Устройство для магнитошумовой структуроскопии поверхностно упрочненных слоев ферромагнитных материалов

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля поверхностной структуры и поверхностных механических напряжений в ферромагнитных материалах, подвергнутых упрочняющей обработке. Цель изобретения - обеспечение послойного анализа поверхности изделия. Устройство для магнитошумсвой структуроскопии содержит Ф-образньш магнитопровод с обмоткой намагничивания на среднем стержне и зазорами в боковых стержнях , предназначенными для установки контролируемого изделия и эталонного образца, и электрическую схему, включающую подключенные к измерительным катушкам широкополосные усилители, поочередно подключаемые переключателем к измерительному каналу, состоящему из последовательно соединенных панорамного анализатора спектра, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора и индикатора. А также цепь обратной связи, выполненную в виде двух (}и1льтров, подключенных к выходам широкополосных усилителей, подключенного к выходам фильтров дифференциального усилителя и исполнительного механизма. Принцип работы стстемы обратной связи основан на автоматическом изменении величины зазора в цепи эталонного образца для обеспечения равенства индукций в эталонном ииспытуемом образцах. I ил. i СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (511 с(G 01 N 27/83

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3748464/25-28 (22) 06.06.84 (46) 30.03.86. Бюл. у (71) Институт прикладной физики

АН БССР (72) В.Л.Венгринович (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 934353, кл. С 01 N 27/90, 1980.

Авторское свидетельство СССР

9 1101764, кл. G Oi N 27/83, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАГНИТОШУМОВОЙ

СТРУКТУРОСКОПИИ ПОВЕРХНОСТНО УПРОЧНЕННЫХ СЛОЕВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля поверхностной структуры и поверхностных механических напряжений в ферромагнитных материалах, подвергнутых упрочняющей обработке. Цель изобретения — обеспечение послойного анализа поверхности изделия. Устройство для магнитошумовой структуроскопии содержит Ф-образный магнитопровод с обмоткой намагничивания на среднем стержне и зазорами в боковых стержнях, предназначенными для установки контролируемого изделия и эталонного образца, и электрическую схему, вклю" чающую подключенные к измерительным катушкам широкополосные усилители, поочередно подключаемые переключателем к измерительному каналу, состоящему из последовательно соединенных панорамного анализатора спектра, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора и индикатора. А также цепь обратной связи, выполненную в виде двух фильтров, подключенных к выходам широкополосных усилителей, подключенного к выходам фильтров дифференциального усилителя и исполнительного механизма. Принцип работы стстемы обратной связи основан на автоматическом изменении величины зазора в цепи эталонного образца для обеспечения равенства индукций в эталонном ииспытуемом образцах. I ил.

1221576

Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля поверхностной структуры и поверхностных механических напряжений в ферро- 5 магнитных материалах, подвергнутых упрочняющей обработке.

Цель изобретения — обеспечение возможности послойного анализа по10 верхности изделия.

На черт е приведена блок-схема устройства для магнитошумовой структуроскопии.

Преобразователь устройства состоит из Ф-образного магнитопровода t, боко-1" вые стержни которого разомкнуты, а намагничивающая обмотка 2 размещена на среднем стержне. Зазоры в боковых стержнях замыкаются эталонным 3 и испытуемым 4 образцами. Эталонный 20 образец 3 установлен с возможностью изменения зазора в магнитной цепи.

С образцами 3 и 4 индуктивно связаны измерительные катушки 5 и 6 соответственно, подключенные к входам широкополосных усилителей 7 и 8.

Система обратной связи устройства состоит из двух фильтров 9 и 10 высоких частот, подключенных к входам дифференциального усилителя 11, на 30 выходе которого установлен исполнительный механизм }2, изменяющий зазор в магнитной цепи эталонного образца 3 и одного из боковых стержней магнитопровода 1.

Цепь обработки и индикации устройства состоит из переключателя 13, панорамного анализатора 14 спектра с плавно изменяющейся частотой анализа, имеющего автономное запоминающее 40 устройство для запоминания спектра эталонного образца и блок сравнения спектров эталонного и испытуемого образцов (например, анализатор фирмы

"Брюль и керр", 4301).

Через аналого-цифровой преобразователь 15 анализатор 14 соединен с микропроцессором 16, запрограммированным на обратное преобразование Лапласа,оригинал которого воспроизводится индикатором 17, выполненным в виде дисплея или графопостроителя.

Принцып работы устройства основан на следующей физической модели.

При регистрации шума Баркгаузена накладным преобразователем вклад различных слоев, лежащих на глубине Z от поверхности, в общую интенсивность шума, регистрируемого преобразователем, может быть описан выражением

" p J с„(>I å *„о где F (Z) — зависимость интенсивносШ ти шума от глубины залегания слоя; — плотность скачков Баркга0и уэена;

Z — глубина информативного слоя.

Можно записать, что U=U (— 1 ), о тогда это выражение есть преобразование

Лапласа,а зависимость F (Z) — его оригиш нал, подлежащий определению. В первом приближении глубина информативного слоя обратно пропорциональна частоте анализа:

Таким образом, изменяя в процессе перемагничивания контролируемого и эталонного образцов частоту анализа, измеряя зависимость V (К ) = V()

Z для обоих образцов раздельно и вычисляя по известным правилам оригинал преобразования Лапласа, F (Z), для обоих образцов или для их разностных спектров, получают зависимость, по которой судят о распределении интенсНВНосТН шума по глубине.

Устройство работает следующим образом.

С помощью намагничивающей обмотки

2 возбуждают в магнитной цепи переменный магнитный поток, в результате чего в эталонном 3 и испытуемом 4 образцах возникает шум Баркгаузена, регистрируемый катушками 5 и 6. Последующий процесс послойного анализа основан на допущении, что распределение магнитной индукции в эталонном и испытуемом образцах примерно одинаковое.

В данном устройстве наряду с применением Ф-образного магнитопровода этому способствует использование системы обратной связи, позволяющей изменять магнитный поток в цепи эталонного образца, регулируя зазор. Такая система необходима из-за неточностей в установке испытуемого образца 4 или небольшого отклонения его магнитных свойств от номинальных. С помощью фильтров 9 и 10 выделяется низкочастотная (на частоте перемагничивания) составляющая ЗДС в обмотке регистрации, величина которой зависит от ин1221576 дукции в образцах 3 и 4 и подается на усилитель 11 и далее на механизм 12.

Принцип работы системы обратной связи основан на автоматическом изменении величины зозора в цепи эталон. — 5 ного образца для обеспечения равенства индукций в эталонном и испытуемом образцах. Вначале на анализатор 14 через переключатель 13 подается шумовой сигнал, считываемый с эталон— ного образца 3. Изменяя плавно частоту анализа, анализатор измеряет и удерживает в автономном запоминающем устройстве распределение интенсивности (спектр) этого шумового сигна- l5 ла по частоте в указанном выше диапазоне частот. Затем переключателем

13 вводят в анализатор шумовой сиг-. нал, считываемый с испытуемого образца. 20

Изменяя частоту анализа в том же диапазоне, анализатор измеряет распределение интенсивности шума в испытуемом образце, которое сравнивается 25 с распределением интенсивности шума эталонного образца. Далее эти спектры один из другого вычитаются и разностный спектр через аналого-цифровой преобразователь 15 вводится в цифровом коде в микропроцессор 16, где производится вычисление обратного преобразования Лапласа, которое в виде функциональной зависимости индицируется на дисплее или индикаторе 17.

Формула изобретения

Устройство для магнитошумовой структуроскопии поверхностно упрочненных слоев ферромагнитных материа" ! лов, содержащее Ф-образный магнитопровод с обмоткой намагничивания на среднем стержне и зазорами в боковых стержнях для установки контролируемого иэделия и эталонного образца, две параллельные электрические цепочки, каждая иэ которых включает последовательно соединенные измерительную катушку и широкополосный усилитель, подключенный к выходам широкополосных усилителей анализатор спектра, и индикатор, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью обеспечения возможности послойного анализа поверхности иэделия, оно снабжено последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем и микропроцессором, реализующим программу вычисления обратного преобразования Лапласа, включенным между анализатором спектра и индикатором, последовательно соединенным фильтром высоких частот, дифференциальным усилителем и исполнительным механизмом перемещения эталонного образца, подключенными к выходу первого широкополосного усилителя, и вторым фильтром высоких частот, включенным между выходом второго широкополосного усилителя и вторым входом дифференциального усилителя.