УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ФЕРРОМАГНИТНОМ МАТЕРИАЛЕ ПО ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники, в частности, к анализу ферромагнитных материалов по магнитным показателям и может быть использована при оценке напряженного-деформированного состояния по остаточной намагниченности материалов изделий типа полотнищ, железнодорожных рельсов и др. в динамике в машиностроении, энергетике, железнодорожном транспорте.
Известны устройства определения дефектов в ферромагнитном материале по остаточной намагниченности, содержащие возбудитель магнитных колебаний с генератором, регистратор остаточной намагниченности поля, процессор и блок регистрации [А.с. СССР №1779954, Кл. G01L 1/12, 1990].
Точность определения остаточной намагниченности низкая, за счет того, что намагничивающее поле случайное, не дозированное, т.е. создаваемое, например, техническими средствами намагничивания случайной величины. Поэтому величина остаточной намагниченности при многократных измерениях в одной и той же точке материала вызовет разную концентрацию напряжений, а достоверность контроля при этом упадет.
Наиболее близким техническим решением является устройство определения дефектов в ферромагнитном материале по остаточной намагниченности, содержащее источник возбуждения намагничивающего поля в материале случайной величины, индикатор остаточной намагниченности и регистратор измеренного результата остаточной намагниченности [Патент RU №2029263, Кл. G01L 1/12, 1995].
В этом устройстве намагничивающее поле как и в аналогах случайной величины, хаотичное. Устройство позволяет обнаруживать напряженное состояние материала в направлении, совпадающим с заданным направлением остаточных напряжений, и по градиенту магнитного поля определяют зону концентрации максимальной величины остаточной намагниченности, по которой возможно судить об одном максимальном дефекте, но ни о его размерах, а малые дефекты в дельта окрестности зоны остаточной намагниченности также остаются не замеченными.
Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве определения дефектов в ферромагнитном материале по остаточной намагниченности, содержащем электромагнитный
преобразователь, выполненный в виде П-образного магнита с обмоткой индуктивности, уложенной между полюсами магнита, и индикатора остаточной намагниченности, генератор переменной частоты, схему обработки информации и регистратор, электромагнитный преобразователь установлен над поверхностью контролируемого материала на заданном зазоре и нормально к ней с возможностью перемещения/движения вдоль поверхности материала, а индикатор остаточной намагниченности выполнен в виде датчика Холла и размещен со стороны П-образного магнита с обмоткой, противоположной направлению движения преобразователя и на расстоянии, исключающим электромагнитное взаимовлияние индикатора и П-образного магнита с обмоткой, при этом рабочая поверхность индикатора и торцы полюсов П-образного магнита размещены в единой плоскости преобразователя, обращенной к контролируемой поверхности.
Техническим результатом полезной модели является увеличение точности и разрешающей способности, а следовательно достоверности распознавания характера дефекта и его размеров, за счет нормированного намагничивающего поля в исследуемом материале и перемещения/движения преобразователя вдоль поверхности материала.
На фиг.1 показана схема устройства.
Схема включает электромагнитный преобразователь 1, генератор 2 переменной частоты, схему 3 обработки информации и регистратор 4. Преобразователь 1 выполнен в виде П-образного магнита 5 с полюсами N и S, обмотки 6 индуктивности, уложенной между полюсами магнита, и индикатора 7 остаточной намагниченности. Преобразователь 1 установлен над поверхностью 8 из ферромагнитного материала на заданном зазоре z и нормально к ней с возможностью перемещения/движения вдоль поверхности материала (вид на фиг.1 по стрелке). Возможен вариант, когда преобразователь 1 находится в покое, а движется контролируемая поверхность 8 в сторону, противоположную положению индикатора 7 в преобразователе 1 (противоположный стрелке).
Обмотка 6 индуктивности подключена к выходу генератора 2 и к первому входу схемы 3 обработки. Ко второму входу схемы 3 подключен индикатор 7, а выход схемы 3 связан с входом регистратора 4. Между выходом генератора 2 и первым входом схемы 3 предусмотрена электрическая развязка (на фиг.1 не показана).
Индикатор 7 остаточной намагниченности выполнен в виде
датчика Холла и размещен со стороны, противоположной относительно направления движения (вид фиг.1 по стрелке) преобразователя 1 над контролируемой поверхностью 8 и на расстоянии R от П-образного магнита 5 с обмоткой 6, исключающим электромагнитное взаимовлияние индикатора 7 и магнита 5 с обмоткой 6. Рабочая поверхность индикатора 7 и торцы полюсов П-образного магнита размещены в единой плоскости преобразователя 1, обращенной к контролируемой поверхности 8.
о
П-образный магнит 5 и обмотка 6 преобразователя 1 предназначены для наведения в материале намагничивающего поля Н [А/м] заданной величины на полную глубину контролируемого изделия, обеспечивающую выбором частоты генератора 2, при этом обмотка 6 в устройстве обеспечивает увеличение глубины проникновения намагничивающего поля в материал поверхности 8. Индикатор 7 предназначен для измерения остаточной намагниченности Н [А/м] в материале. Выбранная частота возбуждения обмотки 6 и значение зазора z позволяют обеспечить заданное, т.е. нормированное намагничивающее поле в материале поверхности 8.
Схема 3 обработки информации выполняет функции преобразования поступающих сигналов с обмотки 6 и индикатора 7 в цифровую форму, сравнения нормированного зондирующего и остаточного полей напряженности, вычисления максимумов остаточной намагниченности, запоминания информации и выдачи результата на регистратор 4, в качестве которого может быть монитор.
о
Значение остаточной намагниченности Н материала зависит от частоты тока возбуждения обмотки 6, величины зазора z, от механических свойств и химического состава материала и его структурного состояния. Если в материале имеет место дефект, например трещина, то в данной точке контролируемого участка будет концентрироваться остаточная намагниченность.
Работа устройства.
Обмотку 6 возбуждают частотой генератора 2. В результате этого П-образный магнит 5 с обмоткой 6 излучают магнитное поле заданной величины, которое при размещении преобразователя 1 над контролируемой поверхностью, намагничивает участок ферромагнитного материала поверхности 8, находящийся под полюсами магнита 5. После намагничивания локального участка преобразователь 1 приводят в движение вдоль поверхности материала при z=const. По мере перемещения преобразователя 1 под полюсами магнита 5 появляется другой очередной участок поверхности 8, а над первоначальным участком оказывается
индикатор 7, который регистрирует остаточную намагниченность на этом участке. Процедура непрерывно повторяется до конца контролируемой поверхности 8. Электрический сигнал на выходе индикатора 7 свидетельствует о наличии остаточной намагниченности в материале 8. Информация с обмотки 6 и индикатора 7 в аналоговой форме поступает на входы схемы 3 обработки. В схеме 3 осуществляется преобразование поступающих сигналов с обмотки 6 и индикатора 7 в цифровую форму, сравнение нормированного зондирующего и остаточного полей намагниченности, вычисление максимумов остаточной намагниченности по площади каждого участка, запоминания информации и воспроизведение ее на регистраторе 4.
Результатом информации на выходе схемы 3 являются: если на контролируемом участке нет дефектов, то поле остаточной намагниченности равномерное по площади участка, если на участке имеется дефект, поле остаточной намагниченности неравномерное, свидетельством чего имеются пики (максимумы), которые характеризуют механически напряженные участки материала, а соответственно дефектные участки материала.
По измеренным величинам остаточной намагниченности и нормированного намагничивающего поля определяют точки концентраций напряженно-деформированного состояния исследуемой зоны материала, а по этим точкам судят о характере дефекта, его координатах и размерах.
Техническим результатом полезной модели является увеличение точности и разрешающей способности, а следовательно достоверности распознавания характера дефекта и его размеров, за счет нормированного намагничивающего поля в исследуемом материале и движения преобразователя относительно контролируемой поверхности.