УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для измерения интенсивности магнитных полей или контроля уровня намагниченности деталей, в частности для контроля намагниченности изделий при проведении магнитопорошковой дефектоскопии.
6
Известно устройство «Преобразователь магнитного поля» (Пат. РФ 2324195, МКИ G01R 33/07, G01N 27/82, опубликовано 10.05.2008), состоящее из множества датчиков магнитного поля, множества основных усилителей, блока определения поля фона, блока суммирования поля фона с полями дефектов, блока сравнения, задатчика уровня фонового сигнала, первого и второго операционного усилителей, первого и второго потенциометров, управляющего усилителя и многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), причем датчики поля выполнены в виде датчиков Холла, блок определения поля фона выполнен в виде многовходового суммирующего усилителя, блок сравнения выполнен в виде операционного усилителя, блок суммирования поля фона с полями дефектов выполнен в виде множества по числу датчиков операционных усилителей, при этом сигнальные выходы датчиков Холла подключены к соответствующим входам соответствующих основных усилителей, а первые выводы питания датчиков Холла соединены с первым аналоговым входом многоканального АЦП и с выходом управляющего усилителя, вход которого подключен к выходу первого разностного усилителя, к первому входу которого подключен ползунок первого потенциометра, а ко второму входу первого разностного усилителя подключен выход многовходового суммирующего усилителя, каждый из множества входов которого подключен к выходу соответствующего основного усилителя, при этом выход каждого из основных усилителей соединен с первым входом соответствующего усилителя блока суммирования поля фона с полями дефектов, второй вход каждого усилителя блока суммирования поля фона с полями дефектов соединен с выходом суммирующего усилителя, а выход каждого усилителя блока суммирования поля фона с полями дефектов соединен с соответствующим аналоговым входом многоканального аналого-цифрового преобразователя, а третьи входы всех усилителей соединены с ползунком второго потенциометра, первый вывод которого соединен с первым выводом первого потенциометра и соединен с положительным полюсом источника питания, а второй вывод второго потенциометра соединен со вторым выводом первого потенциометра и соединен с общим проводом устройства. В процессе движения дефектоскопа магнитная система намагничивает исследуемую поверхность, магнитное поле которой рассеивается и образуется фоновое магнитное поле. Датчики Холла преобразуют магнитную индукцию поля рассеяния в электрический сигнал. Сигналы с выходов датчиков Холла поступают на входы соответствующих основных усилителей, где происходит усиление сигналов датчиков Холла до требуемых рабочих значений, усиленные сигналы с выходов каждого из усилителей блока основных усилителей поступают на соответствующие входы суммирующего усилителя блока определения поля фона, выходной сигнал которого поступает на блок сравнения и блок определения дефекта, затем сформированные разности с выходов усилителей блока определения поля дефекта поступают на аналоговые входы многоканального аналого-цифрового преобразователя. При прохождении магнитной поисковой системы в зоне наличия дефектов наблюдаются локальные изменения поля и датчики Холла, проходящие возле изменившихся полей, изменяют напряжения на своих выходах, затем усиленные сигналы датчиков Холла с выхода усилителей блока основных усилителей поступают на входы блока определения поля дефектов, эти соответствуют по длительности и амплитуде размерам дефекта, обнаруживаемого датчиком.
Недостатком известного устройства является низкая точность определения местоположения и размера дефекта. Это обусловлено тем, что между датчиками магнитного поля присутствует зазор, обусловленный размером корпуса датчика, что приводит к снижению точности локализации дефекта и определения его размера.
5
Известно устройство «Строчный преобразователь магнитных полей» (Пат. РФ 2006850, МКИ G01N 27/82, опубликовано 30.01.1994) содержащий намагничивающее устройство, последовательно соединенные магниточувствительный узел, видеоусилитель, аналого-цифровой преобразователь, полупроводниковое запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь и видеоконтрольное устройство и синхрогенератор, который через блок развертки подключен к вторым входам магниточувствительного узла, аналого-цифрового преобразователя, полупроводникового запоминающего устройства, цифроаналогового преобразователя и видеоконтрольного устройства, а также содержащий формирователь импульсов, включенный между вторым выходом блока развертки и вторым входом магниточувствительного узла, который выполнен в виде строки из магниторезисторов или датчиков Холла. Магниточувствительный узел выполнен с обмоткой подмагничивания в виде секций из нескольких витков провода, закрепленных на магниторезисторах и соединенных между собой последовательно по току, а вход обмотки подмагничивания является вторым входом магниточувствительного узла. Управляющие входы датчиков Холла соединены между собой последовательно по управляющим входам и подключены к второму входу магниточувствительного узла. Намагничивающее устройство создает магнитное поле, в которое помещается объект контроля. Возникающие магнитные поля рассеяния от дефектов создают магнитный рельеф, определяемый структурой объекта контроля. Этот рельеф воздействует на элементы магниточувствительного узла (магниторезисторы или датчики Холла) и преобразуется в электропотенциальный рельеф с распределением вдоль строки магниточувствительных элементов. Информация из магниточувствительного узла считывается поэлементно с помощью блока разверток и усиливается видеоусилителем, преобразуется в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя и записывается в полупроводниковое запоминающее устройство. После накопления в памяти полного видеокадра информация через цифроаналоговый преобразователь передается в видеоконтрольное устройство.
Недостатком известного устройства является низкая точность определения местоположения и размера дефекта. Это обусловлено тем, что между датчиками магнитного поля также присутствует зазор, обусловленный размером корпуса датчика, что приводит к снижению точности локализации дефекта и определения его размера.
7
Известно устройство-прототип «Магнитометр дефектоскопический» (Пат. РФ 2193190, МКИ G01N 27/82, G01R 33/02, опубликовано 20.11.2002) содержащее последовательно соединенные источник тока, датчик Холла, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллерный блок и блок для вывода информации. Источник тока запитывает стабилизированным током датчик Холла. Выходное напряжение датчика Холла, пропорциональное индукции магнитного поля, проходящего через его кристалл, поступает на вход усилителя, где он усиливается и смещается относительно нуля. Управляющие сигналы на усилитель подаются от микропроцессорного блока. Усиленное напряжение с выхода усилителя поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, где преобразуется в цифровой код, который затем передается в микропроцессорный блок для дальнейшей обработки. В зависимости от характера магнитного поля: постоянное, переменное или импульсное - микропроцессорный блок осуществляет ту или иную обработку входного сигнала с целью вычисления измеряемой величины и передачу результата измерений на графический дисплей для отображения результата в цифровом виде.
Недостатком известного устройства-прототипа является низкая точность определения местоположения и размера дефекта. Это обусловлено тем что, в данном устройстве отсутствует координатная привязка местоположения дефекта к поверхности исследуемого объекта.
Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый объект «Устройство для измерения параметров магнитного поля» является повышение точности обнаружения местоположения дефекта.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемой полезной модели, является повышение качества магнитной дефектоскопии.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные источник тока, датчик Холла, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллерный блок, блок вывода информации, выход микроконтроллерного блока соединен со вторым входом усилителя, дополнительно введен датчик положения, выход которого соединен со вторым входом микроконтроллерного блока, а датчик Холла соединен с датчиком положения.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного объекта «Устройство для измерения параметров магнитного поля» отсутствуют, следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».
Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной полезной модели, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.
Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата и полезная модель основано на дополнении известного устройства - аналога какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения;
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2 изображен магнитный рельеф поля катушки и введены следующие обозначения:
1 - источник тока;
2 - датчик Холла;
3 - усилитель;
4 - аналогово-цифровой преобразователь;
5 - микроконтроллерный блок;
6 - блок вывода информации;
7 - датчик положения.
Устройство для измерения параметров магнитного поля содержит последовательно соединенные источник тока 1, датчик Холла 2, усилитель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, микроконтроллерный блок 5, блок вывода информации 6, второй выход микроконтроллерного блока 5 соединен со вторым входом усилителя 3, датчик Холла 2 соединен, например, механически с датчиком положения 7, выход датчика положения 7 соединен со вторым входом микроконтроллерного блока 5.
Повышение качества контроля обеспечивается за счет введения в устройство
Источник тока 1 может быть выполнен, например, на основе химического элемента питания, микроконтроллерный блок 5 и аналогово-цифровой преобразователь 4 могут быть выполнены как на отдельных микросхемах, так и на одной микросхеме (например, микроконтроллер фирмы Microchip, PIC12F675, содержащий в себе аналогово-цифровой преобразователь [1]), блок вывода информации 6 может быть выполнен на основе любого устройства для графического отображения информации (например, ЖК-дисплей или компьютер). Датчик положения 7, может быть выполнен, например, на основе оптического датчика перемещения (прим. датчик VT5366 фирмы STMicroelectronics имеет точность вплоть до 1260 точек на см [2], что позволяет точно локализовывать дефекты на поверхности).
Устройство работает следующим образом.
Источник тока 1 запитывает стабилизированным током датчик Холла 2, выходное напряжение датчика Холла 2, пропорциональное индукции магнитного поля поступает на усилитель 3. Усилитель 3 усиливает сигнал с датчика Холла 2 и корректирует смещение начального напряжения. Аналогово-цифровой преобразователь 4 преобразует усиленный сигнал в цифровой код и передает его на микроконтроллерный блок 5. Датчик Холла 2 передвигается по исследуемой поверхности, датчик положения 7 передает координаты датчика Холла 2 на микроконтроллерный блок 5. Микроконтроллерный блок 5 обрабатывает поступившую информацию с аналогово-цифрового преобразователя 4 и датчика положения 7, а результаты обработки отправляет на блок вывода информации 6. Микроконтроллерный блок 5 вырабатывает управляющие сигналы для усилителя 3. Блок вывода информации 6 производит графическое отображение зависимости значения магнитной индукции полученной с помощью датчика Холла 2 от координат датчика Холла 2, полученных с помощью датчика положения 7 (магнитный рельеф). На фиг.2 показан магнитный рельеф на поверхности катушки, из которого видно, что на поверхности сердечника имеется дефект, форму и размер которого можно определить, что согласуется с заявленной основной задачей.
Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного устройства выполняются следующие условия:
- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для измерения интенсивности магнитных полей или контроля уровня намагниченности деталей, в частности для контроля намагниченности изделий при проведении магнитопорошковой дефектоскопии;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;
- средство, воплощающее устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Использованные источники информации:
1. Microchip Technology Inc. PIC12F629/675 Data Sheet//
http://wwl.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41190F.pdf (21.10.2009).
2. STMicroelectronics. VT5366//
http://www.st.com/stonline/products/literature/bd/12124.pdf (21.10.2009)