоник/ в фильтре 14, после чего поступает на первый вход детектора 7, на второй вход которого подается напряжение опорной частоты с выхода генератора 1 переменного тока через фазовращатель 11 и усилитель 12. В процессе настройки устройства параметры фазовращателей 11 и 15 первоначально устанавливают одинаковыми. Тогда функция преобразования /выходной сигнал/ детектора 7, находящегося в режиме фазового детектирования, будет описываться несложным выражением
где Φs искомая фаза суммарного сигнала (Us, Φs),;
Φ12 разность фаз сигналов U={Ux, Φx} и U2={U2, Φ2}.This signal is subjected to linear amplification in the amplifier 6 and filtering / from unwanted harmonics / in the filter 14, after which it is fed to the first input of the detector 7, the second input of which supplies the voltage of the reference frequency from the output of the alternator 1 through the phase shifter 11 and amplifier 12. V In the process of setting up the device, the parameters of the phase shifters 11 and 15 are initially set the same. Then the conversion function / output signal / of the detector 7, which is in the phase detection mode, will be described by a simple expression
where Φ s is the desired phase of the total signal (U s , Φ s ) ,;
Φ 12 the phase difference of the signals U = {U x , Φ x } and U 2 = {U 2 , Φ 2 }.
При этом выходное напряжение E детектора 7 отличается от Φs простым постоянным коэффициентом /коэффициентом передачи К/
E=K*•Φs (4)
Из (3) и (4) следует, что
Следовательно, одновременной регулировкой параметров фазовращателей 11 и 15 можно установить значение Φ12=90 /угл.град./ вследствие чего, функция преобразования упростится к виду
E K*arctg(Ux/U2) (6)
Необходимо отметить, что вышеприведенные выражения указывают на возможность извлечения требуемой информации, содержащейся в амплитуде и фазе полезного сигнала, путем фазового детектирования. Это значит, что амплитудно-фазовый детектор 7 прототипа должен быть заменен фазовым детектором. Такое решение блока 7 имеет определенное значение для повышения точности и надежности работы устройства.In this case, the output voltage E of the detector 7 differs from Φ s by a simple constant coefficient / transmission coefficient K /
E = K * • Φ s (4)
It follows from (3) and (4) that
Therefore, by simultaneously adjusting the parameters of the phase shifters 11 and 15, it is possible to set the value Φ 12 = 90 / ang. City / as a result, the conversion function will be simplified to the form
EK * arctg (U x / U 2 ) (6)
It should be noted that the above expressions indicate the possibility of extracting the required information contained in the amplitude and phase of the useful signal by phase detection. This means that the amplitude-phase detector 7 of the prototype must be replaced by a phase detector. This solution of block 7 is of particular importance for improving the accuracy and reliability of the device.
Из выражения (6) видно, что регулировкой амплитуды U2 дополнительного сигнала выходная характеристика устройства может быть сделана линейной с любой наперед заданной точностью /диапазон изменения Ux при изменениях механических напряжений имеет известные границы для каждой марки стали/. Это достигается простой регулировкой коэффициента усиления усилителя 16. Заметим, что в процессе измерений напряженного состояния одного диагностируемого объекта марка стали остается постоянной, а зависимость между эдс U полезного сигнала и механическим напряжением в первом приближении может приниматься линейной. Поэтому регулировка вышеперечисленных блоков 11, 13, 15 и 16 на стадии градуировки устройства /перед натурными изменениями/ с помощью указанной последовательности операций исключает влияние данной марки стали на точность измерений, что недостижимо для прототипа.From the expression (6) it is seen that by adjusting the amplitude U 2 of the additional signal, the output characteristic of the device can be made linear with any predetermined accuracy / the range of variation of U x with changes in mechanical stress has known boundaries for each steel grade /. This is achieved by simply adjusting the gain of amplifier 16. Note that in the process of measuring the stress state of one diagnosed object, the steel grade remains constant, and the relationship between the emf U of the useful signal and the mechanical stress can be assumed linear to a first approximation. Therefore, the adjustment of the above blocks 11, 13, 15 and 16 at the stage of calibration of the device / before full-scale changes / using the specified sequence of operations eliminates the influence of this steel grade on the measurement accuracy, which is unattainable for the prototype.
Вследствие этого, с выхода детектора 7 через аттенюатор 17 на вход индикатора 8 поступает напряжение, линейно зависящее от амплитуды U информационного сигнала, что обеспечивает повышение точности, чувствительности и расширение диапазона измерений. На стадии градуировочных испытаний устройства дополнительно определяют значения коэффициента К передачи аттенюатора 17, соответствующие заданным маркам сталей, что позволяет наиболее эффективно использовать шкалу индикатора 8 при переходе к обследованию новой конструкции в процессе работы путем простого переключения положения переключателя аттенюатора 17. As a result, the output of the detector 7 through the attenuator 17 to the input of the indicator 8 receives a voltage that depends linearly on the amplitude U of the information signal, which improves accuracy, sensitivity and widens the measurement range. At the stage of calibration tests of the device, they additionally determine the values of the K coefficient of transmission of the attenuator 17, corresponding to the specified steel grades, which makes it possible to most effectively use the indicator scale 8 when switching to the examination of a new design during operation by simply switching the position of the attenuator switch 17.
Индикатор 8 является оконечным блоком устройства. Indicator 8 is the terminal block of the device.
При градуировке, регулируя параметры блоков 10 и 14, минимизируют помеху на выходе сумматора 9. Затем преобразователь 2 устанавливают на образец из известной /заданной/ марки стали. Поворачивая преобразователь 2 вокруг своей оси, находят положение, соответствующее максимальным показаниям индикатора 8. Согласно (1), это положение отвечает углу α 45o относительно направления главного механического напряжения s1. Если по схеме эксперимента направление главного механического напряжения σ1 совпадает с известной геометрической осью образца /например, при одноосном растяжении плоского образца/, то на корпусе преобразователя исполняют риску, в позиции, соответствующей названной геометрической оси. Затем при фиксированном положении аттенюатора 17 образец материала, например стали, ступенями нагружают в диапазоне от нуля до 80% предела текучести материала, каждый раз регистрируя показания индикатора 8. По полученным данным строят градуировочную зависимость в виде графика в координатах "механическое напряжение показания индикатора 8" и далее размечают шкалу индикатора непосредственно в единицах измерения механических напряжений, регулируя параметры блоков 11, 12, 15, 16 и 17 /добиваются совпадения полученных отсчетов со значениями напряжений/. Затем выполняют аналогичные измерения при одноосном нагружении образца из другой марки стали заданного ряда. При этом для разметки шкалы используют только аттенюатор 17. Значения коэффициентов деления аттенюатора 17 записывают.When calibrating, adjusting the parameters of blocks 10 and 14, minimize the noise at the output of the adder 9. Then, the transducer 2 is installed on a sample of a known / specified / steel grade. Turning the transducer 2 around its axis, find the position corresponding to the maximum readings of indicator 8. According to (1), this position corresponds to an angle α 45 o relative to the direction of the main mechanical stress s 1 . If, according to the experimental design, the direction of the main mechanical stress σ 1 coincides with the known geometric axis of the specimen (for example, under uniaxial tension of a flat specimen), then the risk is performed on the transducer body in the position corresponding to the named geometric axis. Then, at the fixed position of the attenuator 17, a sample of the material, for example steel, is loaded with steps in a range from zero to 80% of the yield strength of the material, each time recording the readings of indicator 8. Based on the data obtained, a calibration curve is constructed in the form of a graph in the coordinates "mechanical stress of indicator 8" and then mark the indicator scale directly in units of measurement of mechanical stresses, adjusting the parameters of blocks 11, 12, 15, 16 and 17 / achieve the coincidence of the obtained samples with the voltage values s /. Then, similar measurements are performed under uniaxial loading of a sample from another steel grade of a given series. In this case, only the attenuator 17 is used for marking the scale 17. The values of the division coefficients of the attenuator 17 are recorded.
В процессе работы преобразователь 2 устройства устанавливают на материал в зоне контроля, устанавливают коэффициент деления аттенюатора 17 в соответствии с маркой стали обследуемого изделия, находят положение преобразователя 2, соответствующее экстремальным показаниям индикатора 8, снимают показания индикатора 8 и по показаниям его шкалы находят искомое значение механического напряжения /для одноосного напряжения состояния/ или разности главных механических напряжений /для двухосного напряженного состояния/, соответствующее ориентации преобразователя 2 в момент измерения. При этом риска на корпусе преобразователя 2 указывает на направление одного из главных напряжений в металле. Направление другого главного напряжения очевидно оно составляет 90o относительно первого.In the process, the converter 2 of the device is installed on the material in the control zone, the dividing factor of the attenuator 17 is set in accordance with the steel grade of the product being examined, the position of the converter 2 corresponding to the extreme readings of indicator 8 is found, the indicator 8 is read and the mechanical value is found according to its scale voltage / for uniaxial stress state / or difference of the main mechanical stresses / for biaxial stress state / corresponding orientation and transmitter 2 at the time of measurement. In this case, the risk on the housing of the transducer 2 indicates the direction of one of the main stresses in the metal. The direction of the other main voltage is obviously 90 o relative to the first.
Рассмотренное устройство /за исключением преобразователя 2/ реализует алгоритм работы, доступный для реализации с помощью типовой однокристальной ЭВМ. The considered device / with the exception of converter 2 / implements an operation algorithm that is available for implementation using a standard single-chip computer.
Таким образом, введение новых блоков и связей между ними является существенным и придает устройству новые полезные качества. Предложенное устройство выполняет последовательность операций, которая, в отличие от прототипа, позволяет решить задачу оперативной оценки механических напряжений в металлических изделиях, в том числе поиск значений и направлений главных механических напряжений или их разностей с более высокой точностью и расширенным диапазоном измерений, чем это возможно с помощью прототипа. Кроме того, в предложенном устройстве обеспечена воспроизводимость и повышена оперативность получения результатов измерений при замене преобразователя 2. Thus, the introduction of new blocks and the relationships between them is essential and gives the device new useful qualities. The proposed device performs a sequence of operations, which, unlike the prototype, allows you to solve the problem of the rapid assessment of mechanical stresses in metal products, including the search for values and directions of the main mechanical stresses or their differences with higher accuracy and an extended measurement range than is possible with using the prototype. In addition, the proposed device provides reproducibility and increased efficiency in obtaining measurement results when replacing the transducer 2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94037732/28A RU2079825C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Gear measuring mechanical stresses in metal articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94037732/28A RU2079825C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Gear measuring mechanical stresses in metal articles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94037732A RU94037732A (en) | 1996-07-27 |
| RU2079825C1 true RU2079825C1 (en) | 1997-05-20 |
Family
ID=20161419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94037732/28A RU2079825C1 (en) | 1994-09-30 | 1994-09-30 | Gear measuring mechanical stresses in metal articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2079825C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747791C1 (en) * | 2020-10-20 | 2021-05-14 | Игорь Сергеевич Колесников | System and method for non-contact determination of mechanical stresses in pipeline |
| RU2810679C1 (en) * | 2023-09-18 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Ultrasonic method for determining difference in principal mechanical stresses in orthotropic structural materials |
-
1994
- 1994-09-30 RU RU94037732/28A patent/RU2079825C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 896386, кл. G 01 B 13/24, 1982. 2. Измеритель механических напряжений и трещин ИНТ-М1. Паспорт. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. КД. 24.00.00.000 ПС Кировоградский АРЗ, 1974. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747791C1 (en) * | 2020-10-20 | 2021-05-14 | Игорь Сергеевич Колесников | System and method for non-contact determination of mechanical stresses in pipeline |
| WO2022086362A1 (en) * | 2020-10-20 | 2022-04-28 | Игорь Сергеевич КОЛЕСНИКОВ | System and method for non-contact detection of mechanical stresses in a pipeline |
| US11927495B2 (en) | 2020-10-20 | 2024-03-12 | Igor Sergeevich KOLESNIKOV | System and method for contactless determination of mechanical stresses in pipeline |
| RU2810679C1 (en) * | 2023-09-18 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Ultrasonic method for determining difference in principal mechanical stresses in orthotropic structural materials |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94037732A (en) | 1996-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4303885A (en) | Digitally controlled multifrequency eddy current test apparatus and method | |
| GB999917A (en) | Multiple parameter eddy current non-destructive testing device | |
| Crescini et al. | Application of an FFT-based algorithm to signal processing of LVDT position sensors | |
| JPS60152950A (en) | Eddy current nondestructive testing method and device thereof | |
| US4309903A (en) | Method and apparatus for analyzing selected material properties with magnetomechanical acoustic emissions | |
| Petersen et al. | Resonance techniques and apparatus for elastic‐wave velocity determination in thin metal plates | |
| RU2079825C1 (en) | Gear measuring mechanical stresses in metal articles | |
| Moses et al. | Iron loss in non-oriented electrical steels under distorted flux conditions | |
| Hollitscher | Core losses in magnetic materials at very high flux densities when the flux is not sinusoidal | |
| Auld et al. | Eddy-current reflection probes: Theory and experiment | |
| Veber et al. | Improved metrological characteristics of eddy current testing | |
| Dobmann et al. | Progress in the micromagnetic multiparameter microstructure and stress analysis (3MA) | |
| Zaini et al. | Effect of excitation frequency on magnetic response induced by front-and back-side slits measured by a differential AMR Sensor probe | |
| SU1758413A1 (en) | Method of testing metal surface layer thickness | |
| Edmundson | Electrical and magnetic measurements in an electrical engineering factory | |
| Morino et al. | Measurement of the magnetic characteristics of oriented silicon steel in an arbitrary direction | |
| RU2195636C2 (en) | Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method | |
| Drake | Precise total power loss measurements on electrical sheet steels | |
| SU1435543A1 (en) | Method of eddy-current inspection of materials | |
| SU905765A1 (en) | Method of two frequency electromagnetic checking of ferromagnetic articles | |
| Gorkunov et al. | CONTACTLESS ELECTROMAGNETIC METHOD FOR MONITORING MECHANICAL STRESSES IN CYLINDRICAL PRODUCTS | |
| SU1714485A1 (en) | Method of determination of depth of strengthened layer in steel products | |
| SU711459A1 (en) | Method of ferroprobe inspection | |
| Reutov | The causes of the hodograph anomalies of a vortex-current converter | |
| SU1596279A1 (en) | Apparatus for noncontact measuring of specific resistance of articles from nonmagnetic materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051001 |