Устройство для измерения механических напряжений и анизотропии в ферромагнитных изделиях

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И АНИЗОТРОПИИ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ, содержащее электромагнитный датчик, выполненный в виде двух взаимно перпендикулярных П-образных сердечников и размещенных на них возбуждающих и индикаторных обмоток, последовательно соединенные блок питания и электронный коммутатор, выход которого подсоединен к возбуждающим обмоткам, и блок обработки и измерения сигнала, включающий усилитель и дифференциальную схему , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен вторым коммутатором , вход которого подключен к индикаторным обмоткам, а выход соединен с блоком обработки и из.мерения , двумя дополнительными измерительными обмотками Ш1дукт; вностн 5 расположенными аналогично Р.НДТТКЗторным обмоткам, последовательно соединенными третьим коммутатороь, интегратором, преобразователем напряжение - код, блоком памяти, блоком вычислений, схемой сравнения , преобразователем код-напряжение , блоком изменения коэффициентов усиления, выходом подключенным к блоку обработки и измерения ситца-ла , один вход третьехо .т:пч 1Г1л связан с дoпoлнитeJlьны iI нтмсм -и ( тельными обмотками, другой -- г вторым коммутатором, двумя тм-.;:.;.торами , каждый из которьх {ж.шочеи tffs %ЯЙЖ1.. последовательно с соответствующей возбуждающей обмоткой, четвертым коммутатором, входом подко-поченным к резисторам каждой возбуждЭоЮией обмотки, а выходом - к вторс.ггу входу преобразователя напряжение - код, блоко:- коррекции ко.т1ффнциентов., вклочекным между интегратогом и О5 схемой сравнения, а также блоком ГчЭ управления, соединенным выходами 4 с вторым входом первого и В ОГ-ГО комг утаторов, с третьи:- вводом ичты:го коммутатора, с вторг пм чеч вертогокоммутатора , с -. горкм . дом блока памяти и блока вычи.:;,.: :..u.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„11 8 24 (я)4 G 01 N 27/72

1 Ъ; г;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3767823/25-28 (22) 13. 07. 84 (46) 30. 10. 85. Бюл. № 40 (71) Ленинградское ордена

Октябрьской Революции высшее инженерное морское училище им. адм. С.О. Макарова (72) А.Б. Галактионов, В.Т. Гузеев, Н.Е. Жадобин и Б.Н. Цырульников (53) 620. 179. 14(088. 8} (56) Авторское свидетельство СССР № 926576, кл. G 01 N 27/72, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 397834, кл. G 01 N 27/72, 1974. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И АНИЗОТРОПИИ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЯХ, содержащее электромагнитный датчик, выполненный в виде двух взаимно перпендикулярных П-образных сердечников и размещенных на них возбуждающих и индикаторных обмоток, последовательно соединенные блок питания и электронный коммутатор, выход которого подсоединен к возбуждающим обмоткам, и блок обработки и измерения сигнала, включающий усилитель и дифференциальную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен вторым коммутатором, вход которого подключен к индикаторным обмоткам, а выход соединен с блоком обработки и измерения, двумя дополнительными измерительными обмотками индуктивности, расположенными аналогично и:.1ди1:аторным обмоткам, последовательно соединенными третьим коммутатором. интегратором, преобразава re пем напряжение — код, блокам памяти, блоком вычислении, схемой сравнения, преобразователем код-напГяжение, блоком изме11ения коэффицие11тав усиления, выходам падключенны к блоку обработки и измерения ci,iна-.

Ла, ОДИН ВХОД тРЕтЬЕГО КоМ1.1.т.) 1Х связан с дополнитель1.ымп иэ 1с рчтельными обмотками, дру1 о

B T0pbI>I ко11мутаторо1! дв1 "I."7 р1: .:.. ;::— торами, каждый из «оторых ькпаче1. последовательно с соответствующей возбуждающей обмоткой, четвертым коммутатором, входом подключ1-;:11ым к резисторам кажцой 11азбукда10щей обмотки, а выходом — к в та ра1; > в,ñду преобразователя нанряьен1,е — кад, блоком коррекции ко"-ффипиентов, включенным между интегр:.1тогом и схемой сравнения, а также блока;1 управления, соединенным выхc ;1,1..1и с вторым входом пс-рвого ll 11 1о".:.1о коммутаторов с тра т1,1 . 1 в. :о;1< :1: Г1 1 1;;: го коммутатора, с втор;1м вх1:.:.: чеl вертого коммутатор»,:- гар1."1 дом блока памяти и блока выч11,:.. 11,.

88624

10

1 11

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике для измерения механических напряжений и деформаций, магнитной и механической аниэотропии в ферромагнитных материалах изделий и может быть использовано во всех областях машиностроения.

Целью изобретения является повышение точности измерения механических напряжений и деформаций путем автоматического устранения влияния неоднородности магнитных свойств исследуемого объекта на результаты контроля.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2— структурная схема блока управления устройства.

Устройство содержит электромагнитный датчик 1 в виде П-образных . сердечников 2 и 3, соединенных крестообразно под прямым углом, на которых размещены возбуждающие обмотки

4 и 5, индикаторные обмотки 6 и 7 и измерительные обмотки 8 и 9. Возбуждающие обмотки, последовательно с которыми включены резисторы 10 и 11, соединены с блоком 12 питания через коммутатор 13. Индикаторные обмотки через коммутатор 14 подключены к первому входу блока 15 обработки и измерения сигнала.

Измерительные обмотки через коммутатор 16 подключены к интегратору

17, своим входом соединенным с первым входом преобразователя 18 напряжение-код. Преобразователь 18 напряжение-код подключен к первому входу блока 19 памяти, который своим выходом соединен с первым входом блока 20 вычислений. Выход блока 20 вычислений подключен к первому входу схемы 21 сравнения, выход которой через последовательно включенные между собой преобразователь 22 код-напряжение, блок 23 изменения коэффициентов усиления подключен ко второму входу блока 15 обработки и измерения сигнала. Со вторым входом преобразователя 18 напряжение-код соединен выход коммутатора 24, ко входам которого подключены резисторы 10 и 11. Ковторому входу схемы сравнения подключен блок 25 коэффициентов коррек ции. Выходы блока 26 управления соединены соответственно с входами всех коммутаторов 13, 14, 16 и 24, блока 19 памяти и блока 20 вычислений.

Блок 26 управления содержит генератор 27 тактовых (командных) импульсов, коммутатор 28 режимов работы и распределители 29-31 тактовых импульсов соответственно первого, второго и третьего режимов.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитный датчик 1 устанавливают полюсами сердечников на исследуемую поверхность (не показана). Включают блок 12 питания, который запитывает блоки устройства (линии питания показаны частично).

В блоке 26 управления генератор командных импульсов вырабатывает последовательности импульсов, которые определяют работу устройства в режимах измерения механических деформаций в одном направлении, определяемом плоскостью сердечника

2 или 3, и измерения разности деформаций в двух взаимно перпенди кулярных направлениях с учетом ус:ловий введения поправки. Режимы ра30 боты задают с помощью переключате лей блока 26 управления. Электро магнитный датчик 1 поворачивают на измеряемой поверхности, чтобы выбранное направление совпало с налравлением определенным пересечением измеряемой поверхности и, например, плоскости сердечника 2.

Устанавливают переключатель блока

26 управления в положение, соответствующее измерениям с помощью сердечника 2. Первый командный импульс поступает на коммутатор 13, который подключает к блоку 12 питания возбуждающую обмотку 4. Через интервал времени, необходимый для завершения переходного процесса в обмотке 4, блок 26 управления выдает второй импульс в коммутатор 14, который подключает индикаторную обмотку 6 к блоку 15 обработки и измерения сигнала, и в коммутатор

16, который подключает измерительную обмотку 8 к интегратору 17. С выхода интегратора 17 электрическое напряжение, пропорциональное магнитной индукции В в материале измеряемой эоны, поступает на пер,вый вход преобразователя 18 напря1188624

15

55 жение-код, откуда заносится в регистр блока 19 памяти. Третий импульс с блока управления поступает в коммутатор 16 и отключает обмотку 8 ° Четвертый импульс блока управления поступает в коммутатор

24, который подключает резистор 11 ко второму входу преобразователя 18.

С выхода преобразователя 18 сигнал, пропорциональныи величине электрического тока в возбуждающей обмотке (напряженности магнитного поля Н, приложенного к измеряемой зоне), поступает во второй регистр блока 19 памяти. Пятый импульс блока управления поступает в коммутатор 24 и отключает резистор 11 от блока 18. Шестой импульс блока управления поступает в блок 20 вычислений, который выполняет операцию деления величины магнитной индукции В на напряженность магнитного поля Н. Результат деления: еигнал, пропорциональный величине магнитной проницаемости )И поступает в схему 21 сравнения, где в регистрах памяти размещены величины магнитной проницаемости 11 градуировочных образцов и соответствующие им поправочные коэффициенты kN, предварительно полученные при градуировке устройства на стенде. Схема 21 последовательно сравнивает одну эа другой величины магнитной проницаемости р> с величиной И . Сравнение заканчивается на том и И, когда разность

% 0 - И c g p где h P — устаВка, заранее введенная в схему сравнения. Величина поправочного

Ф коэффициента, соответствующая считывается в выходной регистр схемьг 21, откуда поступает в преобразователь 22 код-напряжение. С выхода устройства 22 сигнал поступает на вход блока 23 изменения коэффициентов усиления, где формиру% ется сигнал, пропорциональный К> который изменяет коэффициент усиления усилителя в канале индикаторной обмотки 6 блока 15 обработки и измерения информации. При настройке это изменение подбирается таким образом, чтобы скомпенсировать изменение чувствительности материала измеряемой зоны объекта вдоль направления, определяемого плотностью сердечника 2,.

Аналогично осуществляется введение поправки при измерениях в направлении, определяемом плоскостью сердечника 3.

Если необходимо измерить магнитную анизотропию материала исследуемого объекта или по магнитной аниэотропии судить о разности главных механических напряжений и приложенной к объекту нагрузки, то введение поправки осуществляется последовательно, сначала, например, в канал индикации обмотки 6, а затем обмотки 7. Дифференциальная схема блока 15 выдает на измерительный прибор разностный сигнал, пропорциональный величине измеряемой анизотропии. Для определения механических напряжений по параметрам наведенной магнитной анизотропии в устройстве предусмотрен режим, при котором электрическое напряжение питания подают Hа возбуждающую обмотку 4 сердечника 2, а съем электрического сигнала, несущего информацию о механических напряжениях, ; осуществляют с индикаторной обмотки 7, расположенной на сердечнике 3.!

Блок управления запускается переводом переключателя коммутатора

28 в какое-либо рабочее положение, определяющее один из режимов работы.

В схеме коммутатора вырабатывается пусковой импульс, который открывает ключ в соответствующем положению перекиочателя канале распределителя тактовых импульсов. Одновременно этот импульс, выполняя функции импульса установки нуля, переводит все триггеры электронных коммутаторов устройства, регистров памяти в блоках памяти и других блоках в исходное положение. Тактовые импульсы начинают поступать, например, на вход распределителя импульсов первого режима, который выдает импульс на первом выходе; временной интервал между импульсами выбран таким образом, чтобы успели закончиться переходные процессы в переключаемой схеме. Первый режим состоит в измерении механических напряжений в одном направлении, определенном плоскостью сердечника 2 или 3. Тактовый. (командный) импульс с первого выхода распределителя 29 поступает на коммутатор 13 который подает питание

1188624 на секции возбуждаемой обмотки. Так товый импульс со второго выхода распределителя 29 поступает в коммутатор 14, который подключает индикаторную обмотку к блоку обработки и измерения сигнала, а коммутатор 16, который подключает измерительную обмотку к интегратору и в блок памяти для подключения регистров магнитной индукции В (первый регистр) — к выходу преобрабователя 18 напряжение-код.

Тактовый импульс с третьего выхода поступает снова в коммутатор 16, который отключает измерительную обмотку и регистр магнитной индукции от выхода преобразователя напряжение-код. Тактовый импульс с четвертого выхода поступает в коммутатор 24, который. подключает . резистор ко второму входу преобразователя напряжение-код, и в блок памяти, где подключает регистр магнитного псля Н (второй регистр) к выходу преобразователя. Тактовый импульс с пятого выхода поступает в коммутатор 24, который отключает резистор от преобразователя.

Тактовый импульс с шестого выхода поступает в блок вычислений, в котором формируется величина магнитной проницаемости и команда на передачу вычислений в блок сравнения и его работу.

Для определения механических напряжений по параметрам наведенной магнитной анизотропии во втором режиме в блоке управления предусмотрен распределитель 30 тактовых импульсов второго режима.

Схема подключений в основном аналогична подключению распределителя импульсов первого режима и поэтому не показана.

Разница состоит в том, что предусмотрено подключение к блоку питания тактовым импульсом с первого выхода распределителя второго режима возбуждающей обмотки 4 сердечника 2, а импульсом со второ1p ro выхода — подключение индикаторной обмотки 7 к блоку 15 обработки и измерения сигнала.

Для введения сигнала поправки в условиях размещения датчика на

15 нагруженном образце в блоке управления предлагаемого устройства предусмотрен распределитель 31 тактовых импульсов третьего режима.

Схема подключений до импульсов

2п пятого выхода включительно анало" гична схеме распределителя первого режима. Импульс шестого выхода передает результат вычислений магнитной проницаемости р в регистр

zs блока 19 памяти. Импульс седьмого выхода поступает в блок 19 для восстановления исходного состояния регистров В и Н. С импульса восьмого выхода и до тринадцатого схема подключений аналогична предыдущей схеме подключений для первого-шестого выходов.

После выхода импульса двенадцатого выхода в блоке 20 вычислений

3 получают величину /И. . Импульс тринадцатого выхода поступает в блок 19 памяти и блок 20 вычислений для передачи величины /М 1 в блок вычислений и получения среднего значения (P< + p>) /2 и формирования команды на передачу результата вычислений в блок 21 сравнения и начала его работы.

1188624

1188624

Составитель А.Бодров

Редактор H.Горват Техред M.Ãeðãåëü Корректор В. Гирняк

Заказ 6737/45 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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