Устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ . МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЛШНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащее П-образный магнитопровод, возбуждающую обмотку, размещенную на магнитопроводе , электродвигателе, кинематически связанный с магнитопроводом, комбинированный источник питания, соединенный первым выходом с злектро двигателем, а вторьм -. с возбуждающей обмоткой, измерительную обмотку. размещенную на магнитопроводе, и последовательно соединенные демодулятор , полосовой фильтр и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, оно снабжено интегрирующим усилителем, соединенным входом с измерительной обмоткой, а выходом - со входом демодулятора, цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных разностного усилителя , один вход которого соединен с выходом демодулятора, а другой с выходом полосового фильтра, сглаживающего фильтра, корректирунйцего блока нелинейности, блока коррек в тирукхцего питания, который подключен одним входом к второму выходу комбинированного источника питания, и корректирующей обмотки, размещен ной на магнитопроводе, и дифференцирующим усилителем, сдединен1|ым своим входом с вторым выходом сглаживающего фильтра, а выходом - с СЛ вторым входом блока корректирующе00 го питания. 00 ел 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (! 9) (!!) ((я1С Ol В 7(24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /ц, и АВТорсКоМУ сВидетельстВу 1. уущ(21) 3632312/25-28 (22) 03.08.83 (46) 30.05.85. Бюл. В 20 (72) А.А.Григорьев, В.Т.Гузеев, Н.Е.Жадобин и Б.H.Öûðóëüíèêîâ (53) 531.78.1.2 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 815480, кл.G 01 В 7/24,1981.

2.Зацепин H.Н.,Лухвич А.А., Иельгуй М.А. Физические методы неразрушающего контроля. Минск, "Наука и техника", 1979 ° с.31-34 (прототищ ). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОИАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ, содержащее П-образный магнитопровод, возбуждающую обмотку, размещенную на магнитопро" воде, электродвигатель, кинематически связанный с магнитопроводом, комбинированный источник питания, соединенный первым выходом с электро. двигателем, а вторьик †. с возбуждающей обмоткой, измерительную обмотку, размещенную на магнитопроводе, и последовательно соединенные демодулятор, полосовой фильтр и измери» тельный прибор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено интегрирующим усилителем, соединенным входом с измерительной обмоткой, а выходом - со входом демодулятора, цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных разностного усилителя, один вход которого соединен с выходом демодулятора, а другой— с выходом полосового фильтра, сглаживающего фильтра, корректирующего блока нелинейности, блока корректирующего питания,: который подключен одним входом к второму выходу комбинированного источника питания, и корректирующей обмотки, размещен ной на магнитопроводе, и дифференцирующим усилителем, соединенным своим входом с вторым выходом сглаживающего фильтра, а выходом - с вторым входом блока корректирующего питания.

11588

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и предназ" начено для измерений механических напряжений и деформаций деталей и конструкций из ферромагнитных материалов.

Известно устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах, содержащее П-о разный магнитопровод., возбуждающую 10 и измерительную обмотки., размещенные на магнитопроводе, измерительный прибор, соединенный с измерительной обмоткой, .а также. цепь обратной связи в виде последовательно соеди- 15 ненных. выпрямителя, соединенного с

Измерительной обмоткбй, сглаживающего фильтра и корректирующей обмотки, размещенной на магнитопроводе (1 ).

Однако результат измерений у 20 данного. устройства зависит-от направления действия механических напряжений, которое в процессе измеренйй во многих случаях может непредсказуе мо изменяться. Чувствительность .25 данного устройства оказывается пони женкой, так как отрицательная обратная связь от изМерительной к корректирующей обмотке, введенная для уменьшения влияния зазора, пропускает30 также сигнал, вызванный.измеряемыми механическими напряжениями. Поэтому, точность результатов измерений оказывается малой.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах, содержащее П-об= разный магнитопровод, возбуждающую обмотку, размещенную на магнитопрово» де, электродвигатель, кинематически связанный с магнитопроводом, комбинированный источник. питания, сое-. диненный первым выходом с элект« родвигателем, а вторыи - с воэбуждаю- ще6 обмоткой, измерительную обмотку, ::размещенную на магнитопроводе, и : последовательно соединенные демодулятор, полосовой фильтр..и измерительный прибор $2).

Однако . результат измерений известным устройстзом оказывается, завцсящим от величины воздушных зазоров между полосами магнитопро — .55 вода и контролируемом материалом,.что снижает точность результатов иэмереишщ особенно на неровных поверхностях.

58 г цель изобретения — повышение точ" ности путем автоматической компенсации влияния воздушных подполюсных зазоров.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах, содержащее П-образный магнитопровод, возбуждающую обмот-, ку, размещенную на магнитопроводе, электродвигатель, кинематически связанный с магнитопроводом, комбини рованный источник питания, соединенный первым выходом с электродвигателем, а вторым — с возбуждающей обмот. кой, измерительную обмотку, размещенную на магнитопроводе,. и последовательно соединенные демодулятор, полосовой фильтр и измерительный прибор, снабжено интегрирующим усилителем, соединенным входом с измери тельной обмоткой, а выходом - с входом демодулятора., цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных раэностного усилителя, один вход которого соединен с выходом демодулятора, а другой с выходом полосового фильтра, сглаживающего фильтра, корректирующего блока нелинейности, блока корректирующего питания, который подключен одним входом к второму выходу комбинированного источника питания, и корректирующей .обмот» ки, размещенной на магнитопроводе, и дифференцирующим усилителем, соединенным своим входом с вгорым вы-ходом сглаживающего фильтра, а выходом - с вторым входом блока корректирующего питания.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства;.на фиг.2 - графики выходного сигнала, иллюстрирующие работу автоматической компенсации влияния воздушного подполюсного зазора.

1 I

Устройство для измерения механических напряжений в ферромагнитных материалах содержит П-образный магнитопровод 1, возбуждающую обмотку 2, размещенную на магнитопроводе 1, электродвигатель 3, кинематически связанный с магнитопроводом 1, для вращения последнего, комбинированный источник 4 питания с двумя выходами, первым - промышленной, а вторым - звуковой частоты, Источник

4 соединен первым выходом с электроз 11588 двигателем 3, а вторым — с возбуж- . дающей обмоткой 2. На магнчтопроводе 1 размещена измерительная обмотка 5, к которой подсоединены после довательно соединенные интегратор 6 демодулятор 7,.полосовой фнпьтр. 8 и измерительный прибор 9.

Устройство содержит цепь обратиэй связи, выполненную в виде последова-.. тельно соединенных раэностного уси- !6 ,пнтеля 10, один вход которого соединен с выходом демодулятора 7, а другой - с выходом полосового фильт ра 8, сглаживающего фильтра 11 с двумя выходами, корректирующего бло" ка 12 нелинейности, блока 13 корректирующего питания. с двумя входами, который подключен к второму выходу комбинированного источника 4 питания, корректирующей обмотки 14, 2О которая размещена на магнитопроводе 1, и дифференцирующего усилителя 15, соединенного своим входом с вторым выходом. сглаживающего фильт-. ра 8, а выходом. - с вторым входом. блока 13 корректирующего питания, Интегратор 6, демодулятор 7, разностный усилитель 10, и диффе<Ренцирующий усилитель 15 могут выполняться на операционных усилителях,з!! например типа .УТ140А. Блок корректирующего питания представляет собой двухбалонный дифференциальйый маг. нитный усилитель с двумя входными обмотками. 35

Связь обмоток 2,5 и 14, размещенных на магнитопроводе 1, который выполнен с возможностью вращения от: электродвигателя 3, осуществлена через токосьемный узел .(не показан1.46

Источник 4 может представлять собой генератор. звуковой частоты, например, 1 жГц, с обмоткой на силовом трансформаторе для питания электродвигателя.З напряжением 43 промышленной частоты 50 Гц.

Устройство .работает следующим образом.

Магнитопровод 1 с обмотками 2,5 н !4 и электродвигателем 3 устанав-, 30 ливают на поверхность контролируемого

/ материала 16 и, включают питание. При этом электродвигатель З.приводит во ,„вращение магнитопровод 1 с частотой ,! -.,Я, а в магнитопроводе -1 и конт» И ролируемом материале 16 под воздействием тока в возбуждающей обмотке

5 появляется переяенный магнитный

58 41 ноток ф с частотой, равной частоте питания ы.

Для обеспечения достаточно малой модуляционной погрешности, допустимой для устройства выполнено условие со 10Я, Под воздействием механической нагрузки и появившихся механических напряжений i контролируемом материа- . ле возникает магнитная анизотропня.

В.результате при вращении магнитопровода 1 магнитный поток Ф модулнрует.. ся по амплитуде с частотой 2Я .

Среднее значение магнитного пото" ка ф почти не эависит от механических напряжений, .но зависит от воздушного зазора между полюсами магнитопровода 1 и материалом 16, Вместе с тем амплитуда модуляции .потока Ф зависит как от механических напряжений в материале, так и от воздушного зазора.

Модулированный магнитный поток

"наводит на измерительной обмотке 5 электрический сигнал, пропорциональный Ыф/Ю, который проходя через интегратор 6, становится пропорцио-. нальным магнитному потоку ф . Это преобразование .необходимо для обеспечения нормальной работы обратной связи, компенсирующей влияние sosдушного зазора.

Сигнал с интегратора 6 попадает . на демодулятор 7, на выходе которог сигнал имеет постоянную составляющую

:несущую информацию о воздушном . подполюсном зазоре, н переменную составляющую с частотой 2Я, несущую информацию о механических напряжениях и воздушном полюсном зазоре.

Полосовой фильтр 8 настроен Hà пропускание сигиала с частотой.2% .

Поэтому показания. измерительного г прибора 9 пропорциональны амплитуде модуляции переменного магнитного потока ф и содержат информацию об измеряемых механических напряжениях.

Инфорь1йция о воздушном эазоре1 являющаяся помехой, исключается из показаний прибора 9 с помощью цепи обратной связи, работающей следую" щим образом. ..Сигнал обратной связи, пропорцио" иальный воздушному зазору, формирует ся на выходе раэностного усилите ля 10 в виде постоянной составляющей. Она получена вычитанием иэ входного сигнала полосового фильтра

5 11588

8, содержащего постоянную и переменную составляющие, выходного сигнала полосового фильтра 8, содержащего лишь переменную составляющую.

Сформированный сигнал обратной 3 связи проходит через сглаживающий фильтр II для устранения содержащихся в нем высших гармоник основной частоты Я, порожденных нелинейностью свойств контролируемого магнитного материала 16, проявляющуюся при повороте магнитопровода 1. Затем сигнал поступает в корректирующий блок 12 нелинейности. Передаточная функция блока 12 подбирается экспе. риментально при настройке устрой ства в зависимости от свойств контролируемого материала, После корректирующего блока 12 нех.инейности сигнал поступает в 20 блок 13 корректирующего питания, который в соответствии с поступившим сигналом задает ток в коррек— тирующей обмотке 14. При правильно подобраннои передаточной функции корректирующего блока 12 нелинейности изменения тока питания обмотки

14 компенсируют изменения магнитного потока Ф, вызванные изменением воздушного зазора между полюсами маг» ЗО нитопровода 1 и контролируемым материалом I á.

Для уменьшения отрицательного влияния запаздываний сигнала в электрических и магнитных цепях ЭЗ

58 устройств служит дифференцирукнций усилитель $. Он вырабатывает сигнал, пропорциональный скорости изменения воздушного зазора, который в необходимом масштабе поступает на второй вход блока 13 корректирующего питания.

Этим обеспечиваются необходимая динамическая точность работы обратной связи, обрабатывающей меняющийся воздушный зазор. . На фиг.2 приведены графики зависимости выходного напряжения демодулятора 7 от угла поворота магнитопровода 1 иллюстрирующие эффективность цепи обратной связи. Они получены на макете предлагаемого устройства, установленного на образце судостроительной стали 09Г2, растянутого с относительной деформацией 0 ° 0175%.

График 1 получен при отсутствии воздушного зазора между полюсами магнитопровода I и материала 16, а также при отсутствии обратной связи, График 2 получен при воздушном зазоре 1,2 мм и отсутствии обратной связи. Кривая 3 получена при воздушном зазоре 1,2 мм и введенной обратной связи. Из сопоставления графиков 1 - 3 видно, что обратная связь значительно снижает влияние воздушных зазоров, чем существенно повышается точность результатов измерений, полученных с помощью предлагаемого описанного устройства.

Ф (!58858 .Составитель Ю.Востряков

Редактор Н.Воловик Техред М.Надь Корректор А.Обручар

ВФ анВ В Ю

Заказ 3572/4l Тиран 65l Подписное

ВВИИПИ Государственного комитета СССР по дела+ изобретений и открытий

3l3035,Москва,Ж-35,Рауиская иаб, д.4/5

Филиал ППП "Патент",г.унгород, ул.Проектная,4