Магнитошумовой преобразователь для контроля анизотропии свойств ферромагнитных материалов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МАГНИТОШУМОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КОНТРОЛЯ АНИЗОТРОПИИ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Бусько Валерий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Магнитошумовой преобразователь для контроля анизотропии свойств ферромагнитных материалов, содержащий магнитопровод, две намагничивающие и одну измерительную катушки, электронный блок, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вал вращения, который проходит насквозь через верхнюю часть магнитопровода, измерительную катушку, установленную на валу перпендикулярно относительно оси вала, имеющую вытянутую в одном направлении форму, микроэлектродвигатель, установленный на корпусе преобразователя, а контроль анизотропии свойств осуществляют по результатам анализа круговой диаграммы зависимости сигнала от угла поворота измерительной катушки при неподвижном магнитопроводе. Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и диагностики ферромагнитных материалов и может быть использована при мониторинге анизотропии свойств различных ферромагнитных изделий, конструкций и их элементов. Известны различные типы магнитошумовых преобразователей и устройств для исследования и контроля физико-механических свойств, в том числе анизотропии ферромагнитных материалов, основанные на использовании магнитного эффекта Баркгаузена. 94802013.08.30 Типовая схема магнитошумового преобразователя (МП), предназначенного для структуроскопии и контроля физико-механического состояния ферромагнитных материалов и изделий, содержит П-образный массивный магнитопровод для создания в образце магнитного поля, обхватывающую его намагничивающую обмотку и измерительную катушку накладного типа, имеющую форму окружности, расположенную симметрично между полюсами магнитопровода и плотно прилегающую к поверхности изделия, плоскость расположения витков которой параллельна плоскости поверхности изделия 1, 2. Недостатками конструкции таких преобразователей являются неудобства при контроле анизотропии свойств и невысокая чувствительность контроля, обусловленные тем, что для контроля анизотропии свойств изделия необходимо каждый раз переустанавливать магнитопровод преобразователя в одну и ту же зону контроля при одновременном повороте магнитопровода преобразователя с одновременным смещением измерительного преобразователя, что практически трудноосуществимо. Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является магнитошумовой преобразователь с раздвижным магнитопроводом 3, который включает в себя магнгитопровод в виде двух одинаковых боковых элементов, являющихся одновременно его полюсами, на каждом из которых расположено по намагничивающей катушке, измерительную катушку, электронный блок, измерительная катушка имеет форму окружности, а плоскость ее витков параллельна поверхности исследуемого образца. С помощью изменения угла между боковыми элементами магнитопровода по результатам измерения магнитного шума (МШ) судят о структуре исследуемого материала. Однако использование такой конструкции МП не позволяет с достаточной точностью осуществлять контроль анизотропии свойств материала. Таким образом, общими недостатками таких преобразователей являются недостаточные точность и чувствительность, а также ограничения при практическом применении для контроля анизотропии свойств материалов. Перемещение и поворот вокруг своей оси магнитопровода преобразователя с установленной в нем и жестко закрепленной измерительной катушкой в виде окружности снижает чувствительность к анизотропии свойств. В предлагаемой полезной модели решается техническая задача повышения точности и достоверности контроля анизотропии свойств ферромагнитных материалов и расширения функциональных возможностей МП. Сущность магнитошумового преобразователя для контроля анизотропии свойств ферромагнитных материалов, содержащего магнитопровод, две намагничивающие и одну измерительную катушки, электронный блок, состоит в том, что он дополнительно содержит вал вращения, который проходит насквозь через верхнюю часть магнитопровода, измерительную катушку, установленную на валу перпендикулярно относительно оси вала, имеющую вытянутую в одном направлении форму, микроэлектродвигатель, установленный на корпусе преобразователя, а контроль анизотропии свойств осуществляют по результатам анализа круговой диаграммы зависимости сигнала от угла поворота измерительной катушки при неподвижном положении магнитопровода. Второй особенностью, в отличие от обычной практики, когда вращают магнитошумовой преобразователь вокруг своей оси,является то, что в нем вращают только измерительную катушку, приводимую в движение микроэлектродвигателем или вручную, а магнитопровод остается неподвижным. На фигуре представлена схема МП для контроля анизотропии свойств ферромагнитных материалов. Магнитошумовой преобразователь (фигура) содержит магнитопровод 1, на котором установлены две катушки намагничивания 2, включенные между собой последовательно,вал вращения 3, который проходит насквозь через верхнюю часть магнитопровода и приводится во вращение вокруг своей оси микроэлектродвигателем 4, на нижнем конце которого закреплена измерительная катушка 5 вытянутой в одном направлении формы, сигнал с которой поступает на электронный блок 6 и контролируемое изделие 7. 2 94802013.08.30 Магнитошумовой преобразователь работает следующим образом. Устанавливают его на испытуемый образец 7. С помощью полюсов магнитопровода 1 с расположенными на нем катушками намагничивания 2, питаемыми переменным током от генератора, в межполюсном пространстве магнитопровода 1 в изделии 7 создается магнитное поле рассеяния. Материал, сечение и габариты магнитопровода 1 выбираются из условий достижения оптимального значения создаваемого магнитного поля с учетом размеров контролируемого изделия. В результате действия магнитного поля перемагничивания в изделии 7 возникает магнитный шум, уровень которого определяется комплексом физико-механических свойств образца и регистрируется измерительной катушкой 5, затем индицируется и анализируется электронным блоком 6. Для контроля анизотропии вращают измерительную катушку 5 вокруг своей оси, для чего ее устанавливают на вал вращения 3, который соединен с микроэлектродвигателем 4. Для обеспечения возможности кругового вращения измерительной катушки 5 для достижения поставленной цели вал вращения 3 проходит насквозь через верхнюю часть магнитопровода 1, для чего в ней высверливается сквозное отверстие соответствующего диаметра, направленное нормально к поверхности изделия 7. Измерительная катушка 5 имеет вытянутую в одном направлении форму (, гдедлина,- ширина,- коэффициент, находящийся в диапазоне от 2 до 10 и зависящий от геометрических и физических параметров образца, а также условий испытаний), поэтому чувствительность МШ к анизотропии свойств изделия 7 будет максимальной и значительно выше, чем при форме измерительной катушки в виде окружности, ее длинадолжна быть примерно соизмеримой с шириной полюсов магнитопровода 1, а плоскость витков ее обмотки относительно поверхности изделия 7 расположена перпендикулярно (тангенциально), при этом ее обмотка должна быть намотана на ферритовом сердечнике на всю его длину . При отсутствии вращения измерительной катушки 5 вокруг своей оси она регистрирует интенсивность магнитного шума только при одном направлении измерительной катушки 5, например при положении, когда ось измерительной катушки 5 совпадает с направлением магнитного поля между полюсами магнитопровода 1 (фигура), при этом анизотропию свойств изделия 7 определить невозможно. Для оценки ее уровня и контроля на поверхности изделия 7 необходимо обеспечить вращение измерительной катушки 5 вокруг своей оси, для чего измерительная катушка 5 устанавливается на вал вращения 3 и приводится во вращение микроэлектродвигателем 4. При включении микроэлектродвигателя 4 измерительная катушка 5, вращаясь вокруг своей оси, измеряет уровень МШ в зависимости от угла вращения измерительной катушки 5, например, относительно направления поля перемагничивания между полюсами магнитопровода 1 на плоскости изделия 7. Выключив микроэлектродвигатель 4 и переместив МП в другую зону контроля изделия 7,опять производят измерения МШ. Измеряя сигнал с помощью электронного блока 6 и построив его зависимости от угла вращения измерительной катушки 5 вокруг своей оси, называемые круговыми диаграммами, для различных зон контролируемого изделия 7, после их анализа (в том числе с помощью компьютерных программ), осуществляют контроль степени анизотропии свойств испытуемого ферромагнитного изделия 7. На практике вместо микроэлектродвигателя 4 можно использовать ручной режим вращения измерительной катушки 5 относительно неподвижных полюсов магнитопровода 1. Использование такого магнитошумового преобразователя повышает достоверность контроля анизотропии свойств ферромагнитного изделия. Анализируя полученные круговые диаграммы зависимости сигнала от угла поворота измерительной катушки, можно повысить чувствительность к физико-механическому состоянию изделия и существенно расширить функциональные возможности магнитошумовых преобразователей. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3