RU2189020C1 - Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method - Google Patents

Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method Download PDF

Info

Publication number
RU2189020C1
RU2189020C1 RU2001100868A RU2001100868A RU2189020C1 RU 2189020 C1 RU2189020 C1 RU 2189020C1 RU 2001100868 A RU2001100868 A RU 2001100868A RU 2001100868 A RU2001100868 A RU 2001100868A RU 2189020 C1 RU2189020 C1 RU 2189020C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
emf
magnitude
magnetic circuit
Prior art date
Application number
RU2001100868A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.В. Жуков
Н.Н. Копица
Original Assignee
ООО Институт "ДИМЕНСтест"
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 ООО Институт "ДИМЕНСтест" filed Critical ООО Институт "ДИМЕНСтест"
Priority to RU2001100868A priority Critical patent/RU2189020C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2189020C1 publication Critical patent/RU2189020C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: nondestructive testing; determination of mechanical stresses in ferromagnetic articles. SUBSTANCE: directed magnetic flux of definite magnitude is excited in metal of article under test and turning cruciform magnetic circuit 7 around axis perpendicular to plane of its poles and position of magnetic circuit corresponding to maximum magnitude of emf Ux1, induced in measuring winding 8 is found and fixed. Magnitude Ux1 is read off for calculations. Ambiguity of dependence of emf in measuring winding 8 on magnitude of mechanical load metal is taken into account. To this end, another definite magnitude of magnetic flux is set by changing the magnetizing current by means of amplifier 3 and new magnitude of emf Ux2. is read off. Mechanical stress is determined with the use of emf's read off in the course of measurement at indicated magnitudes of magnetic flux. Possibility of performing measurements in one point at two different modes of magnetizing is ensured due to introduction of the following components into the device, viz. : clock pulse generator 1, loop selection flip-flop 2, magnetizing current amplifier 3, switches 12 and 13, analog-to-digital converter 21, triggering pulse shaper 22 at definite relation and connection with other units of device. Proposed device ensures storage of interpretation of results for each hysteresis loop and automatic logic analysis of selection of most probable result of measurement due to availability of on-line storage 17, processing control flip-flop 23, function generators 25, 26, 27 and 28, bias generator 29, logic comparison unit 30. Output code of unit 30 on display of indictor 24 corresponds to readings in units of measurement of mechanical stresses. EFFECT: enhanced accuracy of measurement. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретения относятся к области неразрушающих методов контроля, а именно к измерительной технике для определения механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов. Способ и устройство могут быть использованы для контроля за качеством производства сварочных работ, при проведении технического надзора за инженерными сооружениями и трубопроводами, в расследованиях причин различных техногенных аварий, связанных с разрушением металлических конструкций. The invention relates to the field of non-destructive testing methods, namely to a measuring technique for determining mechanical stresses in products made of ferromagnetic materials. The method and device can be used to control the quality of welding operations, during technical supervision of engineering structures and pipelines, in investigations of the causes of various technological accidents associated with the destruction of metal structures.

Известен способ измерения механических напряжений магнитоупругими датчиками. Определение механических напряжений осуществляют по величине ЭДС, наводимой во вторичной обмотке магнитным потоком, создаваемым намагничивающей обмоткой, питаемой переменным током. A known method of measuring mechanical stress by magnetoelastic sensors. The determination of mechanical stresses is carried out according to the magnitude of the EMF induced in the secondary winding by the magnetic flux created by the magnetizing winding fed by alternating current.

Предварительно для данной марки стали снимают градуировочные кривые зависимости ЭДС измерительной обмотки датчика от величины создаваемого в ней механического напряжения. Пользуясь градуировочными кривыми, определяют величину механического напряжения [1]. Недостатком способа является низкая точность определения механических напряжений. Previously, for this steel grade, calibration curves for the EMF of the measuring coil of the sensor on the value of the mechanical stress created in it are taken. Using calibration curves, determine the value of mechanical stress [1]. The disadvantage of this method is the low accuracy of determination of mechanical stresses.

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога способ определения механических напряжений при помощи крестообразного магнитопровода с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой. Определение механических напряжений начинают с установки магнитопровода на контролируемое изделие. Затем, подавая переменный ток на обмотку возбуждения, возбуждают в металле контролируемого изделия направленный магнитный поток определенной величины. Поворачивая магнитопровод вокруг оси, перпендикулярной плоскости его полюсов, наблюдают за величиной ЭДС, наводимой в измерительной обмотке. При нахождении максимального значения ЭДС Ux1 отбирают его для расчета и фиксируют ориентацию магнитопровода. Расчет производят с применением предварительно снятых в процессе механического нагружения градуировочных зависимостей ЭДС [2].Known as the closest analogue is a method for determining mechanical stresses using a cross-shaped magnetic circuit with an excitation winding and a measuring winding. The determination of mechanical stresses begins with the installation of a magnetic circuit on the controlled product. Then, by supplying alternating current to the field winding, a directed magnetic flux of a certain magnitude is excited in the metal of the controlled product. Turning the magnetic circuit around an axis perpendicular to the plane of its poles, observe the magnitude of the EMF induced in the measuring winding. When finding the maximum value of the EMF U x1 select it for calculation and fix the orientation of the magnetic circuit. The calculation is performed using the calibration dependences of the EMF that were previously taken during mechanical loading [2].

Известно используемое для осуществления описанного способа устройство, выбранное в качестве ближайшего аналога. Устройство содержит генератор переменного тока, преобразователь, состоящий из крестообразного магнитопровода с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, последовательно соединенные смеситель, первый вход которого подключен к выходу измерительной обмотки, усилитель сигнала, полосовой фильтр, детектор и аттенюатор, а также индикатор, два фазовращателя, подключенных к выходу генератора, и два усилителя, каждый их которых подключен к выходу соответствующего ему фазовращателя [2]. Known used to implement the described method, the device selected as the closest analogue. The device comprises an alternating current generator, a converter consisting of a cross-shaped magnetic circuit with an excitation winding and a measuring winding, a mixer connected in series, the first input of which is connected to the output of the measuring winding, a signal amplifier, a bandpass filter, a detector and an attenuator, as well as an indicator, two phase shifters connected to the output of the generator, and two amplifiers, each of which is connected to the output of the corresponding phase shifter [2].

Недостатком известных способа и устройства является низкая точность определения механических напряжений. Кроме того, значительно ограничен их рабочий диапазон. Ограничение диапазона измерений обусловлено недопустимостью использования более 30% градуировочной кривой, где нелинейность превышает возможности используемого алгоритма вычислений. A disadvantage of the known method and device is the low accuracy of determining mechanical stresses. In addition, their operating range is significantly limited. The measurement range is limited due to the inadmissibility of using more than 30% of the calibration curve, where the non-linearity exceeds the capabilities of the calculation algorithm used.

Задачей изобретений является увеличение точности определения механических напряжений и расширение рабочего диапазона. The objective of the invention is to increase the accuracy of determining mechanical stresses and the expansion of the operating range.

Поставленная задача решается за счет принятия во внимание неоднозначности зависимости ЭДС, наводимой в измерительной обмотке, от величины механической нагрузки в металле - неоднозначности, которая обусловлена существованием предыстории процесса нагружения контролируемой зоны металла. The problem is solved by taking into account the ambiguity of the dependence of the EMF induced in the measuring winding on the magnitude of the mechanical load in the metal — ambiguity, which is due to the existence of a history of the loading process of the controlled metal zone.

Учет указанной неоднозначности достигается тем, что в способе определения механических напряжений, согласно которому на контролируемое изделие устанавливают крестообразный магнитопровод с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, возбуждают в металле контролируемого изделия направленный магнитный поток определенной величины и, поворачивая магнитопровод вокруг оси, перпендикулярной плоскости его полюсов, наблюдают за величиной ЭДС, наводимой в измерительной обмотке, при нахождения максимального значения ЭДС Ux1 отбирают его для расчета, производимого с помощью предварительно снятых в процессе механического нагружения градуировочных зависимостей ЭДС, и фиксируют ориентацию магнитопровода, согласно изобретению дополнительно, не изменяя положения магнитопровода и установив другую определенную величину магнитного потока, снимают новое значение ЭДС Ux2, а искомое механическое напряжение определяют, используя предварительно полученные при указанных величинах магнитного потока петли гистерезиса в качестве градуировочных зависимостей, по формуле:

Figure 00000002

где δ1 = [tg(K1•Ux1)-tg(K2•Ux2)+Δ-];
δ2 = [tg(K1•Ux1)-tg(K2•Ux2)-Δ-];
Δ- = Δ12;
Δ+ = Δ12;
K1 и К2 - градуировочные коэффициенты, первый из которых соответствует Ux1, второй - Ux2;
Δ11 и Δ22 - градуировочные поправки, первая из которых соответствует Ux1, вторая - Ux2;
или по формуле
σ = [tg(K1•Ux1)+tg(K2•Ux2)-Δ+]/2,
если неравенство не выполняется.This ambiguity is taken into account by the fact that in the method for determining mechanical stresses, according to which a cross-shaped magnetic circuit with an excitation winding and a measuring winding is installed on the controlled product, a directed magnetic flux of a certain magnitude is excited in the metal of the controlled product and, turning the magnetic circuit around an axis perpendicular to the plane of its poles, observe the magnitude of the EMF induced in the measuring winding, when finding the maximum value of the EMF U x1 select it for For the calculation carried out using the calibration dependences of the EMF that were previously taken during mechanical loading and fix the orientation of the magnetic circuit, according to the invention, without changing the position of the magnetic circuit and setting a different magnetic flux, a new value of the EMF U x2 is removed, and the sought mechanical stress is determined. using hysteresis loops previously obtained at the indicated magnetic flux values as calibration dependences, according to the formula:
Figure 00000002

where δ 1 = [tg (K 1 • U x1 ) -tg (K 2 • U x2 ) + Δ - ];
δ 2 = [tg (K 1 • U x1 ) -tg (K 2 • U x2 ) -Δ - ];
Δ - = Δ 12 ;
Δ + = Δ 1 + Δ 2 ;
K 1 and K 2 are calibration factors, the first of which corresponds to U x1 , the second to U x2 ;
Δ 1 1 and Δ 2 2 - calibration corrections, the first of which corresponds to U x1 , the second - U x2 ;
or according to the formula
σ = [tg (K 1 • U x1 ) + tg (K 2 • U x2 ) -Δ + ] / 2,
if the inequality is not satisfied.

Учет указанной неоднозначности также достигается тем, что устройство для определения механических напряжений, содержащее генератор переменного тока, преобразователь, состоящий из крестообразного магнитопровода с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, последовательно соединенные смеситель, первый вход которого подключен к выходу измерительной обмотки, усилитель сигнала, полосовой фильтр, детектор и аттенюатор, а также индикатор, два фазовращателя, подключенных к выходу генератора, и два усилителя, каждый из которых подключен к выходу соответствующего ему фазовращателя, согласно изобретению снабжено усилителем тока намагничивания, включенным между выходом генератора переменного тока и входом обмотки возбуждения, двумя ключами, каждый из которых включен между выходом соответствующего ему усилителя и, соответственно, вторым или третьим входом смесителя, причем ко вторым входам первого и второго ключей подключены соответственно первый и второй выходы триггера выбора петли, вход которого подключен к выходу генератора тактового и синхронизующему входу генератора переменного тока, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, информационный вход которого соединен с выходом аттенюатора, а управляющий вход подключен к выходу генератора тактового через формирователь импульсов пуска, и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера выбора петли и к управляющему входу усилителя тока намагничивания, четырьмя функциональными преобразователями, попарно подключенными по первым информационным входам соответственно к первому и второму выходам ОЗУ, вторыми информационными входами - соответственно к первому и второму выходам генератора смещения, а управляющими входами - к первому выходу триггера управления обработкой, вход которого подключен ко второму выходу триггера выбора петли, а второй выход - к управляющему входу индикатора, информационный вход которого соединен с выходами функциональных преобразователей через блок логического сравнения. This ambiguity is also taken into account in that a device for determining mechanical stresses comprising an alternating current generator, a converter consisting of a cross-shaped magnetic circuit with an excitation winding and a measuring winding, a mixer connected in series, the first input of which is connected to the output of the measuring winding, a signal amplifier, a bandpass filter , a detector and an attenuator, as well as an indicator, two phase shifters connected to the output of the generator, and two amplifiers, each of which is connected to the output of the corresponding phase shifter, according to the invention is equipped with a magnetizing current amplifier connected between the output of the alternator and the input of the field winding, two keys, each of which is connected between the output of the corresponding amplifier and, respectively, the second or third input of the mixer, and to the second inputs the first and second keys, respectively, the first and second outputs of the loop selection trigger are connected, the input of which is connected to the output of the clock generator and the clock input of the generator AC alternator connected in series by an analog-to-digital converter, the information input of which is connected to the output of the attenuator, and the control input is connected to the output of the clock generator via the start pulse generator, and by random access memory (RAM), the control input of which is connected to the first output of the loop selection trigger and to the control input of the magnetization current amplifier, four functional converters, pairwise connected at the first information inputs respectively to the first and second outputs of RAM, the second information inputs, respectively, to the first and second outputs of the bias generator, and the control inputs to the first output of the processing control trigger, the input of which is connected to the second output of the loop selection trigger, and the second output to the indicator control input, information the input of which is connected to the outputs of the functional converters through the logical comparison unit.

Введение в устройство генератора тактового триггера выбора петли, усилителя тока намагничивания, включенного между выходом генератора переменного тока и входом обмотки возбуждения, двух ключей, аналого-цифрового преобразователя, формирователя импульсов пуска, их взаимосвязи и соединения с другими блоками устройства обеспечивают проведение измерений в одной точке контроля при двух различных режимах намагничивания. The introduction of a loop selection trigger, a magnetization current amplifier connected between the output of the alternating current generator and the input of the excitation winding, two keys, an analog-to-digital converter, a start-up pulse shaper, their interconnection and connection with other device blocks provide measurements at one point control in two different modes of magnetization.

В свою очередь, использование в новом способе дополнительного значения ЭДС Ux2, помимо значения ЭДС Ux1, а также предварительно снятых в процессе механического нагружения градуировочных зависимостей в виде петель гистерезиса позволяет при расчетах механического напряжения производить сравнительный анализ значений механических напряжений, получаемых сразу по двум петлям магнитомеханического гистерезиса.In turn, the use of the additional EMF value U x2 in the new method, in addition to the EMF value U x1 , as well as calibration dependences previously taken during mechanical loading in the form of hysteresis loops, allows calculating mechanical stresses to perform a comparative analysis of the values of mechanical stresses obtained from two hinges of magnetomechanical hysteresis.

Благодаря наличию в устройстве ОЗУ, триггера управления обработкой, четырех функциональных преобразователей, генератора смещения, блока логического сравнения становятся возможными запоминание интерпретаций результатов для каждой петли гистерезиса и автоматический логический анализ выбора наиболее вероятного результата измерений. Due to the presence of RAM, a processing control trigger, four functional converters, an offset generator, a logical comparison unit, it is possible to memorize interpretation of the results for each hysteresis loop and automatic logical analysis of the selection of the most probable measurement result.

Принятый в новом способе алгоритм вычислений предполагает усреднение получаемых результатов, исключает вероятность ошибки из-за неправильной информации о предыстории процесса нагружения контролируемой зоны металла и, следовательно, увеличивает точность определения механического напряжения. Кроме того, он идентифицирует собственно предысторию процесса и обеспечивает получение однозначного результата в пределах всей длины градуировочных зависимостей, что свидетельствует о расширении рабочего диапазона способа и устройства по сравнению с известным. The calculation algorithm adopted in the new method involves averaging the results obtained, eliminates the likelihood of error due to incorrect information about the history of the loading process of the controlled metal zone and, therefore, increases the accuracy of determining mechanical stress. In addition, it identifies the actual history of the process and provides an unambiguous result within the entire length of the calibration dependences, which indicates the expansion of the working range of the method and device compared to the known one.

Сущность предлагаемых изобретений поясняется графическими материалами, на которых представлены:
фиг.1 - блок-схема устройства для определения механического напряжения;
фиг.2 - графическая иллюстрация разрешения неоднозначности интерпретации результата измерения с применением петель магнитомеханического гистерезиса, полученных при градуировочных испытаниях образца заданной марки металла.
The essence of the invention is illustrated by graphic materials on which are presented:
figure 1 is a block diagram of a device for determining mechanical stress;
figure 2 is a graphic illustration of the resolution of the ambiguity of the interpretation of the measurement result using the magnetomechanical hysteresis loops obtained during calibration tests of a sample of a given metal grade.

Устройство содержит генератор 4 переменного тока, преобразователь 5, состоящий из крестообразного магнитопровода 7 с обмоткой 6 возбуждения и измерительной обмоткой 8, последовательно соединенные смеситель 9, первый вход которого подключен к выходу измерительной обмотки 8, усилитель 18 сигнала, полосовой фильтр 19, детектор 20 и аттенюатор 16, а также индикатор 24, два фазовращателя 10 и 14, подключенных к выходу генератора 4, и два усилителя 11 и 15, подключенных к выходам фазовращателей 10 и 14 соответственно. Также оно снабжено усилителем 3 тока намагничивания, включенным между выходом генератора 4 переменного тока и входом обмотки 6 возбуждения, двумя ключами 12 и 13, каждый из которых включен между выходом соответствующего ему усилителя 11 или 15 и вторым или третьим входом смесителя 9, причем ко вторым входам ключей 12 и 13 подключены соответственно первый и второй выходы триггера 2 выбора петли, вход которого подключен к выходу генератора 1 тактового и синхронизующему входу генератора 4 переменного тока, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем 21, информационный вход которого соединен с выходом аттенюатора 16, а управляющий вход подключен к выходу генератора 1 тактового через формирователь 22 импульсов пуска, и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 17, управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера 2 выбора петли и к управляющему входу усилителя 3 тока намагничивания, четырьмя функциональными преобразователями 25, 26, 27 и 28, попарно подключенными по первым информационным входам соответственно к первому и второму выходам ОЗУ 17, вторыми информационными входами - соответственно к первому и второму выходам генератора 29 смещения, а управляющими входами - к первому выходу триггера 23 управления обработкой, вход которого подключен ко второму выходу триггера 2 выбора петли, а второй выход - к управляющему входу индикатора 24, информационный вход которого соединен с выходами функциональных преобразователей 25, 26, 27 и 28 через блок 30 логического сравнения. The device comprises an alternator 4, a transducer 5, consisting of a cross-shaped magnetic circuit 7 with an excitation winding 6 and a measuring winding 8, a mixer 9 connected in series, the first input of which is connected to the output of the measuring winding 8, a signal amplifier 18, a bandpass filter 19, a detector 20 and the attenuator 16, as well as the indicator 24, two phase shifters 10 and 14 connected to the output of the generator 4, and two amplifiers 11 and 15 connected to the outputs of the phase shifters 10 and 14, respectively. It is also equipped with a magnetization current amplifier 3 connected between the output of the alternator 4 and the input of the excitation winding 6, two switches 12 and 13, each of which is connected between the output of the corresponding amplifier 11 or 15 and the second or third input of the mixer 9, and to the second the inputs of the keys 12 and 13 are connected, respectively, the first and second outputs of the trigger 2 of the loop selection, the input of which is connected to the output of the clock generator 1 and the synchronizing input of the alternator 4, connected in series with analog-digital the second converter 21, the information input of which is connected to the output of the attenuator 16, and the control input is connected to the output of the clock generator 1 through the start pulse generator 22, and by random access memory (RAM) 17, the control input of which is connected to the first output of the loop selection trigger 2 and to the control input of the magnetization current amplifier 3, four functional converters 25, 26, 27 and 28, pairwise connected through the first information inputs respectively to the first and second outputs of RAM 17, the second information the inputs to the first and second outputs of the bias generator 29, respectively, and the control inputs to the first output of the processing control trigger 23, the input of which is connected to the second output of the loop select trigger 2, and the second output to the control input of the indicator 24, the information input of which is connected with the outputs of the functional converters 25, 26, 27 and 28 through the block 30 logical comparison.

Все блоки устройства могут быть разработаны на основе типовых схем и реализованы с помощью однокристальной ЭВМ (встроенного процессора). All units of the device can be developed on the basis of standard schemes and implemented using a single-chip computer (built-in processor).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении устройства все блоки устанавливаются в исходное состояние. Триггер 2 режима в исходном положении находится в состоянии "1". When you turn on the device, all blocks are reset. The trigger 2 mode in the initial position is in the state "1".

Генератор 1 тактовый вырабатывает периодически следующие управляющие импульсы достаточно большой скважности для проведения полного цикла нижеизложенной последовательности операций измерения по одной из петель магнитомеханического гистерезиса. Каждый такой импульс осуществляет переключение триггера 2 выбора петли из состояния "1" в состояние "0" и обратно. The clock generator 1 periodically generates the following control pulses of sufficiently large duty cycle to conduct a complete cycle of the measurement sequence described below for one of the magnetomechanical hysteresis loops. Each such pulse switches the trigger 2 of the loop selection from state "1" to state "0" and vice versa.

Для определенности будем считать, что состояние "0" триггера 2 отвечает работе устройства по максимальной петле магнитомеханического гистерезиса, а состояние "1" - по минимальной петле (фиг.2). Каждый переход триггера 2 выбора петли из состояния "0" в состояние "1" приводит к соответствующему изменению коэффициента усиления усилителя 3 тока намагничивания. Для этого выход триггера 2 выбора петли соединен с управляющим входом усилителя 3 тока намагничивания. For definiteness, we assume that the state "0" of trigger 2 corresponds to the operation of the device along the maximum loop of the magnetomechanical hysteresis, and the state "1" corresponds to the minimum loop (Fig. 2). Each transition of the trigger 2 for selecting a loop from state “0” to state “1” leads to a corresponding change in the gain of the magnetization current amplifier 3. For this, the output of the trigger 2 of the loop selection is connected to the control input of the magnetization current amplifier 3.

Первый выходной импульс генератора 1 тактового переводит триггер 2 выбора петли из состояния "1" в состояние "0". В результате потенциалом с выхода 1 триггера 2 выбора петли ключ 12 переходит в открытое состояние, а потенциалом с выхода 2 триггера 2 выбора петли ключ 13 закрывается. Потенциалом с выхода 1 триггера 2 выбора петли коэффициент усиления усилителя 3 намагничивания принимает максимальное значение, аттенюатор 16 переключает свой коэффициент деления на значение, соответствующее результатам градуировки устройства при работе на максимальной петле гистерезиса, а в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 17 открывается вход ячейки 1 для записи результата первого измерения. Этот же первый выходной импульс генератора 1 тактового производит запуск формирователя 22 импульсов пуска. Он начинает формирование импульса, задерживаемого от фронта импульса генератора 1 тактового на время, требуемое для завершения переходных процессов в детекторе 20. Триггер 23 управления обработкой в момент изменения потенциала на выходе 2 триггера 2 выбора петли устанавливается в состояние "0", соответствующее запрету обработки данных в блоках, использующих информацию, записанную в ОЗУ 17. The first output pulse of the clock generator 1 transfers the trigger 2 of the loop selection from state "1" to state "0". As a result, the potential from the output 1 of the trigger 2 of the loop selection key 12 goes into the open state, and the potential from the output 2 of the trigger 2 of the loop selection key 13 is closed. With the potential from the output 1 of the trigger 2 of the loop selection, the gain of the magnetization amplifier 3 takes the maximum value, the attenuator 16 switches its division factor to the value corresponding to the calibration results of the device when working on the maximum hysteresis loop, and in the random access memory (RAM) 17 opens the input of cell 1 to record the result of the first measurement. The same first output pulse of the clock generator 1 starts the driver 22 of the start pulses. It starts the formation of a pulse delayed from the pulse front of the clock generator 1 by the time required to complete the transients in the detector 20. The trigger 23 of the processing control at the time of the potential change at the output 2 of the trigger 2 of the loop selector is set to the state "0", corresponding to the prohibition of data processing in blocks using information recorded in RAM 17.

С помощью генератора 4 переменного тока формируется синусоидальный переменный ток опорной фазы, синхронизуемой импульсами генератора 1 тактового. Этот сигнал поступает через фазовращатели 10 и 14 на усилители 11 и 15 и далее - на входы соответствующих ключей 12 и 13. Кроме того, сформированный однофазный ток усиливается в усилителе 3 тока намагничивания с коэффициентом усиления, соответствующим состоянию триггера 2 выбора петли. Выходной сигнал усилителя 3 тока намагничивания используется для питания обмотки 6 возбуждения преобразователя 5, размещенной на одной из П-образных частей крестового магнитопровода 7. Магнитный поток, возбужденный в названной П-образной части магнитопровода 7, замыкается контролируемым участком металла изделия. Using the alternator 4, a sinusoidal alternating current of the reference phase is generated, synchronized by the pulses of the clock generator 1. This signal is fed through phase shifters 10 and 14 to amplifiers 11 and 15 and then to the inputs of the respective switches 12 and 13. In addition, the generated single-phase current is amplified in the magnetization current amplifier 3 with a gain corresponding to the state of the loop select trigger 2. The output signal of the magnetization current amplifier 3 is used to power the excitation winding 6 of the transducer 5 located on one of the U-shaped parts of the cross magnetic circuit 7. The magnetic flux excited in the said U-shaped part of the magnetic circuit 7 is closed by a controlled portion of the metal of the product.

Вектор В индукции магнитного поля, возбужденного в металле преобразователем 5, 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 В ориентирован в плоскости П-образного участка крестового магнитопровода 7 с обмоткой 6 возбуждения. Так как плоскость второго П-образного участка крестового магнитопровода 7 с измерительной обмоткой 8 ортогональна первому, то в измерительной обмотке 8 не возбуждается ЭДС (при идеальной взаимной ортогональности плоскостей П-образных участков магнитопровода 7 и изотропности материала). Vector In the induction of the magnetic field excited in the metal by the transducer 5, 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 7 with the excitation winding 6. Since the plane of the second U-shaped section of the cross magnetic circuit 7 with the measuring winding 8 is orthogonal to the first, then EMF is not excited in the measuring winding 8 (with the ideal mutual orthogonality of the planes of the U-shaped sections of the magnetic circuit 7 and the isotropy of the material).

По мере роста нагрузки на участок изделия происходит рост главных механических напряжений и, как следствие, изменение ориентации вектора В из-за механической деформации доменной структуры. Поскольку ток возбуждения не изменяется, то длина вектора В остается постоянной, но, если направления вектора В 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 7 с обмоткой 8 измерительной появляются проекции В1 и В2 вектора В магнитной индукции, отличающиеся от нуля, а как следствие, в измерительной обмотке 8 возникает комплексная ЭДС U, зависящая от напряженного состояния материала в соответствии с выражением (1):
U = (σ12)kBcos2α (1)
где k - коэффициент, зависящий от природы материала и некоторых постоянных характеристик устройства, учитываемый при производстве прибора;
α - угол между вектором В и плоскостью плеча магнитопровода 7 с обмоткой 6 возбуждения преобразователя 5.
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 onto 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 circuit 7 with the measuring winding 8, projections B 1 and B 2 of the magnetic induction vector B appear, which are different from zero, and as a result, a complex EMF U appears in the measuring winding 8, depending on the stress state of the material in accordance with with expression (1):
U = (σ 12 ) kBcos2α (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 is the angle between the vector B and the plane of the arm of the magnetic circuit 7 with the excitation winding 6 of the transducer 5.

С другой стороны, комплексная амплитуда U, являясь выходным сигналом измерительной обмотки 8, соответствует выражению (2):
U = Uxsin(wt-φ1x) (2)
где w - частота входного сигнала;
φ1 - начальная фаза выходного сигнала;
Φx - дополнительная фаза, обусловленная напряженным состоянием металла;
Ux - амплитуда выходного сигнала преобразователя 5.
On the other hand, the complex amplitude U, being the output signal of the measuring winding 8, corresponds to the expression (2):
U = U x sin (wt-φ 1x ) (2)
where w is the frequency of the input signal;
φ 1 - the initial phase of the output signal;
Φ x is the additional phase due to the stressed state of the metal;
U x - the amplitude of the output signal of the Converter 5.

На практике из-за отклонений плоскостей П-образных участков магнитопровода от взаимно ортогонального положения и из-за других технологических причин компоненты В1и В2 всегда присутствуют, поэтому в выходном сигнале измерительной обмотки 8 всегда имеется паразитная ЭДС, которая суммируется с истинным сигналом (аддитивная помеха)
U1=U+Un (3)
где U1 - комплексная амплитуда выходного сигнала преобразователя 5,
Un - 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, components B 1 and B 2 are always present, therefore, there is always a spurious EMF in the output signal of the measuring winding 8, which is summed with the true signal ( additive interference)
U 1 = U + U n (3)
where U 1 is the complex amplitude of the output signal of the Converter 5,
U n is the complex amplitude of the additive noise.

В предлагаемом устройстве рассмотренный информационный сигнал U в смеси с помехой Un с выхода измерительной обмотки 8 поступает на первый вход смесителя 9. В отличие от ближайшего аналога напряжение вспомогательного сигнала Uвcn=-Un подается на второй вход смесителя 9 с выхода генератора 4 переменного тока через фазовращатель 10, усилитель 11 и ключ 12 или через фазовращатель 14, усилитель 15 и ключ 13. Смеситель 9 может быть выполнен, например, в виде обычного сумматора (стандартный микшер на операционном усилителе) или блоком программы. В результате на выходе смесителя 9 формируется суммарный сигнал {USS} двух гармонических сигналов. При соответствующем выборе фазы (с помощью фазовращателей 12 и 14) и амплитуды (регулировкой коэффициента усиления усилителей 11 и 15) вспомогательного сигнала аддитивная помеха Un может быть подавлена полностью.In the proposed device, the considered information signal U mixed with interference U n from the output of the measuring winding 8 is supplied to the first input of the mixer 9. Unlike the closest analogue, the voltage of the auxiliary signal U bcn = -U n is supplied to the second input of the mixer 9 from the output of the alternator 4 current through the phase shifter 10, the amplifier 11 and the key 12, or through the phase shifter 14, the amplifier 15 and the key 13. The mixer 9 can be performed, for example, in the form of a conventional adder (standard mixer on an operational amplifier) or a program unit. As a result, at the output of the mixer 9, a total signal {U S , Ф S } of two harmonic signals is formed. With the appropriate choice of phase (using phase shifters 12 and 14) and amplitude (by adjusting the gain of amplifiers 11 and 15) of the auxiliary signal, the additive interference U n can be completely suppressed.

Для этого преобразователь 5 устанавливают на поверхность среды без внутренних напряжений (отожженный образец или специальный изотропный ферритовый образец) и регулируют сначала параметры блоков 10 и 11, а затем 14 и 15 до полного подавления выходного сигнала смесителя 9. Поскольку в рассматриваемой ситуации параметры помехи зависят только от конструктивных (и технологических) параметров преобразователя 5 и не зависят от напряженного состояния контролируемой среды, то данная операция для режимов работы усилителей 11 и 15 может выполняться один раз при смене преобразователя 5. В результате на выходе сумматора 9 остается только информационный сигнал U, подлежащий дальнейшей обработке. To do this, the transducer 5 is installed on the surface of the medium without internal stresses (annealed sample or a special isotropic ferrite sample) and first the parameters of blocks 10 and 11 are adjusted, and then 14 and 15 until the output signal of mixer 9 is completely suppressed. Since the interference parameters in this situation depend only from the structural (and technological) parameters of the transducer 5 and do not depend on the stress state of the controlled medium, then this operation for the operation modes of amplifiers 11 and 15 can be performed alone times when changing the inverter 5. As a result, the output of the adder 9 is only an information signal U, to be further processed.

Из (1) и (2) видно, что

Figure 00000003

поэтому при соответствующей ориентации магнитопровода 7 преобразователя 5 не сложно обеспечить выполнение равенства
cos2α = 1 (5)
Благодаря этому получаем выражение, обосновывающее возможность использования устройства для измерения разности главных механических напряжений в плоском напряженном состоянии объекта или собственно напряжения для одноосного напряженного состояния объекта:
σ12 = K1Uxsin(wt-φ1x) (6)
где К1=(кВ)-1.From (1) and (2) it is clear that
Figure 00000003

therefore, with the appropriate orientation of the magnetic circuit 7 of the Converter 5 is not difficult to ensure the equality
cos2α = 1 (5)
Thanks to this, we obtain an expression justifying the possibility of using the device for measuring the difference of the main mechanical stresses in the plane stress state of the object or the stress itself for the uniaxial stress state of the object:
σ 12 = K 1 U x sin (wt-φ 1x ) (6)
where K 1 = (kV) -1 .

Если этот сигнал подвергнуть операции амплитудного детектирования, то выходной сигнал амплитудного детектора будет связан с величиной разности главных механических напряжений:

Figure 00000004

Из уравнения (7) следует, что в результате измерения может быть получена искомая разность главных механических напряжений по правилу:
σ12 = K1Ux (8)
Следует заметить, что в одноосном напряженном состоянии вместо разности главных механических напряжений в вышеприведенных зависимостях должно фигурировать только одно главное механическое напряжение, т.к. σ2=0. Чтобы не усложнять описание, везде по тексту принято, что в одноосном напряженном состоянии способ и устройство обеспечивают измерение механического напряжения - первого главного механического напряжения, а в плоском - разности главных механических напряжений.If this signal is subjected to amplitude detection operations, the output signal of the amplitude detector will be related to the magnitude of the difference of the main mechanical stresses:
Figure 00000004

From equation (7) it follows that as a result of the measurement, the desired difference of the main mechanical stresses can be obtained according to the rule:
σ 12 = K 1 U x (8)
It should be noted that in the uniaxial stress state, instead of the difference between the main mechanical stresses in the above dependencies, only one main mechanical stress should appear, because σ 2 = 0. In order not to complicate the description, it is generally accepted throughout the text that in a uniaxial stress state the method and device provide measurement of mechanical stress - the first main mechanical stress, and in a flat one - the difference of the main mechanical stresses.

Для получения разности главных механических напряжений в соответствии с уравнением (8) выходной сигнал смесителя 9 подвергают усилению в усилителе 18, полосовой фильтрации в фильтре 19 и подают на вход детектора 20. Результат детектирования через аттенюатор 16 подают на вход аналого-цифрового преобразователя 21. Пуск аналого-цифрового преобразователя 21 осуществляется с помощью выходных сигналов формирователя 22 импульсов пуска, запускаемого каждым импульсом генератора 1 тактового и вырабатывающего стробы, задержанные на время, необходимое для установления выходного сигнала детектора 20. Код, вырабатываемый аналого-цифровым преобразователем 21, пропорциональный сигналу, описанному формулой (7), поступает на вход ОЗУ 17. Поскольку при осуществлении первого измерения по максимальной петле магнитомеханического гистерезиса для приема кода открыта только ячейка 1 ОЗУ 17, то полученный код запоминается именно в ней. To obtain the difference of the main mechanical stresses in accordance with equation (8), the output signal of the mixer 9 is amplified in an amplifier 18, bandpass filtered in the filter 19, and fed to the input of the detector 20. The result of detection through the attenuator 16 is fed to the input of an analog-to-digital converter 21. Start analog-to-digital Converter 21 is carried out using the output signals of the driver 22 of the start pulses, triggered by each pulse of the clock generator 1 and generating strobes, delayed for the time required for I set the output signal of the detector 20. The code generated by the analog-to-digital converter 21, proportional to the signal described by formula (7), is fed to the input of RAM 17. Since, during the first measurement on the maximum loop of the magnetomechanical hysteresis, only cell 1 of RAM 17 is open for receiving the code , then the resulting code is stored in it.

Очередной импульс генератора 1 тактового изменяет состояние триггера 2 выбора петли из состояния "0" в состояние "1". В результате ключ 12 переходит в закрытое состояние, ключ 13 - открывается, коэффициент усиления усилителя 3 намагничивания принимает минимальное значение, аттенюатор 16 переключает коэффициент деления на значение, соответствующее результатам градуировки устройства при работе на минимальной петле гистерезиса, а в ОЗУ 17 открывается вход ячейки 2 для записи результата второго измерения. Вновь происходит запуск формирователя 22 импульсов пуска. Он начинает формирование импульса, задерживаемого от фронта импульса генератора 1 тактового на заданное время. The next pulse of the clock generator 1 changes the state of the trigger 2 for selecting a loop from state "0" to state "1". As a result, the key 12 goes into the closed state, the key 13 - opens, the gain of the magnetization amplifier 3 takes the minimum value, the attenuator 16 switches the division factor by the value corresponding to the calibration results of the device when working on the minimum hysteresis loop, and the input of cell 2 opens in RAM 17 to record the result of the second measurement. Once again, the shaper 22 start pulses. He begins the formation of a pulse delayed from the pulse front of the clock generator 1 for a given time.

Далее вышеописанные процессы повторяются, но на этот раз в ячейку 2 ОЗУ 17 записывается значение Ux, измеренное при работе по минимальной петле гистерезиса.Further, the above processes are repeated, but this time in the cell 2 of the RAM 17 is written the value of U x measured when working on the minimum hysteresis loop.

Если бы эффект магнитомеханического гистерезиса не существовал, то вышеописанной последовательности операций было бы достаточно для оценки разности главных механических напряжений в соответствии с формулой (6). Именно так работают известные устройства. Однако связь между напряженностью Н магнитного поля и индукцией В в металле нелинейна и описывается сложной функцией - петлей магнитного гистерезиса. С достаточно высокой точностью петля гистерезиса может моделироваться как две взаимносмещенных функции (δ12) = tg(K•Ux)±Δ, где Δ - величина смещения функций по оси механических напряжений, знак "+" соответствует верхней (нисходящей) ветви, а "-" - нижней (восходящей) ветви петли магнитомеханического гистерезиса, К - градуировочная константа (фиг.2).If the effect of magnetomechanical hysteresis did not exist, then the above sequence of operations would be sufficient to estimate the difference of the main mechanical stresses in accordance with formula (6). This is how well-known devices work. However, the relationship between the magnetic field strength H and the induction B in the metal is non-linear and is described by a complex function - the magnetic hysteresis loop. With a sufficiently high accuracy, the hysteresis loop can be modeled as two mutually displaced functions (δ 12 ) = tg (K • U x ) ± Δ, where Δ is the value of the displacement of the functions along the axis of mechanical stresses, the “+” sign corresponds to the upper (descending) branches, and "-" - lower (ascending) branches of the magnetomechanical hysteresis loop, K is the calibration constant (figure 2).

Обработка данных с учетом магнитомеханического гистерезиса выполняется следующим образом. Data processing taking into account magnetomechanical hysteresis is performed as follows.

С приходом третьего импульса генератора 1 тактового перепадом потенциала на выходе триггера 2 выбора петли триггер 23 управления обработкой устанавливается в состояние "1" соответствующее разрешению обработки данных. При этом его выходным потенциалом блокируется сброс показаний на дисплее индикатора 24 - на нем сохраняется индикация результата предыдущего измерения. With the arrival of the third pulse of the clock generator 1, the potential difference at the output of the trigger 2 of the loop selection trigger processing control 23 is set to state "1" corresponding to the resolution of the data processing. At the same time, its output potential blocks the reset of indications on the display of indicator 24 - the indication of the result of the previous measurement is stored on it.

С разрешением обработки данных входы функциональных преобразователей 25, 26, 27 и 28 подключаются к соответствующим выходам ОЗУ 17 и генератора 29 смещения, постоянно поддерживающего на первом выходе потенциал, пропорциональный величине (+Δ), а на втором - (-Δ). В результате на их выходах, а, следовательно, и на входах блока 30 логического сравнения, появляются результаты преобразования Uik, где i= 1, 2 - номер измерения (номер петли гистерезиса), k= l, 2 - номер ветви петли, для которой выполнено преобразование. Uik описываются функциями вида:
U11=tg(K1•Ux1)+Δ1,
U12=tg(K1•Ux1)-Δ1,
U21=tg(K2•Ux2)+Δ2,
U22=tg(K2•Ux2)-Δ2.
With the permission of data processing, the inputs of the functional converters 25, 26, 27, and 28 are connected to the corresponding outputs of the RAM 17 and the bias generator 29, which constantly maintains at the first output a potential proportional to (+ Δ), and at the second (-Δ). As a result, at their outputs, and, consequently, at the inputs of the logical comparison unit 30, the results of the transformation U ik appear, where i = 1, 2 is the measurement number (hysteresis loop number), k = l, 2 is the loop branch number, for which performed the conversion. U ik are described by functions of the form:
U 11 = tg (K 1 • U x1 ) + Δ 1 ,
U 12 = tg (K 1 • U x1 ) -Δ 1 ,
U 21 = tg (K 2 • U x2 ) + Δ 2 ,
U 22 = tg (K 2 • U x2 ) -Δ 2 .

В блоке 30 логического сравнения выполняются операции, проиллюстрированные на фиг.2. Если (U11-U21)<(Un-U22), то на выходе блока 30 появляется код (U11+U21)/2, в противном случае - (U12+U22)/2.In the logical comparison unit 30, the operations illustrated in FIG. 2 are performed. If (U 11 -U 21 ) <(U n -U 22 ), then the code (U 11 + U 21 ) / 2 appears at the output of block 30, otherwise (U 12 + U 22 ) / 2.

Градуировочные константы K1 и К2 настраиваются таким образом, чтобы выходной код блока 30 при отображении на дисплее индикатора 24 соответствовал показаниям в единицах измерения механических напряжений. В силу (8) показания индикатора 24 при соответствующей ориентации магнитопровода 7 преобразователя 5 (для соблюдения условия (5)) будут однозначно отображать искомое значение разности главных механических напряжений в точке измерения. При этом риска на корпусе преобразователя 5 указывает на направление одного из главных напряжений в металле. Направление другого главного напряжения очевидно - оно составляет 90o относительно первого.Calibration constants K 1 and K 2 are adjusted so that the output code of block 30 when displayed on the display of indicator 24 matches the readings in units of measurement of mechanical stresses. By virtue of (8), the readings of indicator 24 with the corresponding orientation of the magnetic circuit 7 of transducer 5 (to comply with condition (5)) will unambiguously display the desired value of the difference of the main mechanical stresses at the measurement point. In this case, the risk on the transducer housing 5 indicates the direction of one of the main stresses in the metal. The direction of the other main stress is obvious - it is 90 o relative to the first.

В соответствии с предлагаемым способом определения механических напряжений для каждого материала, совпадающего по марке с материалами изделий, подлежащих дальнейшему контролю, значения градуировочных констант K1 и К2, градуировочных поправок Δ1 и Δ2 определяют и записывают на стадии градуировочных испытаний.In accordance with the proposed method for determining mechanical stresses for each material that matches the brand with the materials of products to be further controlled, the values of the calibration constants K 1 and K 2 , calibration corrections Δ 1 and Δ 2 are determined and recorded at the stage of calibration tests.

Для построения градуировочной зависимости используют образец из стали в форме, для которой заведомо известна ориентация главных механических напряжений при различных уровнях нагружения. Наиболее удобным является образец в виде тонкой узкой полосы металла, где напряженное состояние полностью характеризуется одним главным механическим напряжением, направленным вдоль продольной оси образца при осевом растяжении или чистом изгибе. To build the calibration dependence, a steel sample is used in the form for which the orientation of the main mechanical stresses at various loading levels is known. The most convenient is a sample in the form of a thin narrow strip of metal, where the stress state is completely characterized by one main mechanical stress directed along the longitudinal axis of the sample with axial tension or pure bending.

Далее образец стали устанавливают на испытательном стенде и подвергают операции формирования исходного магнитомеханического состояния (с учетом технических характеристик устройства) петли гистерезиса. Для этого выполняют непрерывное изменение напряженного состояния стали образца по циклу: от исходного состояния до напряжения, составляющего 90% от напряжения текучести, затем изменяют напряженное состояние от достигнутого уровня до уровня -90% от напряжения текучести, после чего полностью снимают нагрузку. Данная операция может быть выполнена различными способами, например путем изгиба образца в виде узкой полосы металла. В результате этой операции напряженное состояние и предыстория напряженного состояния металла образца становятся известными: окончательному напряженному состоянию металла образца на петле магнитомеханического гистерезиса будет отвечать точка пересечения нижней ветви петли гистерезиса с осью абсцисс (ось значений ЭДС измерительной обмотки преобразователя на фиг.2). Next, a steel sample is mounted on a test bench and subjected to the operation of forming the initial magnetomechanical state (taking into account the technical characteristics of the device) hysteresis loop. To do this, a continuous change in the stress state of the sample steel is carried out in a cycle: from the initial state to a stress of 90% of the yield stress, then the stress state is changed from the achieved level to a level of -90% of the yield stress, and then the load is completely removed. This operation can be performed in various ways, for example, by bending the sample in the form of a narrow strip of metal. As a result of this operation, the stress state and the history of the stress state of the metal of the sample become known: the final stress state of the metal of the sample on the magnetomechanical hysteresis loop will correspond to the point of intersection of the lower branch of the hysteresis loop with the abscissa axis (the axis of the EMF values of the measuring coil of the transducer in figure 2).

По завершении этой операции на образец устанавливают, ориентируют и фиксируют преобразователь 5 таким образом, чтобы его риска соответствовала характерной геометрической оси образца, а следовательно, и главному механическому напряжению σ1. При этом ЭДС измерительной обмотки 8 преобразователя 5 покажет значение Ux1(0) для первого тока намагничивания (а следовательно, для первого значения тестового магнитного потока) и значение Ux2(0) для второго тока намагничивания (а следовательно, для второго значения тестового магнитного потока), соответствующие нулевому уровню механических напряжений, то есть состоянию, при котором на входах блока 30 логического сравнения будут наблюдаться уровни U11=0 и U21=0. Затем выполняют нагружение образца аналогично вышеописанной операции нагружения при формировании исходного магнитомеханического состояния с тем отличием, что на этот раз по достижении ЭДС измерительной обмотки преобразователя нулевого значения при каждом уровне возбуждаемого тестового магнитного потока, то есть Ux1=0 и Ux2= 0, регистрируют величину соответствующего механического напряжения в образце. На входах блока 30 логического сравнения будут наблюдаться потенциалы:
U12 = tg(K1•Ux1)-Δ1 = 0-Δ1
и
U22 = tg(K2•Ux2)-Δ2 = 0-Δ2, т.к. tg(K1•0) = 0
Откуда следует, что
Δ1=-U12
и
Δ2=-U22,
следовательно,
K1=arctg(-Δ1)/[Ux1(0)] (т.к. U11=0)
K2=arctg(-Δ2)/[Ux2(0)] (т.к. U21=0)
Значения K1 и К2 записывают в запоминающее устройство аттенюатора 16, а значения ±Δ1 и ±Δ2 - в запоминающее устройство генератора смещения 29. На этом градуировочные операции завершаются.
Upon completion of this operation, the transducer 5 is installed, oriented and fixed on the sample so that its risk corresponds to the characteristic geometric axis of the sample, and therefore to the main mechanical stress σ1. In this case, the EMF of the measuring winding 8 of the transducer 5 will show the value of U x1 (0) for the first magnetization current (and therefore for the first value of the test magnetic flux) and the value of U x2 (0) for the second magnetization current (and therefore for the second value of the test magnetic flow), corresponding to the zero level of mechanical stresses, that is, the state in which at the inputs of the logical comparison unit 30 levels U 11 = 0 and U 21 = 0 will be observed. Then, the loading of the sample is carried out similarly to the loading operation described above during the formation of the initial magnetomechanical state, with the difference that this time, upon reaching the emf of the measuring winding of the transducer of zero value at each level of the excited test magnetic flux, that is, U x1 = 0 and U x2 = 0, register the value of the corresponding mechanical stress in the sample. At the inputs of block 30 logical comparison will be observed potentials:
U 12 = tg (K 1 • U x1 ) -Δ 1 = 0-Δ 1
and
U 22 = tg (K 2 • U x2 ) -Δ 2 = 0-Δ 2 , because tg (K 1 • 0) = 0
Whence it follows that
Δ 1 = -U 12
and
Δ2 = -U 22 ,
Consequently,
K 1 = arctan (-Δ 1 ) / [U x1 (0)] (since U 11 = 0)
K 2 = arctan (-Δ 2 ) / [U x2 (0)] (since U 21 = 0)
The values of K 1 and K 2 are recorded in the memory of the attenuator 16, and the values ± Δ 1 and ± Δ 2 are stored in the memory of the bias generator 29. This completes the calibration operations.

В процессе работы преобразователь 5 устройства устанавливают на металл в зоне контроля, подбирают коэффициент деления аттенюатора 16 в соответствии с маркой стали обследуемого изделия, находят положение преобразователя 5, соответствующее экстремальным показаниям индикатора 24. О величине механического напряжения (разности механических напряжений) судят непосредственно по этим показателям. In the process, the converter 5 of the device is installed on the metal in the control zone, the attenuator 16 division coefficient is selected in accordance with the steel grade of the product being examined, the position of the converter 5 corresponding to the extreme readings of indicator 24 is found. The magnitude of the mechanical stress (the difference of mechanical stresses) is judged directly by these indicators.

Использование предлагаемого способа определения механических напряжений и устройства для его осуществления позволяет по сравнению с известным повысить точность получаемых результатов в более широком рабочем диапазоне. Кроме того, новые технические решения обеспечивают воспроизводимость результатов измерений и повышают оперативность их получения при замене преобразователя. Using the proposed method for determining mechanical stresses and a device for its implementation allows, in comparison with the known method, to increase the accuracy of the results obtained over a wider operating range. In addition, new technical solutions ensure the reproducibility of measurement results and increase the efficiency of their receipt when replacing the Converter.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 313101, G 01 L 1/12, oп. 1971.
Sources of information
1. USSR copyright certificate 313101, G 01 L 1/12, op. 1971.

2. Патент РФ 2079825, G 01 L 1/12, oп. 1997. 2. RF patent 2079825, G 01 L 1/12, op. 1997.

Claims (2)

1. Способ измерения механических напряжений, согласно которому на контролируемое изделие устанавливают крестообразный магнитопровод с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, возбуждают в металле контролируемого изделия направленный магнитный поток определенной величины и, поворачивая магнитопровод вокруг оси, перпендикулярной плоскости его полюсов, наблюдают за величиной ЭДС, наводимой в измерительной обмотке, при нахождении максимального значения ЭДС Uх1 отбирают его для расчета, производимого с помощью предварительно снятых в процессе механического нагружения градуировочных зависимостей ЭДС, и фиксируют ориентацию магнитопровода, отличающийся тем, что дополнительно, не изменяя положения магнитопровода и установив другую определенную величину магнитного потока, снимают новое значение ЭДС Uх2, а искомое механическое напряжение определяют, используя предварительно полученные при указанных величинах магнитного потока петли гистерезиса в качестве градуировочных зависимостей, по формуле
Figure 00000005

где δ1 = [tg(K1•Ux1)-tg(K2•Ux2)+Δ-];
δ2 = [tg(K1•Ux1)-tg(K2•Ux2)-Δ-];
Δ- = Δ12;
Δ+ = Δ12;
К1 и К2 - градуировочные коэффициенты, первый из которых соответствует Uх1, второй - Uх2;
Δ1 и Δ2 - градуировочные поправки, первая из которых соответствует Uх1, вторая - Uх2;
или по формуле
σ = [tg(K1•Ux1)+tg(K2•Ux2)-Δ+]/2,
если неравенство не выполняется.
1. A method of measuring mechanical stresses, according to which a cross-shaped magnetic circuit with an excitation winding and a measuring winding is installed on the controlled product, a directed magnetic flux of a certain magnitude is excited in the metal of the controlled product and, turning the magnetic circuit around an axis perpendicular to the plane of its poles, observe the magnitude of the emf induced in the measuring coil, when the maximum value of EMF U x1 selected for its calculation produced using pre SAEs s during mechanical loading calibration curves EMF and fix the orientation of the magnetic circuit, characterized in that it additionally without changing the position of the magnetic circuit and setting another certain value of the magnetic flux is removed new EMF U x2, and the desired mechanical stress is determined using pre-obtained at the specified values of the magnetic flux of the hysteresis loop as calibration dependences, according to the formula
Figure 00000005

where δ 1 = [tg (K 1 • U x1 ) -tg (K 2 • U x2 ) + Δ - ];
δ 2 = [tg (K 1 • U x1 ) -tg (K 2 • U x2 ) -Δ - ];
Δ - = Δ 12 ;
Δ + = Δ 1 + Δ 2 ;
K 1 and K 2 are calibration factors, the first of which corresponds to U x1 , the second to U x2 ;
Δ 1 and Δ 2 - calibration corrections, the first of which corresponds to U x1 , the second - U x2 ;
or according to the formula
σ = [tg (K 1 • U x1 ) + tg (K 2 • U x2 ) -Δ + ] / 2,
if the inequality is not satisfied.
2. Устройство для определения механических напряжений, содержащее генератор переменного тока, преобразователь, состоящий из крестообразного магнитопровода с обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, последовательно соединенные смеситель, первый вход которого подключен к выходу измерительной обмотки, усилитель сигнала, полосовой фильтр, детектор и аттенюатор, а также индикатор, два фазовращателя, подключенных к выходу генератора, и два усилителя, каждый из которых подключен к выходу соответствующего ему фазовращателя, отличающееся тем, что снабжено усилителем тока намагничивания, включенным между выходом генератора переменного тока и входом обмотки возбуждения, двумя ключами, каждый из которых включен между выходом соответствующего ему усилителя и, соответственно, вторым или третьим входом смесителя, причем ко вторым входам первого и второго ключей подключены соответственно первый и второй выходы триггера выбора петли, вход которого подключен к выходу генератора тактового и синхронизирующему входу генератора переменного тока, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, информационный вход которого соединен с выходом аттенюатора, а управляющий вход подключен к выходу генератора тактового через формирователь импульсов пуска, и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), управляющий вход которого подключен к первому выходу триггера выбора петли и управляющему входу усилителя тока намагничивания, четырьмя функциональными преобразователями, попарно подключенными по первым информационным входам соответственно к первому и второму выходам ОЗУ, вторыми информационными входами - соответственно к первому и второму выходам генератора смещения, а управляющими входами - к первому выходу триггера управления обработкой, вход которого подключен ко второму триггеру выбора петли, а второй выход - к управляющему входу индикатора, информационный вход которого соединен с выходами функциональных преобразователей через блок логического сравнения. 2. A device for determining mechanical stresses containing an alternating current generator, a converter consisting of a cross-shaped magnetic circuit with an excitation winding and a measuring winding, a mixer connected in series, the first input of which is connected to the output of the measuring winding, a signal amplifier, a bandpass filter, a detector and an attenuator, and also an indicator, two phase shifters connected to the output of the generator, and two amplifiers, each of which is connected to the output of its corresponding phase shifter, distinguishing It is equipped with a magnetizing current amplifier connected between the output of the alternator and the input of the field winding, two keys, each of which is connected between the output of the corresponding amplifier and, respectively, the second or third input of the mixer, and to the second inputs of the first and second keys the first and second outputs of the loop selection trigger are connected respectively, the input of which is connected to the output of the clock generator and the synchronizing input of the alternator, connected in series and a tax-to-digital converter, the information input of which is connected to the output of the attenuator, and the control input is connected to the output of the clock generator via the start pulse generator, and by random access memory (RAM), the control input of which is connected to the first output of the loop selection trigger and the control input of the magnetization current amplifier , four functional converters, pairwise connected at the first information inputs, respectively, to the first and second outputs of RAM, the second information in moves - respectively, to the first and second outputs of the bias generator, and control inputs - to the first output of the processing control trigger, the input of which is connected to the second loop selection trigger, and the second output - to the control input of the indicator, the information input of which is connected to the outputs of the functional converters through the block logical comparison.
RU2001100868A 2001-01-09 2001-01-09 Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method RU2189020C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001100868A RU2189020C1 (en) 2001-01-09 2001-01-09 Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001100868A RU2189020C1 (en) 2001-01-09 2001-01-09 Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2189020C1 true RU2189020C1 (en) 2002-09-10

Family

ID=20244709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001100868A RU2189020C1 (en) 2001-01-09 2001-01-09 Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2189020C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU198377U1 (en) * 2020-03-02 2020-07-02 Дмитрий Андреевич Поносов An electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a rod ferromagnetic element of a building structure
RU199215U1 (en) * 2020-03-02 2020-08-21 Дмитрий Андреевич Поносов Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU198377U1 (en) * 2020-03-02 2020-07-02 Дмитрий Андреевич Поносов An electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a rod ferromagnetic element of a building structure
RU199215U1 (en) * 2020-03-02 2020-08-21 Дмитрий Андреевич Поносов Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10144987B2 (en) Sensors
DE60316827D1 (en) MEASURING ARRANGEMENT AND METHOD
JPS60152950A (en) Eddy current nondestructive testing method and device thereof
US7215117B2 (en) Measurement with a magnetic field
RU2189020C1 (en) Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method
Volik et al. Metrological aspects of an automated method for measuring electrophysical parameters of soft magnetic materials
Astakhov et al. A novel approach to operating force evaluation in high strain rate metal-deforming technological processes
US5679887A (en) Method of estimating mechanical hardness of steel from its magnetic properties
JPH08248004A (en) Apparatus for measuring extent of fatigue
RU2195636C2 (en) Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method
Polyakov et al. Application of projection methods of multivariate data analysis in eddy current testing of materials
JP2002372519A (en) Non-destructive measuring method of secular deterioration associated with change in brittleness of ferromagnetic structure material
Pal’a et al. New parameters in adaptive testing of ferromagnetic materials utilizing magnetic Barkhausen noise
JPS62142258A (en) Non-destructive measuring method for zirconium alloy material
Marszałek et al. A new method of inductive sensors impedance measurement applied to the identification of vehicle parameters
Fretigny Analysis of the REDOR signal and inversion
JPH073406B2 (en) Hardness measuring method
Woelk et al. Composite 90° and 180° pulses to compensate for radiofrequency gradients in toroid NMR detectors
Sandovskii Resonance phenomena during reversal magnetization of cylindrical specimens in an inhomogeneous alternating field
SU1758413A1 (en) Method of testing metal surface layer thickness
Ušák et al. Non-Destructive Characterization of Microstructural Changes In Ferromagnetic Constructional Materials Associated with Various Types Of Long-Term Load by Means of Magnetic Adaptive Testing
SU574599A1 (en) Device for measuring thickness of coatings
SU1663526A1 (en) Method of two-parameter quality control of products
RU2166191C2 (en) Method measuring ferromagnetic phase of austenitic steels
SU1478056A1 (en) Method of measuring mechanical stresses in reinforcement bar

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20101125

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160110