Многопараметровый магнитный структуроскоп

 

МНОГОПАРАМЕТРОВЫЙ МАГНИТНЫЙ СТРУКТУРОСКОП, содержащий последовательно соединенные генератор, усилитель мощности, намагничивающую обмотку и резистор, а также магнитопровод, две измерительные обмотки, установленные совместно с намагничивающей обмоткой на магнитопроводе, соединенные последовательно регулируемый усилитель, фильтр и амплитудHbrit детектор, соединенные последовательно аналоговый ключ, интегратор аналого-цифровой преобразователь и интерфейс, соединенные последовательно амплитудный селектор, подключенный к выходу регулируемого усилителя, схему И и счетчик, выход которого подключен к интерфейсу, соединенные последовательно схему сравнения кодов , подключенную к генератору, и формирователь, выход которого подключен к входам управления первого аналогового ключа и схемы И, регистратор , входы которого объединены с входами управления генератора, схемы сравнения кодов, регулируемого усилителя, фипьтра и амплитудного селектора и подключены к интерфейсу, процессор, постоянную память и oneративную память, объединенные через шины управления, адреса и данных с интерфейсами, отличающийс я тем, что, с целью повьшения производительности, он снабжен коммутатором , включенным между измерительными обмотками и регулируемым усилителем, вторым аналоговым клюtC чом, включенным между выходом регулируемого усилителя и входом первого аналогового ключа, третьим аналого вым ключом, включенным между выходом 4i СП амплитудного детектора и входом первого аналогового ключа, и инвертором , вход которого объединен с входами управления коммутатора и второго аналогового ключа и подключен к интерфейсу, а выход - к третьему входу схемы И и входу управления третьего аналогового ключа.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1201745

Ш4 G 01 N 27 90

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

hO

Ю

4h

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3746493./25-28 (22) 29.05.84 (46) 30.12.85. Бюл. У 48 (71) Курский политехнический институт и Научно-исследовательский институт интроскопии (72) В.Э. Дрейзин, О.Г. Бондарь, В.И. Иванов, А.Н. Куликов, В.В. Клюев и А.П. Дегтерев (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 903758, кл. G 01 N 27/90, 1982., Дрейзин В..Э., Бондарь О.Г., Куликов А.И., Иванов В.И., Измерительно-вычислительный структуроскопический комплекс ИВКС-1. В кн:

Электромагнитные методы контроля качества материалов и изделий. Тезисы докладов lU Всесоюзной межвузовской конференции. Омск, ОПИ, 1983, с. 29-31. (54)(57) МНОГОПАРАМЕТРОВЫИ МАГНИТНЫИ

СТРУКТУРОСКОП, содержащий последовательно соединенные генератор, усилитель мощности, намагничивающую обмотку и резистор, а также магнитопровод, две измерительные обмотки, установленные совместно с намагничивающей обмоткой на магнитопроводе, соединенные последовательно регулируемый усилитель, фильтр и амплитудный детектор, соединенные последовательно аналоговый ключ, интегратор, аналого-цифровой преобразователь и интерфейс, соединенные последовательно амплитудный селектор, подключенный к выходу регулируемого усилителя, схему И и счетчик, выход которого подключен к интерфейсу, соединенные последовательно схему сравнения кодов, подключенную к генератору, и формирователь, выход которого подключен к входам управления первого аналогового ключа и схемы И, регистратор, входы которого объединены с входами управления генератора, схемы сравнения кодов, регулируемого усилителя, фильтра и амплитудного селектора и подключены к интерфейсу, процессор, постоянную память и оперативную память, объединенные через шины управления, адреса и данных с интерфейсами, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения производительности, он снабжен коммутатором, включенным между измерительными обмотками и регулируемым усилителем, вторым аналоговым ключом, включенным между выходом регулируемого усилителя и входом первого аналогового ключа, третьим аналоговым ключом, включенным между выходом амплитудного детектора и входом первого аналогового ключа, и инвертором, вход которого объединен с входами управления коммутатора и второго аналогового ключа и подключен к интерфейсу, а выход — к третьему входу схемы И и входу управления третьего аналогового ключа. Ъ

М 1

Изобретение относится к средствам электромагнитного неразрушающего контроля ферромагнитных материалов и может быть использовано для контроля структурно-механических характеристик сталей и стальных изделий.

Целью изобретения является повышение производительности.

На чертеже представлена блок-схема многопараметрового магнитного структуроскопа.

Структуроскоп содержит соединенные последовательно генератор 1, усилитель 2 мощности, намагничивающую обмотку 3 и резистор 4. Структуроскоп содержит также магнитопровод

5, две измерительные обмотки 6 и 7, установленные совместно с намагничивающей обмоткой 3 на магнитопроводе 5, соединенные последовательно коммутатор 8, регулируемый усилитель

9, аналоговый ключ 10 аналоговый ключ 11, интегратор 12, аналого-цифровой преобразователь 13 и интерфейс 14.

Устройство содержит также соединенные последовательно фильтр 15, вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя 9, амплитудный детектор 16 и третий аналоговый ключ 17, выход которого подключен ко входу аналогового ключа 11, соединенные последовательно амплитудный селектор 18 вход которого подключен к выходу регулируемого усилителя 9, схему 19 И и счетчик 20,,выход каждого подключен к интерфейсу 14 соединенные последовательно схему 21 сравнения кодов, подключен-ную к генератору 1, и формирователь

22 строба, выход которого подключен .ко входам аналогового ключа 11 и о, схемы 19 И, инвертор 23, вход которого объединен со входами управления коммутатора 8 и аналогового ключа

10 и подключен к интерфейсу 14, а выход — ко входу управления аналогового ключа 17 и схемы 19 И. В состав .устройства входит также регистратор 24, вход которого объединен со входами управления генератора 1, схемы 21 сравнения кодов, регулируемого усилителя 9, фильтра 15 и амплитудного селектора 18 и подключен к интерфейсу 14, процессор 25, постоянная память 26 и оперативная память 27, объединенные шинами управления, адреса и данных с интерфейсом 14.

201745 2

Структуроскоп работает следующим образом.

В приборе имеется канал измерения напряжения Ugp,, пропорционального магнитной индукции в контролируемом образце в заданной точке динамической петли гистерезиса, или напряжения Ug, пропорционального . магнитной индукции для статической петли гистерезиса. Этот канал содержит первый аналоговый ключ 11, интегратор 12 и аналого-цифровой преобразователь 13.

Кроме того, прибор имеет канал

10 измерения среднего значения напряжения ЭДС от магнитных шумов (напряжения U ). Этот канал состоит из фильтра 15, амплитудного детектора

16, третьего аналогового ключа 17

15 и упомянутых аналогового ключа 11, интегратора 12 и аналого-цифрового преобразователя 13.

В приборе имеется также канал измерения числа импульсов ЭДС Ncs от скачков Баркгаузена в заданной окрестности выбранной точки петли, гистерезиса.,В этот канал входят амплитудный селектор 18, схема 19 И и счетчик 20.

В постоянной памяти 26 хранится

30 программа контроля конкретного вида изделий или материала, которая включает в себя две подпрограммы: подпрограмму измерений магнитных характеристик и подпрограмму вычисления

35 контролируемых с труктурно-механических характеристик металла.

Подпрограмма измерений предусматривает измерение нескольких значений

40 напряжения, пропорционального индукции в заданных точках динамической петли гистерезиса U y„...U p», несколь» ких значений напряжения, пропорционального индукции в точках стати45 ческой петли гистерезиса U 5„...U ; нескольких значений среднего напряжения шума U „,,Ц„,в определенных точ ках петли гистерезйса при заданных комбинациях параметров режима перемагни. чивания (частоты и амплитуды тока) и. режима измерения (длительности строба, границ полосы пропускания фильтра 15); нескольких значений количества импульсов напряжения от скачков Баркгаузена Н,,,...,N,щ„, в выбранных точках петли гистерезиса при заданных сочетаниях параметров режима перемагничивания (частоб / .. ты и амплитуды тока) и режима измез 1 рения (длительности строба и порога амплитудной селекции).

При всех измерениях задается значение коэффициента усиления регулируемого усилителя 9. Количество измеряемых величин R, 1, m, п и усло- вия измерения каждой из них определяются на этапе предварительных экспериментальных исследований контрольных образцов с целью отбора наиболее информативных факторных признаков для оптимальной математической модели. контроля.

Во время выполнения измерений процессор 25 работает как контроллер намагничивающего и измерительного трактов структуроскопа.

Перед измерением параметров динамической петли гистерезиса (напряжений Usn ) процессор 25 формирует на выходных шинах интерфейса 14 коды частоты и амплитуды намагничивающего тока (для генератора 1 ступенчато-пилообразного тока), код коэффициента усиления регулируемого усилителя 9, коды начала и конца строба (для схемы 21 сравнения кодов1 и вырабатывает уровень логической единицы на управляющих .входах коммутатора

8 и второго аналогового ключа 10.

При этом коммутатор 8 обеспечивает согласованное включение измерительных обмоток 7 и 6, аналоговый ключ

10 открывает канал измерения напряжения Ugy. Схема 21 сравнивает текущие значения поступающего из генератора

1 кода намагничивающего тока с кодами начала и конца строба, и на выходе формирователя 22 вырабатывается стробирующий импульс, начало которого соответствует выбранной точке петли гистерезиса, а длительность равна половине периода намагничивающего тока. В течение строба аналоговый ключ 11 пропускает напряжение с измерительных обмоток на интегратор

12. К концу строба на выходе интегратора 12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное измеряемой индукции в заданной точке петли гистерезиса. Это напряжение преобразуется в цифровой код, который че, рез интерфейс 14 передается по шине данных в оперативную память 27 и фиксируется в одной из его ячеек. Операция измерения напряжения U p повторяется k раз при всех предусмотренных программой сочетаниях частоты

201745 и амплитуды тока и координат точек петли гистерезиса, I от максимального отрицательного до максимального положйтельного значения и обратно, после чего контролируемое изделие остается намагниченным до насыщения. После этого

З5 процессор 25 выдает.в генератор 1 код заданной точки петли гистереэиса, при этом в обмотке 3 устанавливается намагничивающий ток, соответствующий этой точке, а схема 21

40 сравнения кодов и формирователь 22 строба вырабатывают перепад потенциала,, отпирающий первый аналоговый ключ 11. Высокий уровень напряжения на выходе формирователя 22 выдержи45 вается в течение заданного программой времени (около 0,5 с) . К концу этого интервала на выходе интег- ратора 12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное измеря50

5 !

О

При измерении параметров статической петли гистерезиса (напряжения

U> ) непрерывный периодический режим генератора 1 выключается. Значения намагничивающего тока в намагничивающей обмотке 3 задаются процессором 25 путем выдачи по выходным шинам интерфейса 14 соответствующего кода на вход генератора 1, причем намагничивающий ток изменяется скачкообразно. Перед измерением напряжения Б процессор 25 формирует на выходных шинах код амплитуды намагничивающего тока для генератора 1), код коэффициента усиления регулируемого усилителя 9, код начала строба (для схемы 21 сравнения кодов) и вырабатывает уровень логической единицы на управляющих входах коммутатора 8 и второго аналогового ключа 10. Затем процессор 25 с интер валами 1 выдает на вход генератора

1 заданное число раз около 10) поочередно коды координат крайних точек петли гистерезиса, при этом в намагничивающей обмотке 3 происходит скачкообразное изменение тока емой индукции статической петли . гистерезиса в данной точке. Это нап" ряжение преобразуется в цифровой код и через интерфейс 14 передается по шине данных в одну из ячеек оперативной памяти 27. Операция измерения напряжения USs повторяется в раз во всех предусмотренных программой точках.

1201745 где х — результаты измерения вели1

45 U8p > Ugp Ue > И а а" — коэффициенты определяемые

Ц

t при построении многопараметровой математической модели контроля;

- 50 h=<+E+tn+n- общее число отобранных для контроля магнитных характеристик Ugy, Ugg, Uey M

Вычисленные процессором 25 контролируемые характеристики 75 (8=1

2) передаются через интерфейс 14 в регистратор 24.

Перед измерением среднего значения напряжения шума U,процессор

25 формирует на выходных шинах интерфейса 14 коды частоты и амплитуды намагничивающего тока (для генератора 1), код коэффициента усиления регулируемого усилителя.9, коды начала и конца строба (для схемы 21 сравнения кодов), код номера полосы частот настройки фильтра 15 и вырабатывает уровень логического нуля на управляющих входах коммутатора 8 и аналогового ключа 17 и входе инвертора 29. При этом коммутатор 8 обеспечивает встречное включение измерительных обмоток 7 и 6, что необходимо для компенсации регулярной составляющей и выделения шумовой сос» тавляющей ЭДС, наводимой в этих обмотках. Кроме того, второй аналО говый ключ 10 закрывается, а третий ключ 17 открывается. Схема 21 сравнивает поступающие из генератора 1 текущие значения кода намагничивающего тока с кодами начала и конца строба, и на выходе формирователя

22 вырабатывается стробирующий импульс, середина которого соответствует выбранной точке петли гистерезиса, а длительность — заданной окрестности этой точки. В течение строба аналоговый ключ 11 пропускает выпрямленное напряжение

ЭДС от скачков Баркгаузена в спектральном диапазоне, определяемом полосой пропускания фильтра 15. К концу строба на выходе интегратора

12 накапливается постоянное напряжение, пропорциональное спектральной плотности напряжения от магнитных шумов в заданных точках петли гистерезиса и частотного диапазона.

Это напряжение преобразуется в цифровой код и через интерфейс 14 передается по шине данных в оперативную память 27, где фиксируется в одной из ее ячеек. Операция измерения напряжения Пщ повторяется m раз при всех предусмотренных программой конз роля сочетаниях частоты и амплитуды намагничивающего тока, координат точек петли гистерезиса и точек час:тотного диапазона.

Перед измерением количества импульсов ЭДС от скачков Баркгаузена

N процессор 25 формирует те же сигналы и коды, что и перед измерением напряжения шума Бщ, за исключением кода номера полосы частот фильтра 15, кроме того, процессор 25 вьщает на выходные шины интерфейса 14 код порога амплитудной селекции для амплитудного селектора 18. При этом вы10 ходное напряжение инвертора 23 под, готавливает к работе схему И 19. Схема 2) сравнения кодов и формирователь

22 вырабатывают импульс строба, временное положение и длительность ко15 торого соответствуют выбранной точке петли гистерезиса и заданной ее окрестности. За время этого строба схема И 19 пропустит па счетчик 20 все импульсы ЭДС от скачков намаг20 ниченности, напряжение которых превышает установленный в амплитудном селекторе 18 порог срабатывания.

Накопленное в счетчике 20 число 51сь передается через интерфейс 14 в одну из ячеек оперативной памяти 27. Операция измерения величины N<>, повторяется и раз для всех заданных программой контроля сочетаний частоты и амплитуды намагничивающего тока

З0 и координат точек петли гистерезиса.

После проведения заданного колит чества циклов измерения значений

Ueð, U, U N процессор 25 реализует подпрограмму расчета контроли35 руемых характеристик изделия 71 ° ° ° р

Y,ïî регрессионным соотношениям, найденным на этапе исследований, например, вида

1201745

Составитель Ю. Глазков

Редактор Н. Горват Техред О.Неце Корректор Л. Пилипенко.

Заказ 7998/45 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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