СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭРЦИТИВНОЙ СИЛЫ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к области измерения магнитных параметров ферромагнитных материалов и может быть применена, например, для определения коэрцитивной силы материалов, а также свойств и напряженно-деформированного состояния различных ферромагнитных изделий.
Известен датчик коэрцитиметра (описание полезной модели к патенту РФ №111686), содержащий два преобразователя магнитного поля, расположенные на рабочей поверхности устройства на заданном расстоянии друг от друга и соединенные последовательно-согласно по отношению к магнитному полю контролируемого изделия, намагниченного двухполюсным магнитом или электромагнитом. Датчик снабжен измерителем пройденного пути в направлении, перпендикулярном плоскости, проходящей через оси чувствительности преобразователей магнитного поля.
Известно также устройство для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий (описание полезной модели к патенту РФ №108639 - прототип), предварительно намагниченных с поверхности двухполюсным магнитом или электромагнитом, содержащее два датчика магнитного поля с осью чувствительности, перпендикулярной рабочей поверхности устройства. Датчики включены последовательно-встречно по отношению к однородным магнитным полям (последовательно-согласно по отношению к магнитному полю намагниченного изделия). Коэрцитивная сила изделия на том или ином участке намагниченной полосы определяется по величине напряженности магнитного поля, измеренного датчиками. Для работы в сканирующем режиме устройство снабжено элементами качения и измерителем пройденного пути.
Недостатком известных сканирующих коэрцитиметров является сложность, большие габариты и вес устройства, обусловленные наличием специального измерителя пройденного пути.
Предлагаемая полезная модель направлена на упрощение устройства, уменьшение его габаритов и веса.
Указанный технический результат достигается тем, что в сканирующем устройстве для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий, намагниченных с поверхности передвижным двухполюсным магнитом или электромагнитом в плоскости, перпендикулярной направлению передвижения, содержащем корпус с, по крайней мере, одним элементом качения, закрепленные на корпусе два датчика магнитного поля с осями чувствительности, расположенными в плоскости намагничивания симметрично по отношению к нейтральной плоскости остаточного магнитного поля намагниченной полосы, и измеритель пройденного пути, согласно полезной модели, элемент качения, выполненный, например, в виде ролика, размещен в нейтральной плоскости остаточного магнитного поля намагниченной полосы вблизи датчиков и снабжен элементом с остаточной намагниченностью, расположенным в плоскости вращения ролика. В качестве источника полезного сигнала измерителя пройденного пути использованы датчики магнитного поля.
Расположение одного из роликов в нейтральной плоскости остаточного магнитного поля намагниченной полосы вблизи датчиков и снабжение его элементом с остаточной намагниченностью, расположенным в плоскости вращения ролика, позволяет упростить сканирующее устройство, снизить его габариты и вес за счет устранения измерителя пройденного пути в виде отдельного блока, совмещения функций ролика как элемента качения и элемента измерителя пройденного пути, а также за счет использования датчиков магнитного поля в качестве источника полезного сигнала измерителя пройденного пути.
Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет возможности измерения скорости сканирования на том или ином участке намагниченной полосы изделия.
и
р
Сканирующее устройство для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано взаимное расположение датчиков магнитного поля и элементов качения в виде ролика над намагниченной полосой контролируемого изделия; на фиг. 2 - расположение элемента с остаточной намагниченностью относительно ролика, установленного в нейтральной плоскости остаточного магнитного поля намагниченной полосы вблизи датчиков; на фиг. 3 - ориентация векторов магнитной индукции поля изделия (B) и намагниченного ролика (B) в точках расположения датчиков относительно их осей чувствительности; на фиг.4 -зависимость сигналов с датчиков магнитного поля от времени сканирования устройства.
Устройство (фиг. 1) содержит корпус 1 с элементами качения, например, в виде роликов, и закрепленных на корпусе двух датчиков 2 магнитного поля с осями чувствительности, расположенными в плоскости намагничивания, симметрично по отношению к нейтральной плоскости остаточного магнитного поля намагниченной полосы (последняя обозначена пунктиром). Датчики 2 ориентированы и включены согласно по отношению к магнитному полю изделия, а один из роликов (3, фиг. 1, 2)
расположен в нейтральной плоскости остаточного магнитного поля намагниченной полосы вблизи датчиков 2 и снабжен элементом 4 (фиг. 2) с остаточной намагниченностью, расположенным со смещением относительно оси ролика 3. Намагниченность элемента 4 (например, постоянного магнита) располагается в плоскости вращения ролика (показано стрелкой на фиг. 2). Направление вектора намагниченности элемента на фиг. 2 показано условно, так как оно не оказывает влияния на работу измерителя пройденного пути и поэтому может быть любым. Кроме того, ролик может быть ферромагнитным, а элемент с остаточной намагниченностью выполнен путем намагничивания ролика в плоскости его вращения с помощью однополюсного или двухполюсного намагничивающего устройства (на фигурах не показано).
с
Устройство для определения коэрцитивной силы ферромагнитных изделий работает следующим образом. При перемещении (сканировании) корпуса 1 устройства (справа налево на фиг. 1) вдоль полосы, намагниченной с поверхности контролируемого изделия передвижным двухполюсным магнитом или электромагнитом в плоскости, перпендикулярной направлению передвижения (полоса обозначена пунктиром на фиг. 1), датчики 2 магнитного поля, закрепленные на корпусе, фиксируют значения магнитной индукции в том или ином участке намагниченной полосы, пропорциональные коэрцитивной силе H данного участка.
и
р
и
р
1
2
с
При наличии элементов качения, например, в виде роликов (фиг. 1), расположении одного из них (ролик 3 на фиг. 1, 2) в нейтральной плоскости остаточного магнитного поля намагниченной полосы вблизи датчиков 2 магнитного поля и снабжении его элементом 4 с остаточной намагниченностью, расположенным со смещением относительно оси ролика, датчики магнитного поля фиксируют также значения магнитной индукции поля ролика. На фиг. 3 показано расположение соответствующих векторов магнитной индукции в точках размещения датчиков магнитного поля над намагниченным изделием, где B - магнитная индукция поля изделия, B - магнитная индукция поля ролика. Видно, что на одном из датчиков составляющие векторов B и B складываются, а в другом -вычитаются. Кроме того, благодаря вращению вместе с роликом 3 (фиг. 2) его намагниченного элемента 4, магнитное поле элемента является знакопеременным и синхронно изменяющимся в точках расположения датчиков 2 магнитного поля. В результате сигнал на каждом из датчиков (соответственно U и U, фиг. 4) имеет две составляющие: составляющую, полученную в процессе сканирования по намагниченной полосе контролируемого изделия, зависящую от коэрцитивной силы H материала и составляющую, обусловленную магнитным полем элемента с остаточной намагниченностью ролика.
1
2
2
1
2
1
2
1
2
При согласной ориентации датчиков 2 (фиг. 3) по отношению к магнитному полю намагниченного изделия и последовательном согласном их включении суммарный выходной сигнал датчиков (U+U на фиг. 4) будет пропорционален коэрцитивной силе участков намагниченной полосы изделия. На фиг. 4 характер изменения величины коэрцитивной силы участков намагниченной полосы изделия условно показан линейным, но на практике он может быть любым. Одновременно, сигнал с любого из двух датчиков или U, фиг. 4), будет содержать и составляющую, обусловленную вращением намагниченного элемента ролика. Для ее выделения в отдельный сигнал нужно взять разность сигналов датчиков (U-U на фиг. 4), в котором не будет содержаться составляющей от сканирования намагниченной полосы изделия. Величина (размах) этого сигнала будет, при всех остальных равных условиях (одинаковых конструкции и материале ролика, его расположении относительно датчиков, степени намагниченности, форме, размере элемента с остаточной намагниченностью, его расположении в ролике и т.п.), максимальна при радиальном, относительно оси вращения, направлении вектора намагниченности элемента 4 ролика 3 (фиг. 2), а форма будет определяться только вращением ролика. С помощью формы можно измерять пройденный путь, благодаря тому, что период времени T изменения сигнала U-U (фиг. 4) будет соответствовать постоянному отрезку пути Δl, определяемому только радиусом ролика 3 (фиг. 2), т.е. известной и постоянной величиной. Таким образом, определяя количество n периодов T сигнала (фиг. 4) на заданном участке сканирования (например, в интервале времени между t и t, фиг. 4), можно вычислить величину пройденного пути L=nΔl, если даже скорость перемещения устройства вдоль пройденного пути не постоянна.
1
2
Кроме того, предлагаемое устройство позволяет определять скорость сканирования на том или ином участке контроля намагниченной полосы изделия, т.е. расширить функциональные возможности устройства. Как видно из фиг. 4, для этого необходимо разделить величину Δl на временной отрезок, соответствующий периоду T сигнала U-Uна заданном участке, т.е. скорость сканирования на данном участке будет равна V=Δl/T