SU1104405A1 - Magnetic noise device for checking mechanical stresses - Google Patents

Abstract

МАГНИТОШУМОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее генератор тока низкой частоты, подключенную к нему катушку возбуждени  преобразовател , намотанную на магнитопровод, два параллельных канала измерени  шумов Баркгаузена, состо щие каждый из последовательно соединенных измерительной катушки преобразовател  с ферромагнитным сердечником, фильтра и усилител , и блок автоматики, подключенный к выходам усилителей, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи , блок автоматики выполнен в виде последовательно соединенных компаратора и исполнительного механизма, а измерительные катущки преобразовател  расположены в межполюсном промежутке магнитопровода вдоль его поперечной оси и смещены относительно продольной оси преобразовател  на рассто ние, не менее диаметра ферромагнитного сердечника. (Л о ел Фиг.1MAGNITOSHUMOVOE DEVICE FOR TESTING MECHANICAL STRESS comprising a current generator of low frequency, connected thereto an excitation coil transducer wound on the magnetic core, two parallel channels measured Barkhausen noise consisting each series-connected sensing coil transformer with a ferromagnetic core, a filter and an amplifier, and a block automation connected to the outputs of amplifiers, characterized in that, in order to improve speed, the automation unit is designed as sequence comparator and connected the actuator, and katuschki measuring transducer arranged in the pole gap of the magnetic circuit along the transverse axis and offset relative to the longitudinal axis of the transducer by a distance not less than the diameter of the ferromagnetic core. (L ate Figure 1

Description

Изобретение относитс  к средствам контрольно-измерительной техники и может быть использовано дл  контрол  механических напр жений в ферромагнитных материалах методом шумов Баркгаузена. Известно устройство дл  контрол  механических напр жений при наличии пластических деформаций, содержащее последовательно соединенные генератор низкой частоты, преобразователь шумов Баркгаузена , фильтр, избирательный усилитель, блоки построени  модели круга Мора, управлени , запоминани , ввода начальных условий , аналогового решени  и индикации. После обработки детали, например, автоскреплени  (дорновани  с большими припусками ) кольца осуществл ют контроль предварительного напр женного состо ни  путем поиска экстремума эпюры механических напр жений дифференцированием по времени сигнала, поступающего с движущегос  вдоль радиуса кольца магнитошумового преобразовател  через фильтр и избирательный усилитель на дифференцирующее звено блока модели круга Мора 1 Недостатком устройства  вл етс  низка  помехоустойчивость, так как вследствие вибраций и релаксационных процессов, сопровождающих движение инструмента, после дифференцировани  сигнала фиксируютс  ложные экстремумы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  магнитошумовое устройство дл  контрол  механических напр жений, содержащее генератор тока низкой частоты, подключенную к нему катушку возбуждени  преобразовател , намотанную на магнитопровод, два параллельных канала измерени  шумов Баркгаузена , состо щие каждый из последовательно соединенных измерительной катушки преобразовател  с ферромагнитным сердечником , фильтра и усилител , и блок авто матики подключенный к выходам усилителей . Причем блок автоматики выполнен в виде аналоговых решающих усилителей. Помехозащищенность устройства выше за счет сравнени  в блоке автоматики сигналов эталонной и рабочей измерительных катушек 2. Однако устройство не позвол ет автоматически фиксировать максимумы напр жений из-за отсутстви  исполнительных механизмов и аналоговой формы сигналов на выходе блока автоматики, так как сравнение сигналов в этом блоке осуществл етс  путем решени  аналогового уравнени . Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в магнитощумовом устройстве дл  контрол  механических напр жений, содержашем генератор тока низкой частоты, подключенную к нему катушку возбуждени  преобразовател , намотанную на магнитопровод, два параллельных канала измерени  плумов Баркгаузена, состо щие каждый из последовательно соединенных измерительной катушки преобразовате т  с ферромагнитным сердечником, фильтра и усилител , и блок автоматики, подключенный к выходам усилите тей , блок автоматики выполнен в виде последовательно соединенных компаратора и исполнительного механизма, а измерительные катушки преобразовател  расположены в межполюсном промежутке магнитопровода вдоль его поперечной оси и смещены относительно продольной оси преобразовател  на рассто ние, не менее диаметра ферромагнитного сердечника. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - преобразователь шумов Баркгаузена, установленный на контролируемой детали; на фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - то же, с контролируемой деталью и эпюрами механических напр жений в ней. Магнитошумовое устройство дл  контрол  механических напр жений содержит генератор 1 тока низкой частоты, соединенный с преобразователем 2 шумов Баркгаузена . Один из каналов измерени  ujyMOB Баркгаузена состоит из последовательно соединенных фильтров 3, усилител  4 и одного входа компаратора 5. Другой также выполнен из последовательно соединенных фильтра б, усилител  7 и другого входа компаратора 5. Блок автоматики состоит из последовательно соединенных компаратора 5 и исполнительного механизма 8, обеспечивающего включение пр .мого и обратного хода механизмов, создающих пластическую деформацию в изделии. Преобразователь 2 шумов Баркгаузена (фиг. 2-4) конструктивно выполнен в виде двух измерительных катушек 9 и Ш с ферромагнитными сердечниками И и 12, установленными на контролируемой детали 13 кольцевой формы. Измерительные катушки 9 и 10 расположены в межполюсном промежутке магнитопровода 14, вдоль его поперечной оси 00, а на магнитопроводе намотана катушка 15 возбуждени  преобразовател . Устройство выполн ет функции активного контрол  в процессе изготовлени  деталей , подвергающихс  большим пластическим деформаци м, путем регистрации момента прохождени  экстремума эпюры механиче .ских напр жений, совпадающего с границей зон пластических и упругих деформаций , через центр магнитошумового преобразовател  2 (точку В) при его неподвижной установке в том месте, которое должны достичь заданные пластические деформации. Устройство работает следующим образом . На поверхность детали 13, установленной на опорноц плите пресса (не noKa3aHaV помещают запитываемый генератором 1The invention relates to instrumentation technology and can be used to control mechanical stresses in ferromagnetic materials using the Barkhausen noise method. A device for controlling mechanical stresses in the presence of plastic deformations is known, comprising a series-connected low-frequency generator, a Barkhausen noise converter, a filter, a selective amplifier, blocks for building a Mohr circle model, controlling, storing, entering initial conditions, analog solutions and displays. After machining the part, for example, autocrossed (backing with large allowances) rings, it is possible to monitor the prestress state by searching for the extremum of the mechanical stress diagram by differentiating the signal from the moving along the radius of the magnetic noise converter through the filter and the selective amplifier to the differentiating element Mora 1 block model block The disadvantage of the device is low noise immunity, since due to vibrations and relaxation processes Accompanying the movement of the tool, after differentiating the signal latched false extrema. The closest to the invention to the technical essence is a magnetic-noise device for monitoring mechanical stresses, comprising a low-frequency current generator, a converter drive coil connected to it, wound on a magnetic circuit, two parallel Barkhausen noise measurement channels, each consisting of a transducer measuring coil with a ferromagnetic core, filter and amplifier, and an automatics unit connected to the outputs of the amplifiers. Moreover, the automation unit is made in the form of analog decisive amplifiers. The device immunity is higher due to the comparison of the reference and working measuring coils 2 in the automation unit. However, the device does not allow automatic recording of the voltage peaks due to the absence of actuators and analogue waveform at the output of the automation unit, since by solving an analog equation. The aim of the invention is to improve the speed of the device. The goal is achieved by the fact that in a magnetic-noise device for controlling mechanical stresses, there is a low-frequency current generator, a converter excitation coil connected to it, wound on a magnetic circuit, two parallel Barkhausen plum measuring channels, each consisting of each measuring coil connected in series, a ferromagnetic core, a filter and an amplifier, and an automation unit connected to the amplifiers, the automation unit is designed as a series of ennyh comparator and the actuator coil and the measuring transducer are arranged in the pole gap of the magnetic circuit along the transverse axis and offset relative to the longitudinal axis of the transducer by a distance not less than the diameter of the ferromagnetic core. FIG. 1 shows a block diagram of the device; in fig. 2 - the Barkhausen noise transducer mounted on the controlled part; in fig. 3 - the same, top view; in fig. 4 - the same, with the controlled part and the diagrams of mechanical stresses in it. The magnetic noise-noise mechanical stress control device contains a low-frequency current generator 1 connected to a Barkhausen noise converter 2. One of the measurement channels of the Barkhausen ujyMOB consists of series-connected filters 3, amplifier 4 and one input of comparator 5. The other one is also made of series-connected filter b, amplifier 7 and another input of comparator 5. The automation unit consists of series-connected comparator 5 and actuator 8 , ensuring the inclusion of pr.mygo and reverse mechanisms, creating plastic deformation in the product. The Barkhausen noise converter 2 (FIG. 2-4) is structurally embodied in the form of two measuring coils 9 and Ш with ferromagnetic cores I and 12 mounted on a controlled part 13 of annular shape. The measuring coils 9 and 10 are located in the interpolar gap of the magnetic circuit 14, along its transverse axis 00, and the drive coil 15 of the converter is wound on the magnetic core. The device performs the functions of active control in the process of manufacturing parts subjected to large plastic deformations by registering the moment of passing the extremum of the plot of mechanical stresses coinciding with the boundary of the zones of plastic and elastic deformations through the center of the magnetic noise converter 2 (point B) with its fixed installation in that place which the set plastic deformations should reach. The device works as follows. On the surface of the part 13 installed on the support plate of the press (noKa3aHaV is placed powered by generator 1

тока низкой частоты преобразователь 2 так, чтобы его поперечна  ось 00 совпала с радиусом детали 13, а центр преобразовател  с заданным по техпроцессу конечным положением линии границы пластических и упругих деформаций (например, с окружностью радиуса г 74 мм). В процессе дорновани  путем осевого перемещени  конического дорна (не показано), граница пластичесю:х деформаций, а вместе с ней и экстремум эпюры механических напр жений (5т (точка В, ) перемещаютс  от внутренней поверхности кольца 13 с радиусом г, 50 мм, соприкасающейс  с дорном, до заданного положени , определ емого радиусом г, 75 мм При всех текущих положени х экстремума в промежуто( между ос ми сердечников 11 и 12 попадают монотонно измен ющиес  участки эпюр механических напр жений, что всегда соответствует перепаду значений механических напр жений, а следовательно , и различию значений сигналов щуMOB Баркгаузена с измерительных катущек 9 и 10. И только в момент, когда экстремум достигает середины промежутка между ос ми сердечников 11 и 12, значени  механических напр жений, соответствующие точками Е и F, сравниваютс  и стают одикаковыми сигналы измерительных катушек 9 и 10. Это  вл етс  условием выработки управл ющего сигнала на прекращение -- дорновани  (останов пр мого хода штоссел  и включение его реверса). Сигнал формируетс  подачей ЭДС шума Баркгаузена с измерительных катушек 9 и 10 через соответствующие фильтры 3 и 6 и избирательные усилители 4 и 7 на компаратор 5, на выходе которого при равенстве входных сигналов вырабатываетс  импульсный сигнал, который включает исполнительный механизма 8. При этом этот механизм обеспечивает остановку пр мого хода дорна и через некоторое врем  обеспечивает его реверс.the low-frequency current converter 2 so that its transverse axis 00 coincides with the radius of part 13, and the center of the converter with the final position of the line of plastic and elastic deformations set by the process (for example, with a circumference of radius g 74 mm). In the course of the renovation by axial movement of the conical mandrel (not shown), the plastic boundary: x deformations, and with it the extremum of the mechanical stress diagram (5 tons (point B)) move from the inner surface of the ring 13 with a radius r 50 mm in contact With the mandrel, up to a predetermined position, defined by a radius g, 75 mm. For all current extremum positions in the interval (between the axes of the cores 11 and 12, monotonically varying parts of the diagrams of mechanical stresses fall, which always corresponds to the difference in mechanical values voltages, and consequently, the difference in the values of the Barkhausen signal sibmOBs from the measuring coils 9 and 10. And only at the moment when the extremum reaches the middle of the gap between the axes of the cores 11 and 12, the values of the mechanical stresses corresponding to the points E and F are compared and The signals of the measuring coils 9 and 10 become identical. This is a condition for the generation of a control signal for termination - arresting (stopping the forward stroke of the rod and activating its reverse). The signal is generated by applying the Barkhausen EMF noise from the measuring coils 9 and 10 through the corresponding filters 3 and 6 and the selective amplifiers 4 and 7 to the comparator 5, the output of which, when the input signals are equal, produces a pulse signal that turns on the actuator 8. At the same time, this mechanism provides stopping the straight course of the mandrel and after some time provides its reverse.

Эксперименты показали, что наибольша  чувствительность устройства к механическим напр жени м получаетс  при расположении измерительных катушек преобразоватат  относительно его продольной оси NN на рассто нии не менее диаметра ферромагнитного сердечника. При этом локальность контрол  можно увеличить за счет выполнени  концов сердечников конусными.Experiments have shown that the device is most sensitive to mechanical stresses when the measuring coils are arranged to transform relative to its longitudinal axis NN at a distance not less than the diameter of the ferromagnetic core. In this case, the locality of control can be increased by making the ends of the cores conical.

Выполнение блока автоматики в устройстве в виде компаратора и исполнительного механизма позвол ет получить сигнал управлени  на исполнительные механизмы в импульсной форме без предварительной и аналоговой обработки сигналов с преобразовател . Расположение измерительных катушек вдоль поперечной оси преобразовател  обеспечивает контроль механических напр жений в различных точках по радиусу цилиндрических деталей.The execution of the automation unit in the device in the form of a comparator and an actuator allows to obtain a control signal to the actuators in pulse form without prior and analog signal processing from the converter. The location of the measuring coils along the transverse axis of the transducer provides control of mechanical stresses at various points along the radius of the cylindrical parts.

НH

нn

Фиг.22

Фиг.ЗFig.Z

ArAr

№No

ФигЛFy

rr

Claims (1)

МАГНИТОШУМОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее генератор тока низкой частоты, подключенную к нему катушку возбуждения преобразователя, намотанную на магнитопровод, два параллельных канала измерения шумов Баркгаузена, состоящие каждый из последовательно соединенных измерительной катушки преобразователя с ферромагнитным сердечником, фильтра и усилителя, и блок автоматики, подключенный к выходам усилителей, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, блок автоматики выполнен в виде последовательно соединенных компаратора и исполнительного механизма, а измерительные катушки преобразователя расположены в межполюсном промежутке магнитопровода вдоль его поперечной оси и смещены относительно продольной оси преобразователя на расстояние, не менее диаметра ферромагнитного сердечника.MAGNETIC NOISE DEVICE FOR CONTROL OF MECHANICAL VOLTAGES, containing a low-frequency current generator, a drive excitation coil connected to it, wound around a magnetic circuit, two parallel Barkhausen noise measurement channels, each of which is connected in series to the measurement coil of the converter with a ferromagnetic core, a filter unit and an amplifier and an amplifier and an amplifier and connected to the outputs of the amplifiers, characterized in that, in order to improve performance, the automation unit is made in the form of are connected to the comparator and the actuator, and the measuring coils of the transducer are located in the interpole gap of the magnetic circuit along its transverse axis and are displaced relative to the longitudinal axis of the transducer by a distance not less than the diameter of the ferromagnetic core. Фи г.1Fi g. 1