SU926579A1 - Устройство дл измерени магнитной анизотропии ферромагнитных материалов - Google Patents

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля механических деформаций и напряжений по величине анизотропии магнитных свойств деталей и конструкций из феррома!— нитных материалов во всех областях ¹ машиностроения.

Известно устройство для измерения анизотропии магнитных свойств, по величине которой определяют напряжения и деформации в материале детали, содержащее электромагнитный датчик, магнитная система которого выполнена . в виде Ш-образного магнитопровода, на среднем стержне которого расположены обмотка возбуждения и измерения, -источник переменного тока и схему из·? мерения..М^гнитопровод по вертикальной оси соединен с электродвигателем, приводящим его во вращение. В измет рительной обмотке модулируется си!— нал, пропорциональный магнитной ани2 (зотропии, по величине которой судят о состоянии материала детали Г1J.

Недостатком этого устройства является то, что наличие подвижных часв тей и токосъемника снижает его надеж⁵ ность в целом и точность измерений.

¹ Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения магнитной анизотропии ферромагнитных материалов, содержащее электромагнит¹⁰ ный датчик, магнитная система которого выполнена в виде двух взаимно перпендикулярно расположенных П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными обмотками, подключенный ¹⁵ к возбуждающим обмоткам блок питания в виде источника переменного тока, , блок обработки и измерения сигнала, г подключенный к индикаторным обмоткам, •электронный коммутатор, вход которо,· ^м го подключен-к источнику переменного тока, а выход соединен с возбуждающими обмотками сердечников, например П-образных. Сердечники датчи3 ка снабжены независимыми упругими пружинами [2).

Известное устройство характеризуется недостаточной точностью измерений из-за наличия электронного коммутатора .

Цель изобретения - повышение точности измерений анизотропии ферромагнитных материалов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения маг*· нитной анизотропии ферромагнитных материалов, содержащем электромагнитный датчик, магнитная система которого выполнена в виде двух взаимно перпендикулярно расположенных П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными обмотками, подключенный к возбуждающим обмоткам блок‘питания, блок обработки и измерения сигнала, подключенный к индикатор. ным обмоткам, блок питания выполнен в виде источника двух переменных напряжений, каждая возбуждающая и индикаторная обмотки состоят из двух секций, расположенных симметрично с двух сторон от места соедине;ния сердечников, а выходы блока питания соединены с соответствующими возбуждающими обмотками и входами блока обработки и измерения.

На фиг. 1 представлена конструкция и принципиальная схема устройства·, ^а фиг. 2 - векторная диаграмма преобразователя, установленного на анизотропном материале.

Устройство нитный датчик сердечников 2 тообразно под рых размещены ки 4 и 5 и индикаторные обмотки 6 и 7» состоящие каждая из двух секций. Блок 8 питания выполнен, например, в виде синусно-косинусного вращающегося трансформатора, к выходам 9 и 10 которого подключены обмотки возбуждения. Выходы блока 8 питания и индикаторные обмотки соединены также с блоком 11 обработки и измерения сигнала преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 устанавливают полюсами сердечников на исследуемую поверхность (не показана)< Включают блок питания, который запитывает обмотки 4 и 5 возбуждения. Магнитные потоки, создаваемые этими обмотками, содержит электромаг1 в виде П-образных и 3, соединенных креспрямым углом, на котовозбуждающие обмот926579 4 направляются сердечниками 2 и 3 в исследуемый материал. Благодаря соединению сердечников под прямым углом и секционированию обмоток возбуждения векторы напряжённости составляющих магнитного поля образуют также прямой угол. Результирующий вектор напряженности в материале имеет направление, которое определяется амплитудами составляющих напряженности. При синусоидальном возбуждении эти составляющие имеют вид Н _х = Н sin р>- Sin tut и = = Н^соз [Ъ gin tut . Задавая одинаковые максимальные значения амплитуд Н , а затем изменяя амплитуду одной составляющей по закону синуса угла измерения р между выбранным направлением начала отсчета и вектором Н~, а второй - по закону косинуса этого же угла, обеспечивают поворот вектора с неизменной амплитудой без вращения самого датчика. Направлением вектора Нопределяется направление измерений. Величины электрических сигналов индикаторных обмоток 6 и 7 определяются проекциями вектора ма|— нитной индукции В на направления сердечников 2 и 3. Оба этих выходных сигнала подают в блок И обработки и измерения сигнала, в котором после интегрирования они поступают в схемы компенсации начального сигнала измерительных обмоток (не показаны). Далее выходные сигналы поступают на входы вычислителя блока 11 обработки и измерения сигнала, который выполняет необходимые операции над сигналами, пропорциональными магнитным, индукциям В* и В^. Таким образом, на выходе вычислителя получают напряжения, пропорциональные величинам интересующих параметров магнитной анизотропии в любом направлении, которое задается углом измерения (¾. Этими параметрами являются - магнитная индукция В в материале (параметр, измеряемый в устройстве-прототипе) В = 1[в £ + Βί* , магнитная проницаемость U.

· · . V

Α-Ξ - _______^—.составляющая магнит^Г Η Н ;

нои индукции В.,, нормальная к нама!— ничивающему полю В _η = Bs.ihrt , где ' .6

В качестве блока 8 питания удобно использовать синусо-косинусный вращающийся трансформатор. Амплитуда напряжений на выходах трансформатора изменяется по законам синуса и косинуса угла измерения β, который задается поворотом ротора трансформатора относительно выбранного начала отсчета. Этим углом [5 определяется положение вектора результирующего поля Η_ν = + Н в исследуемом материале. Блок 8 питания может быть выполнен также в виде электронного генератора переменного напряжения с двумя выходами. Амплитуды напряжений на выходах можно регулировать по синусу и косинусу, например, с помощью потенциометров с переменным шагом намотки.

Схемы компенсации начального chi— нала выполнены по принципу компенсации, когда компенсируемый и компенсирующий сигналы выпрямляются, Направляются навстречу друг другу и выравниваются до полной компенсации.’ Устойчивая компенсация в данном устройстве достигается тем, что напряжения компенсации подаются с выходов блока ' питания, т.е. из цепи, которая формирует началь- . ный сигнал. Компенсация начального сигнала для выбранного начала отсчета позволяет получить кривую анизотропии, исходящую из нуля, и расширить диапазон измерений.

Предлагаемое устройство позволяет с большей надежностью и точностью снимать кривые магнитной анизо тропии в ходе усталостного процесса непосредственно на рабочем объекте.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  механических деформаций и напр жений по величине анизотропии магнитных свойст деталей и конструкций из феррома)- нитных материалов во всех област х машиностроени . Известно устройство дл  измерени  анизотропии магнитных свойств, по величине которой определ ют наг(р жени  и деформации в материале детали, содержащее электромагнитный датчик, магнитна  система которого выполнена в виде Ш-образного магнитопровода, на среднем стержне которого расположены обмотка возбуждени  и измерени  -ИСТОЧНИК переменного тока и схему из мерени ..М гнитопровод по вертикальной оси соединен с зипектродвигателем привод щим его во вращение. В измет рительной обмотке модулируетс  си1- нал, пропорциональный магнитной ани зотропии , по величине которой суд т о состо нии материала детали tl1. Недостатком этого устройства  вл етс  то, что наличие подвижных частей и токосъемника снижает его надежность в целом и точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  магнитной анизотропии ферромагнитных материалов, содержащее электромагнитный датчик, магнитна  система которого выполнена в виде двух взаимно перпендикул рно расположенных -П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными .обмотками, подключенный к возбуждающим обмоткам блок питани  в виде источника переменного тока, блок обработки и измерени  сигнала, подключенный к индикаторным оЬмоткам, электронный коммутатор, вход которого подключен-к источнику переменного тока, а выход соединен с возбуждающими обмотками сердечников, напоимер П-образных. Сердечники датчика снабжены независимыми упругими пружинами 23. Известное устройство характеризу етс  недостаточной точностью измерений из-за наличи  электронного ко мутатора. Цель изобретени  - повышение точ ности измерений анизотропии ферромагнитных материалов. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  маг нитной анизотропии ферромагнитных м териалов, содержащем электромагнитный датчик, магнитна  система котор го выполнена в виде двух взаимно пе пендикул рно расположенных П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными обмотками, подключенный к возбуждающим обмоткам блокпи тани , блок обработки и измерени  сигнала, подключенный к индикаторным обмоткам, .блок питани  выполнен в виде источника двух переменных напр жений, кажда  возбуждающа  и индикаторна  обмотки состо т из двух секций, расположенных симметри но с двух сторон от места соедине;ни  сердечников, а выходы блока пит ни  соединены с соответствующими во буждающими обмотками и входами блока обработки и измерени . На фиг. 1 представлена конструкци  и принципиальна  схема устройст ва-, фиг. 2 - векторна  диаграмма преобразовател , установленного на анизотропном материале. Устройство содержит электрома - нитный датчик 1 в виде П-образных сердечников 2 и 3 соединенных крес тообразно под пр мым углом, на кото рых размещены возбуждающие обмот ки и 5 и индикаторные обмотки 6 и 7 состо щие кажда  из двух секций . Блок 8 питани  выполнен, например , в виде синусно-косинусного вращающегос  трансформатора, к выходам 9 и 10 которого подключены обмотки возбуждени . Выходы блока 8 питани  и индикаторные обмотки соединены также с блоком 11 обработки и измерени  сигнала преобразовател  Устройство работает следующим образом. Датчик 1 устанавливают полюсами сердечников на исследуемую поверхность (не показана) Включают блок питани , который запитывает обмотки и 5 возбуждени . Магнитные потоки, создаваемые этими обмотками направл ютс  сердечниками 2 и 3 в исследуемый материал. Благодар  соединению сердечников под пр мым углом и секционированию обмоток возбуждени  векторы напр жённости составл ющих магнитного пол  образуют также пр мой угол. Результирующий вектор напр женности Н- в материале имеет направление, которое определ етс  амплитудами составл ющих напр женности . При синусоидальном возбуждении эти составл ющие имеют вид X fb- Sin ujt и Н,; (Ь 3tt ujt . Задава  одинаковые максимальные значени  амплитуд Н, а затем измен   амплитуду одной составл ющей по закону синуса угла измерени  р между выбранным направлением начала отсчета и вектором Н-, а второй - по закону коси{г1уса этого же угла, обеспечивают поворот вектора М- с неизменной амплитудой без вращени  самого датчика. Направлением вектора Н- определ етс  направление измерений. Величины электрических сигналов индикаторных обмоток 6 и 7 определ ютс  проекци ми вектора ма1- нитной индукции В на направлени  сердечников 2 и 3. Оба этих выходных сигнала подают в блок II обработки и измерени  сигнала, в котором после интегрировани  они поступают в схемы «компенсации начального сигнала измерительных обмоток (не показаны). Далее выходные сигналы поступают на входы вычислител  блока 11 обработки и измерени  сигнала, который выполн ет необход1 мые операции над сигналами, пропорциональными магнитным, индукци м В)( и В-. Таким образом, на выходе вычислител  получают напр жени , пропорциональные величинам интересующих параметров магнитной анизотропии в любом направлении, которое задаетс  углом измерени  fi . Этими параметрами  вл ютс  - магнитна  индукци  В в материале (параметр, измер емый в устройстве-прототипе) В т|в + В , магнитна  проницаемость U. 6 составл юща  магнит -н и j НОИ индукции В, нормальна  к намагничивающему полю В Bs.ihci , где .d--fb-prarctcj (Ф, |И г. 2). 592 В качестве блока 8 питани  удобно использовать синусо-косинусный враща ющийс  трансформатор. Амплитуда напр жений на выходах трансформатора измен етс  по законам синуса и косинуса угла измерени  (5, который задаетс  поворотом ротора трансформато ра относительно выбранного начала от счета. Этим углом (1 определ етс  по ложение вектора результирующего пол  НА- 1(Н| + Ъ в исследуемом материале. Блок 8 питани  может быть выполнен также в виде электронного генератора переменного напр жени  с двум  выходами. Амплитуды напр жений на выходах можно регулировать по синусу и косинусу, например, с помощью потенциометров с переменным шагом н мотки. Схемы компенсации начального си1- нала выполнены по принципу компенсации , когда компенсируемый и компенсирующий сигналы выпр мл ютс , ftanравл ютс  навстречу друг другу и выравниваютс  до полной компенсации. Устойчива  компенсаци  в данном устройстве достигаетс  тем, что напр жени  компенсации подаютс  с выходов блока питани , т.е. из цепи, котора  формирует начальный сигнал. Компенсаци  начального сигнала дл  выбранного начала отсчета позвол ет получить кривую анизотропии, исход щую из нул , и расширить диапазон измерений. Предлагаемое устройство позвол ет с большей надежностью и точностью снимать кривые магнитной анизотропии в ходе усталостного процесса непосредственно на рабочем объекте. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  магнитной анизотропии ферромагнитных материалов , содержащее электромагнитный датчик, магнитна  система которого выполнена в виде двух взаимно перпендикул рно расположенных П-образных сердечников с возбуждающими и индикаторными обмотками, подключенный к возбуждающим обмоткам блок питани , блок обработки и измерени  сигнала , подключенный к индикаторным обмоткам, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, блок питани  выполнен в виде источника двух переменных напр жений, кажда  возбуждающа  и индикаторна  обмотки состо т из двух секций расположенных симметрично с двух сторон от места соединени  сердечников , а выходы блока питани  соединены с соответстЁующими возбуЛдающими обмот ками и входами блока обработки и измерени . Источники информации, прин тые во внимание при экспедтизе 1.Зацепин Н,Н., Лухвич А.А., Мельгуй М.А. Физические методы неразрушающего контрол . Наука и техника ,. 1979, с.31-3.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 39783, кл. G 01 N 27/72, 197 (прототип) .