Автономный магнитошумовой преобразователь

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси Республиканское научно-производственное унитарное предприятие Диатех(72) Авторы Бусько Валерий Николаевич Кулагин Валерий Николаевич Линевич Сергей Ярославович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси Республиканское научно-производственное унитарное предприятие Диатех(57) Автономный магнитошумовой преобразователь, содержащий магнитопровод для перемагничивания участка испытуемого изделия, намагничивающую обмотку, измерительную обмотку, электронный измерительный блок, отличающийся тем, что в качестве полюсов магнитопровода используются ферромагнитные стаканы от источников постоянного тока пальчикового типа, соединенные между собой ферромагнитной перемычкой,которые одновременно являются источником постоянного тока магнитопровода, содержит вторую намагничивающую обмотку, причем обе намагничивающие обмотки расположены на полюсах магнитопровода, инвертор, подключенный к выходу источника постоянного тока и соединенный с намагничивающими обмотками магнитопровода.(56) 1. А.с. СССР 634188, МПК 01 27/86, 1978. 2. Гришаков С.В., Ковалев А.И. Оценка напряжений и повреждений в ферромагнитных материалах методом магнитных шумов. - Киев Наукова думка, 1991. - 168 с. 3. А.с. СССР 794455, МПК 01 27/83, 1981. 58672009.12.30 Полезная модель относится к области неразрушающего контроля (НК) ферромагнитных металлов и их сплавов и может быть использована для испытаний, контроля и диагностики их структурно-напряженного и физико-механического состояния. Известны различные типы магнитошумовых преобразователей для исследования физико-механических свойств ферромагнитных образцов, основанных на реализации эффекта Баркгаузена. Известна типовая классическая схема магнитошумового преобразователя, предназначенного для структуроскопии и контроля физико-механического состояния ферромагнитных материалов и изделий. Магнитошумовой преобразователь содержит П-образный массивный магнитопровод для создания в исследуемом образце магнитного поля, обхватывающую его намагничивающую обмотку и индикаторную катушку накладного типа,которая расположена между полюсами магнитопровода и плотно прилегает к поверхности изделия, плоскость расположения витков которой параллельна плоскости расположения полюсов магнитопровода, источника переменного тока 1, 2. Недостатком конструкции таких преобразователей является обязательное наличие в виде отдельных элементов магнитопровода, источника переменного тока для питания намагничивающей обмотки с целью возбуждения переменного магнитного поля в испытуемом образце. Использование такого преобразователя из-за его относительной громоздкости вследствие наличия указанных выше конструктивных элементов ограничивается применением его на образцах только значительных габаритов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является изобретение, согласно которому устройство содержит генератор квазинизкой частоты,к выходу которого подключена намагничивающая обмотка индукционного преобразователя, к выходу измерительной обмотки подключены последовательно соединенные широкополосный усилитель, полосовой фильтр, амплитудный детектор и счетчик импульсов 3. Возникающие вследствие необратимых процессов перемагничивания скачки намагниченности, вызванные магнитным полем рассеяния в поверхности образца в межполюсном пространстве от двух полюсов магнитопровода, регистрируются и обрабатываются электронным блоком, состоящим из усилителя, фильтра, амплитудного детектора и счетчика импульсов. Наличие специального магнитопровода, изготовление которого представляет собой трудоемкий процесс, а также генератора квазинизкой частоты для питания намагничивающей обмотки магнитопровода и источника постоянного тока для питания электронного измерительного блока преобразователя существенно сужает применение магнитошумового преобразователя при использовании его для исследования малогабаритных изделий. Использование в магнитошумовом преобразователе в виде отдельных элементов магнитопровода и двух источников тока можно отнести к общим недостаткам,присущим другим магнитошумовым преобразователям подобного типа, что не позволяет минимизировать габариты магнитошумового преобразователя и упростить его конструкцию. В предлагаемой полезной модели решается задача расширения функциональных возможностей магнитошумовых преобразователей при исследовании физико-механических характеристик ферромагнитных материалов и изделий, повышаются достоверность испытаний, производительность, снижается энергозатратность и упрощается конструкция. Сущность предлагаемого автономного магнитошумового преобразователя для контроля физико-механических характеристик ферромагнитных образцов заключается в том,что он содержит магнитопровод, конструктивно состоящий из соединенных между собой ферромагнитной перемычкой двух элементов, выполняющих роль полюсов намагничивания в виде ферромагнитных стаканов от источников постоянного тока (корпусов сухих элементов питания) пальчикового типа, две намагничивающие обмотки, расположенные на обоих полюсах магнитопровода, измерительную обмотку, расположенную между полюсами магнитопровода, инвертор, подключенный к выходу источника постоянного тока 2 58672009.12.30 и соединенный с намагничивающими обмотками магнитопровода, электронный измерительный блок и испытуемый образец. Основной особенностью автономного малогабаритного магнитошумового преобразователя является то, что для снижения размеров преобразователя, энергопотребления, а также автономности его работы, повышения достоверности и производительности контроля в качестве магнитопровода используются два ферромагнитных стакана от источников постоянного тока, которые одновременно являются источниками постоянного тока для питания намагничивающей обмотки и измерительной электронной схемы. Применение такой схемы автономного магнитошумового преобразователя позволяет создать малогабаритный магнитошумовой преобразователь с автономным питанием, значительно расширить функциональные возможности магнитошумовых преобразователей подобного типа за счет миниатюризации, автономности, повышения производительности контроля, экономичности, упрощения конструкции, что в итоге приведет к повышению достоверности неразрушающего контроля физикомеханических свойств малогабаритных образцов и изделий. На фигуре представлена схема автономного магнитошумового преобразователя. Автономный магнитошумовой преобразователь состоит из магнитопровода 1, конструктивно состоящего из соединенных между собой двух ферромагнитных элементов в виде ферромагнитных стаканов источников постоянного тока пальчикового типа, с помощью ферромагнитной перемычки 2, двух намагничивающих обмоток 3, расположенных на обоих полюсах магнитопровода 1, измерительной обмотки 4, расположенной между полюсами двухполюсного магнитопровода 1 с намагничивающими обмотками 3,инвертора 5, электронного измерительного блока 6 и испытуемого образца 7. Автономный магнитошумовой преобразователь работает следующим образом. Для создания на поверхности испытуемого ферромагнитного образца 7 переменного магнитного поля используется составной магнитопровод 1 с ферромагнитной перемычкой 2. В качестве составного магнитопровода 1 используются два жестко соединенных между собой ферромагнитных стакана от источников постоянного тока (сухих химических элементов питания напряжением 1,5 В) пальчикового типа, изготовленных из магнитомягкого железа. Причем более эффективным является такое расположение ферромагнитных стаканов, когда их дно (со знаком -) устанавливается на поверхность образца 7 (см. фигуру). Здесь два ферромагнитных стакана от источника постоянного тока преобразователя являются не только магнитопроводом 1 преобразователя, но одновременно и источником постоянного тока для питания инвертора 5 и электронного измерительного блока 6. Чтобы создать поток скачков намагниченности в испытуемом образце 7, к источнику постоянного тока 1 подключен инвертор 5, предназначенный для преобразования постоянного тока в переменный, необходимый для создания в намагничивающих обмотках 3, расположенных на магнитопроводе 1, магнитного поля. Схема соединения двух источников постоянного тока, ферромагнитные стаканы которых одновременно выполняют функции магнитопровода 1, зависит от типа и исполнения используемого инвертора 5 или схемы преобразования (если она выполнена на дискретных элементах). Кроме того, использование маломощного низковольтного инвертора 5 позволяет исключить трансформаторную схему повышения напряжения намагничивающей обмотки питания магнитопровода, тем самым существенно снизив габариты преобразователя и упростив его конструкцию. Так,при последовательном соединении двух источников постоянного тока напряжением каждый 1,5 В общее напряжение питания будет равно 3 В, при этом их емкость (в А/ час) будет равна емкости одного источника питания. При параллельном соединении источников тока общее напряжение питания будет равно 1,5 В при увеличенной в два раза емкости,которая определяет длительность работы преобразователя от батареи без ее смены или перезарядки в случае использования аккумулятора. Эксперименты и расчеты показали,что, например, при числе витков намагничивающей обмотки каждого магнитопровода 1,равном 500 при последовательной схеме соединения обоих источников постоянного 3 58672009.12.30 тока, длительность непрерывной работы автономного магнитошумового преобразователя составляет примерно 15 часов. На практике в качестве источника постоянного тока пальчикового типа можно также использовать перезаряжаемую аккумуляторную батарею такого же размера или набор соединенных и установленных друг на друга в виде пенала дисковых источников постоянного тока. Для смены источника постоянного тока достаточно его вынуть из расположенной на магнитопроводе 1 намагничивающей обмотки 3 и установить свежий источник постоянного тока или произвести подзарядку аккумуляторной батареи в случае ее использования вместо сухого источника постоянного тока. Поток скачков намагниченности (скачков Баркгаузена или магнитный шум) в автономном магнитошумовом преобразователе регистрируется с помощью расположенной на поверхности образца 7 измерительной обмотки 4, витки которой расположены параллельно плоскости образца 7 в межполюсном пространстве между ферромагнитными стаканами источника постоянного тока магнитопровода 1, анализируется и обрабатывается измерительным электронным блоком 6. Использование такой схемы автономного магнитошумового преобразователя позволяет обойтись без специально изготавливаемого магнитопровода, который имеет значительный объем и занимает немалую площадь. Кроме того, изготовление специального магнитопровода, используемого в стандартных магнитошумовых преобразователях, требует значительных временных затрат и является трудоемким процессом. Для обеспечения замкнутой магнитной цепи, состоящей из магнитопровода и испытуемого участка образца, расположенного между полюсами магнитопровода, служит ферромагнитная перемычка. Одновременное использование стандартного источника постоянного тока в виде химического элемента питания для создания магнитного поля в образце, по сути питающего намагничивающую обмотку магнитопровода преобразователя, инвертор и измерительный электронный блок, позволяет расширить функциональные возможности магнитошумового преобразователя за счет снижения размеров (миниатюризации), энергозатратности, упрощения конструкции, автономности, а также увеличить достоверность и производительность неразрушающего контроля структурно-напряженного состояния ферромагнитных материалов и изделий. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4