SU726477A1 - Способ неразрушающего контрол ферромагнитных материалов на основе эффекта баркгаузена - Google Patents

Description

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для неразрушающего контроля ферромагнитных материалов.

Известен способ магнитной структуроскопии ферромагнитных изделий, заключающийся в том, что контролируемое изделие перемагничивают, преобразовывают скачки Баркгаузена в э.д.с. усиливают, фильтруют, измеряют интенсивность магнитного шума при различных значениях перемагничивающего поля.и сравнивают измеренные значения с соответствующими значениями эталонной кривой [1]. Недостатками способа являются его низкая помехоустойчивость и то, что измеряемый уровень шума зависит от формы петли гистерезиса контролируемого материала.^ формы и размеров образца.

Известен способ, заключающийся в том, что значение контролируемого параметра определяют по форме нор- , мированного спектра шумов относитель-25 но одной из его составляющих (2].

Наиболее близким к изобретению является способ неразрушающего контроля ферромагнитных материалов на основе скачков Баркгаузена, заключающийся в том, что контролируемое изделие перемагничивают полем низкой частоты и дополнительно подмагничивают полем высокой частотыи регистрируют интенсивность магнитного шума [3] .

Основным недостатком этого способа 1q является то, что в регистрируемом выходном сигнале преобразователя кроме составляющей, несущей информацию о скачках Баркгаузена, имеется состав, 'ляющая выходного сигнала, зависящая 15 от дифференциальной проницаемости контролируемого материала. Например, если перемагничивание изделия производится при постоянной скорости изменения напряженности магнитного поля на основной частоте, то выходной сигнал пропорционален дифференциальной проницаемости материала.

. , Как показывают эксперименты, для железа-армко в области максимальной проницаемости составляющая амплитуды выходного сигнала на частоте 15 кГц, зависящая от магнитной проницаемости, примерно на порядок превышает интенсивность магнитнФго шума.на этой час3Q. тоте. В результате этого отношение :--Г /·.- - - -- - 7 .. ; .

сигнал/помеха является неудовлетворительным. Регистрация интенсивности магнитного шума на удвоенной частоте подмагничивающего поля высокой частоты, обычно применяемая для подавления указанного сигнала помехи, в данном способе оказывается неэффективной, так как поле на основной (низкой) частоте перемагничивания в каждый момент времени меняет свое значение. В результате контролируемый участок материала оказывается в магнитном поле, являющимся суммой поля на основной частоте перемагничивания и подмагничивающего поля. Известно, что в таком режиме намагничивания все четные гармоники (включая вторую) несут в себе информацию о магнитных свойствах контролируемого изделия, включая дифференциальную проницаемость формы и коэрцитивную силу. Следовательно, в известном способе 20 чувствительность в значительной сте- , пени ослабляется из-за наличия в выходном сигнале информации о дифференциальной проницаемости материала, что понижает точность контроля.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Поставленная цель Достигается тем,эд что устанавливают постоянной скорость изменения-магнитной индукции, изменяют частоту подмагничивающего поля до получения наибольшей величины магнитного шума и по полученной резонансной частоте судят о плотности дефектов структуры контролируемого материала. В режиме намагничивания, при котором скорость изменения средней магнитной индукции постоянна, низкочастотная составляющая выходного 40 сигнала также постоянна и не зависит, от магнитных свойств материала. Высокочастотная составляющая выходного сигнала будет полностью определяться скачками Баркгаузена. Известно, что при намагничивании линейно изменяющимся или синусоидальным полем интенсивность магнитного шума' для магнитомягких материалов практически не зависит от частоты регистрации вплоть до частот порядка 10^е Гц. В отличие от этого при намагничивании в режиме, при котором скорость изменения индукции постоянна, интенсивность магнитного шума имеет острый максимум на резонансной частоте.

Величина резонансной частоты является характерной для данного материала и зависит от состояния его структуры. В частности, по резонансной частоте можно определить средний объем перемагничивания, который в свою очередь характеризует плотность дефектов структуры в контролируемом материале. Согласно предлагаемому способу средний объем перемагничива- 65 ния <v> за время перемагничивания л< можно определить по формуле t *6t

2.rJ <ν>^——t где величина магнитного по- тока‘за время at , К - постоянная, V(<) -мгновенное значение выходного сигнала, а», - резонансная частота подмагничивания.

IQ На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит контролируемое изделие 1, преобразователь, состоящий из обмотки 2 возбуждения, измене рительной обмотки 3, соединенной с ³ входами низкочастотного фильтра 4 и высокочастотного фильтра 5. Фильтр 5, усилитель 6, анализатор 7 гармоник, преобразователь 8 сигнала и самописец 9 образуют канал регистрации. Фильтр 4, дифференциальный усилитель 10, задатчик .1 режима регулирования и усилитель 12 образуют регулирующую цепь. Выход усилителя 12 соединен с блоком 13 суммирования, другой вход которого соединен с генератором 14 высокой частоты, а выход - с обмоткой 2 возбуждения.

Контролируемое изделие 1 помещают в проходной преобразователь, который имеет обмотку 2 возбуждения и измерительную обмотку 3. По обмотке возбуждения пропускают токи низкой и высокой частоты от суммирующего блока 13. Постоянство скорости измене55 ния магнитной индукции в контролируемом изделии обеспечивается тем, что ' низкочастотную составляющую сигнала V(t) , пропорциональную , с измерительной обмотки 3 через фильтр 4, усилитель 10 и задатчик 11 подают на вход усилителя 12. Этот сигнал управняет работой усилителя 12, который обеспечивает изменение тока в обмотке перемагничивания, обеспечивая при

Л В

45' этом условие — = const в контролируемом изделии.

Пульсирующий сигнал V(t) с выхода обмотки 3 подают через, фильтр 5, усилитель 6, анализатор гармоник 7 и 50 преобразователь 8 на вход однокоординатного самописца 9 или другой регистрирующий прибор. Изменяя частоту настройки анализатора гармоник 7 и синхронно с ней — частоту генератора 14, определяют резонансную частоту, ³³ на которой интенсивность шума Баркгаузена максимальна для данного контролируемого изделия 1. По резонансной частоте а>\ и по величине высокочастотного сигнала судят о плотности дефектов структуры контролируемого изделия.

Основным преимуществом способа является его высокая чувствительность к скачкам перемагничивания и связанная с ней более высокая помехоус5 тойчивость. Предварительные испытания показали наличие корреляции между частотой, соответствующей пику интенсивности шума, и структурой материала, в частности степенью холодной пластической деформации.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к машиностроению и предназначено дл  неразрушаювдего контрол  ферромагнитных материалов. Известен способ магнитной структуроскопии ферромагнитных из 1елий, заключающийс  в том, что контролируе мое изделие перемагничивают, преобра зовывают скачки Баркгаузена в э.д.с усиливают, фильтруют, измер ют интен сивность магнитного шума при различных значени х перемагничивающего пол  и сравнивают измеренные значени  с соответствующими значени ми эталонной кривой 1. Недостатками способа  вл ютс  его низка  помехоустойчивость и то, что измер емый уровень шума зависит от формы петли гистерезиса контролируемого материал формы и размеров образца. Известен способ, заключающийс ..-.в том, что значение контролируемого параметра определ ют по форме нор- , мированного спектра шумов относитель но одной из его составл ющих 12. Наиболее близким к изоб1:1етёнию  вл етс  способ неразрушающего контрол  ферромагнитных материалов на основе скачков Баркгаузена, заключакщийс  в том, что контролируемое изделие перемагничивают полем низкой частоты и дополнительно .подмагничивают полем высокой частоты и регистрируют интенсивность магнитного йума 3.Основным недостатком этого способа  вл етс  то, что в регистрируемом выходном сигнале преобразовател  кроме составл ющей, несущей информацию о скачках Баркгаузена, имеетс  состав л юща  выходного сигнала, завис ща  от дифференциальной проницаемости контролируемого материала. Например, если перемагничивание изде.пи  производитс  при посто нной скорости изменени  напр жённости магнитного пол  на основной частоте, то выасбдной сигнал пропорционален дифференциальной проницаемости материала. . , Как показывают эксперименты, дл  железа-армко в области максимальной проницаемости составл юща  амплитуды выходного сигнала на частоте 15 кГц, завис ща  от магнитной проницаемости, примерно на пор док превьпдает интенсивность магнитнбго шума.на этой частоте . В результате этого отношение сигнал/помеха  вл етс  неудовлетворительным . Регистраци  интенсивности магнитного шума на удвоенной частоте подмагничивающего пол  высокой часто ты, обычно примен ема  дл  подавлени  указанного сигнала помехи, в дан ном способе оказываетс  неэффективной , так как поле на основной (низкой ) частоте перемагничивани  в каждый момент времени мен ет свое значение . В результате контролируемый участок материала оказываетс  в магнитном поле,  вл ющимс  суммой пол  на основной частоте перемагничивани  и подмагничивающего пол . Известно, что в таком режиме намагничивани  все четные гармоники (включа  вторую ) несут в себе информацию о маг нйтных свойствах контролируемого издели , включа  дифференциальную проницаемость формы и коэрцитивную силу Следовательно, в известном способе чувствительность в значительной степени ослабл етс  из-;а наличи  в выходном сигнале информации о дифференциальной проницаемости материала, что понижает точность контрол . Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол . Поставленна  цель достигаетс  те что устанавливают посто нной скорост изменени -магйитной индукции, измен ют частоту подмагничивающего пол  до получени  наибольшей величины магнитного шума и по полученной резонансной частоте суд т о плотности дефектов структуры контролируемого материала. В режиме намагничивани , при котором скорость изменени  средней магнитной индукции посто нна, низкочастотна  составл юща  выходног сигнала также посто нна и не зависит от магнитных свойств материала. Высо кочастотна  составл юща  выходного сигнала будет полностью определ тьс  скачками БаркгаУзена. Известно, что при намагничивании ,линейно измен ющймс  1Йшй синусойдальньм псзлём интенсивность магнитного шума дл  магнитом гких материалов практически не зависит от частоты регистрации вплоть до частот пор5здка 10 Гц. В отличие от этого при намагничивании в режиме, при к от ором. с кррос ь изменени  индукции посто нна, интенсивность магнитного шума имеет острый максимум на резонансной частоте. Величина резонансной частоты  вл етс  характерной дл  данного материала и зависит от состо ни  его структуры. В частности, по резонансной частоте можно определить средний объем перемагничивани , который в свою очередь характеризует плотность дефектов структуры в контролируемом материале. Согласно предлагаемому способу средний объем перемагничивани  v за врем  перемагцимив-знн  л( можно определить по формуле ZrJ vnjAt „. где JV(t) величина магнитного потоказа врем  лt , к - посто нна , V(t) -мгновенное значение выходного сигнала, ш, - резонансна  частота подмагничквани . На чертеже приведена блок-схема устройства, реализукщего способ. Устройство содержит контролируемое изделие 1, преобразователь, состо щий из обмотки 2 возбуждени , измерительной обмотки 3, соединенной с входами низкочастотного фильтра 4 и высокочастотного фильтра 5. Фильтр 5, усилитель б, анализатор 7 гармоник , преобразователь 8 сигнала и самописец 9 образуют канал регистрации. Фильтр 4, дифференциальный усилитель 10, задатчик . режима регулировани  и усилитель 12 образуют регулирующую цепь. Выход усилител  12 соединен с блоком 13 суммировани , другой вход которого соединен с генератором 14 высокой частоты, а выход - с обмоткой 2 возбуждени . Контролируемое изделие 1 помещают в проходной преобразователь, который имеет обмотку 2 возбуждени  и измерительную обмотку 3. По обмотке возбуждени  пропускают токи низкой и высокой частоты от суммирумщего блока 13. Посто нство скорости изменени  магнитной индукции в контролируемом изделии обеспечиваетс  тем, что низкочастотную составл ющую сигнала V(t) , пропорциональную , с измерительной обмотки 3 через фильтр 4, усилитель 10 и задатчик 11 подают на вход усилител  12. Этот сигнал управл ет работой усилител  12, который обеспечивает изменение тока в обмотке перемагничивани , обеспечива  при ЭТОМ условие const в контролируемом изделии. Пульсирующий сигнал v/(t) с выхода обмотки 3 подают через фильтр 5, усилитель б, анализатор гармоник 7 и преобразователь 8 на вход однокоординатного самописца 9 или другой регистрирующий прибор. Измен   частоту настройки анализатора гармоник 7 и синхронно с ней - частоту генератора 14, определ ют резонансную частоту, на которой интенсивность шума Баркгаузена максимальна дл  данного контролируемого издели  1 . По резонансной частоте ш, и по величине высокочастотного сигнала V(U суд т о плотности дефектов структуры контролируемого издели . Основным преимуществом способа  вл етс  его высока  чувствительность к скачкам перемагничивани  и св занна  с ней более высока  помехоус- тойчивость. Предварительные испытани  показали наличие коррел ции меж частотой, соответствукхцей пику интенсивности шума, и структурой материала , в частности степенью холод ной пластической деформации. Формула изобретени  Способ неразрушающего контрол  ферромагнитных материалов на основе эффекта Баркгаузена,. заключающийс  в том, что контролируемое изделие перемагничивают полем низкой частот и дополнительно подмагничивают поле высокой частоты и регистрируют интенсивность магнитного шума, о т л ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности контрол , устанавливают посто нной скорость измерени  магнитной индукции, измен ют частоту подмагничивающего пол  до получени  наибольшей величины магнитного шума и по полученной резонансной Частоте суд т о плотности дефектов структуры контролируемого материала. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент ГДР № 71635, кл. 42 К 46/03, 1970.
2. 2.АвторсН:ое свидетельство СССР 461346, кл. G 01 N 27/86, 1-972.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 538284, кл. G 0 R 33/12, 1975 (прототип).

   Ллллл

   г

   /VvWWt

   -П