RU2492459C1

RU2492459C1 - Magnetoelastic transducer for determining mechanical stresses in ferromagnetic materials

Info

Publication number: RU2492459C1
Application number: RU2012107195/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Максимочкин; Наиль Миниахметович Гарифуллин; Наиль Тимерзянович Сулейманов
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-10

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: magnetoelastic transducer for determining mechanical stresses in ferromagnetic materials, comprising a housing, a main "П"-shaped core mounted in it with exciting and controlling the excitation level coils, is additionally provided with a "П"-shaped core on which a measuring coil is located, and the additional core is mounted symmetrically between the poles of the main core so that its plane is perpendicular to the main core plane and the housing is made of a conductive nonmagnetic material.

EFFECT: increase in noise immunity and sensitivity of measurements of mechanical stresses in ferromagnetic materials.

1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, иеразрушающему контролю материалов, технической диагностике и может быть использовано в качестве накладных датчиков для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах для оценки ресурсоемкости устройства агрегатов, работающих под нагрузкой.The invention relates to instrumentation, destructive testing of materials, technical diagnostics and can be used as overhead sensors for determining mechanical stresses in ferromagnetic materials to assess the resource consumption of the device units operating under load.

Наиболее близким по техническому результату к заявляемому решению является магнитоупругий датчик для определения механических напряжений [патент №2073856, кл. G01N 27/80, опубл. 20.02.1997], который содержит корпус, установленные в нем сердечник с размещенными на нем возбуждающей и измерительной обмотками, при этом он снабжен двумя дополнительными сердечниками полосовой формы и размещенными на них соответственно двумя измерительными обмотками, а основной сердечник выполнен Н-образной формы, причем дополнительные сердечники установлены между полюсами основного симметрично его центральной части.The closest in technical result to the claimed solution is a magnetoelastic sensor for determining mechanical stress [patent No. 2073856, class. G01N 27/80, publ. 02.20.1997], which contains a housing, a core installed in it with exciting and measuring windings placed on it, while it is equipped with two additional strip-shaped cores and two measuring windings placed on them, and the main core is made in an H-shape, moreover additional cores are installed between the poles of the main symmetrically to its central part.

Недостатками известного датчика являются сравнительно большие размеры, что не позволяет вести измерения механической напряженности в локальных точках, сложность выделения скачков Баркгаузена, так как в обмотке полосовых сердечников возможно наведение электродинамических сил (ЭДС) с частотой возбуждения, а также слабая помехозащищенность от посторонних ЭДС.The disadvantages of the known sensor are its relatively large size, which makes it impossible to measure mechanical stress at local points, the difficulty of isolating Barkhausen jumps, since in the winding of strip cores it is possible to induce electrodynamic forces (EMF) with an excitation frequency, as well as poor noise immunity from extraneous EMFs.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются повышение помехоустойчивости и чувствительности измерений.The technical result of the invention is to increase the noise immunity and measurement sensitivity.

Указанный технический результат достигается тем, что магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах содержит корпус, установленный в нем сердечник П-образной формы с размещенными на нем возбуждающей и контролирующей уровень возбуждения обмотками, а также дополнительный сердечник П-образной формы, на котором размещена измерительная обмотка, причем дополнительный сердечник установлен симметрично между полюсам основного сердечника так, что плоскость его перпендикулярна плоскости основного сердечника. Корпус магнитоупругого датчика выполнен из проводящего немагнитного материала, выполняющего функцию экрана и защиты от внешних помех. Плоскость сердечника с измерительной обмоткой перпендикулярна плоскости основного сердечника, и, поэтому, в нем практически не наводится ЭДС на частоте возбуждения, а ЭДС от скачков Баркгаузена при этом практически остается неизменной.The specified technical result is achieved by the fact that the magnetoelastic sensor for determining mechanical stresses in ferromagnetic materials contains a housing, a U-shaped core installed in it with windings exciting and controlling the excitation level, and also an additional U-shaped core on which a measuring winding, the additional core being installed symmetrically between the poles of the main core so that its plane is perpendicular to the plane of the main core. The magnetoelastic sensor housing is made of a conductive non-magnetic material that acts as a screen and protects against external interference. The plane of the core with the measuring winding is perpendicular to the plane of the main core, and therefore, EMF is practically not induced in it at the excitation frequency, and the EMF from the Barkhausen jumps remains practically unchanged.

Магнитоупругий датчик для определения механических напряжений в ферромагнитных материалах состоит из корпуса 1, из двух П-образных магнитопроводов 2 и 3, причем магнитопровод 3 установлен в межполюсном пространстве магнитопровода 2 перпендикулярно к нему. В центре магнитопровода 2 намотана намагничивающая обмотка 4, ближе к полюсам этого же магнитопровода намотаны две последовательно соединенные обмотки 5 для контроля уровня возбуждения. На магнитопроводе 3 намотана измерительная обмотка 6 для измерения магнитного шума, создаваемого скачками Баркгаузена при перемагничивании контролируемого участка.The magnetoelastic sensor for determining mechanical stresses in ferromagnetic materials consists of a housing 1, of two U-shaped magnetic circuits 2 and 3, and the magnetic circuit 3 is installed in the interpolar space of the magnetic circuit 2 perpendicular to it. In the center of the magnetic circuit 2 a magnetizing winding 4 is wound, closer to the poles of the same magnetic circuit two series-connected windings 5 are wound to control the level of excitation. A measuring winding 6 is wound on the magnetic core 3 to measure the magnetic noise generated by the Barkhausen jumps during magnetization reversal of the controlled section.

Магнитоупругий датчик работает следующим образом. Накладывают датчик па контролируемую поверхность, находящуюся под механическим давлением. Пропуская переменный ток частотой 20-30 Гц по намагничивающей обмотке, производят намагничивание контролируемой поверхности переменным электромагнитным нолем. По сигналу на выходе обмоток контроля уровня возбуждения обеспечивается требуемое значение величины электромагнитного поля намагничивания, которое затем поддерживается постоянным в процессе измерений. По среднеквадратичному значению магнитного шума или по числу скачков Баркгаузена, определяемым по измерениям на выходе измерительной обмотки, судят о величине механического напряжения. Для определения абсолютной величины механического напряжения используют тарировочные графики, полученные на эталонных образцах при известных в них механических напряжениях.Magnetoelastic sensor operates as follows. A sensor is placed on a controlled surface under mechanical pressure. By passing an alternating current with a frequency of 20-30 Hz along the magnetizing winding, the controlled surface is magnetized with an alternating electromagnetic zero. The signal at the output of the field level control windings provides the required value of the magnitude of the electromagnetic field of magnetization, which is then kept constant during the measurement process. The rms value of the magnetic noise or the number of Barkhausen jumps, determined by measurements at the output of the measuring winding, is used to judge the magnitude of the mechanical stress. To determine the absolute value of the mechanical stress, calibration graphs are used, obtained on reference samples at known mechanical stresses.

Claims

A magnetoelastic sensor for determining mechanical stresses in ferromagnetic materials, comprising a housing, a U-shaped main core installed therein with windings that control and excitement level, located on it, characterized in that the magnetoelastic sensor is equipped with an additional U-shaped core, on which a measuring winding, the additional core being installed symmetrically between the poles of the main core so that its plane is perpendicular to the main plane vnogo core and the housing is formed of a conductive nonmagnetic material.