Устройство для импульсного магнитного контроля механических свойств листового проката сталей в потоке производства

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА СТАЛЕЙ В ПОТОКЕ ПРОИЗВОДСТВА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Матюк Владимир Федорович Делендик Михаил Николаевич Осипов Александр Александрович Пинчуков Дмитрий Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для импульсного магнитного контроля механических свойств движущегося листового проката, содержащее два преобразователя, каждый из которых включает в себя намагничивающий соленоид, феррозонд-градиентометр и компенсационную катушку, генератор импульсов тока, соединенный с последовательно-встречно включенными намагничивающими соленоидами, и измерительный блок, включающий два интегратора,выходы которых соединены с возбуждающей обмоткой соответствующего феррозондаградиентометра, индикатор, усилитель мощности, источник тока и блок питания, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит две первые цепочки, состоящие из первого усилителя, полосового фильтра, второго усилителя и синхронного детектора, причем 35362007.04.30 вход каждой из цепочек соединен с выходом феррозонда-градиентометра, а выход - с компенсационной катушкой соответствующего преобразователя, две вторые цепочки, состоящие из последовательно соединенных фильтра и усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, вход каждой из которых соединен с выходом соответствующей компенсационной катушки, а выход - соответственно с первым и вторым входами микроконтроллера, третий вход которого соединен с блоком ввода информации, а четвертый - с переключателем, выходы микроконтроллера соединены соответственно с управляющими входами усилителей с изменяемым коэффициентом усиления, индикатором, цифроаналоговым преобразователем, электронным ключом, переключателем и через усилительограничитель с интеграторами, а выход цифроаналогового преобразователя через электронный ключ и усилитель мощности соединен с источником тока.(56) 1. Мельгуй М.А., Матюк В.Ф., Востриков А.А. Устройство для электромагнитного контроля механических свойств движущихся ферромагнитных материалов в форме протяженных прутков, лент и профильного проката. А.с. 587776 // БИ. - 1989. -30. - С. 297. 2. Мельгуй М.А., Матюк В.Ф., Линник И.И., Цукерман В.Л. Устройство для измерения параметров движущихся ферромагнитных изделий. А.с. 1022085 // БИ. - 1987.10. - С. 297. 3. Матюк В.Ф., Осипов А.А. Импульсный магнитный метод контроля отдельно движущихся листов в технологическом потоке производства // Дефектоскопия. - 1995. -6. С. 56-62. Полезная модель относится к неразрушающему контролю материалов и изделий и, в частности, может быть использована в металлургической промышленности как для контроля постоянства технологии производства листового проката сталей, так и для определения его механических свойств в потоке производства на конечной стадии изготовления. Известно устройство 1 для электромагнитного контроля механических свойств движущихся ферромагнитных материалов, содержащее два намагничивающих и два магниточувствительных элемента, расположенных в одной плоскости по продольной оси устройства, и регистратор, к которому подключены магниточувствительные элементы, по показаниям регистратора судят о механических свойствах контролируемого листа. Недостатком известного устройства является отсутствие автоматического переключения поддиапазонов измерения в процессе контроля. Известно также устройство для измерения параметров движущихся ферромагнитных изделий 2, содержащее два намагничивающих соленоида, два магниточувствительных элемента, генератор импульсов тока, связанный с намагничивающими соленоидами, регистратор, два пиковых детектора, два блока памяти, блок измерения среднего геометрического сигналов, тактовый генератор, выход которого соединен с генератором импульсов тока и управляющими входами блока памяти, выходы магниточувствительных элементов через соответствующие пиковые детекторы и блоки памяти соединены со входами блока измерения среднего геометрического сигналов, выход которого подключен к регистратору, а установочные входы пиковых детекторов связаны с генератором импульсов тока. Недостатком известного устройства является отсутствие автоматического переключения поддиапазонов измерения в процессе контроля. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для измерения параметров движущихся ферромагнитных изделий 3, содержащее первый преобразователь, включающий в себя намагничивающий соленоид, феррозонд-градиентометр, компенсационную и излучающую катушки, второй преобразователь,включающий в себя намагничивающий соленоид, феррозонд-градиентометр, компенсаци 2 35362007.04.30 онную и приемную катушки, блок генератора, состоящий из источника питания генератора, тактового генератора, соединенного с излучающей и приемной катушками, и генератора импульсов тока, выход которого соединен с последовательно-встречно включенными намагничивающими соленоидами, и измерительный блок, состоящий из генератора возбуждения феррозондов, соединенного с возбуждающей обмоткой каждого из феррозондов-градиентометров, двух цепочек, состоящих из усилительно-детекторного блока, вход которого соединен с выходом соответствующего феррозонда-градиентометра, и интегратора, выход которого соединен с соответствующей компенсирующей катушкой, двух цепочек, состоящих из делителя, соединенного с соответствующей компенсирующей катушкой, пикового детектора и устройства выборки-хранения, выход которого соединен с соответствующими входами блока среднего геометрического и блока среднего арифметического, соединенных через переключатель и аналого-цифровой преобразователь с блоком хранения результатов измерения, преобразователем кода и с блоком индикации, цепочки, состоящей из формирователя импульсов сброса-перезаписи, вход которого подсоединен к усилительно-детекторным блокам, а выходы - к блоку текущего поддиапазона, соединенного через блок хранения поддиапазона с блоком временного хранения поддиапазона и с делителями, усилителя мощности, блока сигнализации, источника тока и блока питания. Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерений в момент автоматического переключения поддиапазонов измерения. Задачей настоящей полезней модели является повышение точности измерений в момент автоматического переключения поддиапазонов измерения в процессе контроля листового проката, свойства которого значительно изменяются вдоль рулона. Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что она содержит два преобразователя, каждый из которых включает в себя намагничивающий соленоид, феррозонд-градиентометр и компенсационную катушку, генератор импульсов тока, соединенный с последовательно-встречно включенными намагничивающими соленоидами, и измерительный блок, включающий два интегратора, выходы которых соединены с возбуждающей обмоткой соответствующего феррозонда-градиентометра, индикатор, усилитель мощности, источник тока, блок питания, две первые цепочки, состоящие из первого усилителя, полосового фильтра, второго усилителя и синхронного детектора, причем вход каждой из цепочек соединен с выходом феррозонда-градиентометра, а выход - с компенсационной катушкой соответствующего преобразователя, две вторые цепочки, состоящие из последовательно соединенных фильтра и усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, вход каждой из которых соединен с выходом соответствующей компенсационной катушки, а выход соответственно с первым и вторым входами микроконтроллера, третий вход которого соединен с блоком ввода информации, а четвертый - с переключателем,выходы микроконтроллера соединены соответственно с управляющими входами усилителей с изменяемым коэффициентом усиления, индикатором, цифроаналоговым преобразователем, электронным ключом, переключателем и через усилитель-ограничитель с интеграторами, а выход цифроаналогового преобразователя через электронный ключ и усилитель мощности соединен с источником тока. В отличие от известного устройства в предлагаемой полезной модели дополнительно введены две первые цепочки, состоящие из первого усилителя, полосового фильтра, второго усилителя и синхронного детектора, причем вход каждой из цепочек соединен с выходом феррозонда-градиентометра, а выход - с компенсационной катушкой соответствующего преобразователя, две вторые цепочки, состоящие из последовательно соединенных фильтра и усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, вход каждой из которых соединен с выходом соответствующей компенсационной катушки, а выход соответственно с первым и вторым входами микроконтроллера, третий вход которого соединен с блоком ввода информации, а его четвертый - с переключателем, выходы микрокон 3 35362007.04.30 троллера соединены соответственно с управляющими входами усилителей с изменяемым коэффициентом усиления, индикатором, цифроаналоговым преобразователем, электронным ключом, переключателем и через усилитель-ограничитель с интеграторами, а выход цифроаналогового преобразователя через электронный ключ и усилитель мощности соединен с источником тока, что позволило повысить точность измерений в момент автоматического переключения поддиапазонов измерения в процессе контроля листового проката, свойства которого значительно изменяются вдоль рулона. На фигуре представлена функциональная схема предлагаемой полезной модели. Устройство для импульсного магнитного контроля механических свойств листового проката сталей в потоке содержит два преобразователя ( и ), включающих в себя намагничивающий соленоид 1 (2), феррозонд-градиентометр 3 (4) и компенсационную катушку 5 (6) каждый, генератор 7 импульсов тока, соединенный с последовательно-встречно включенными намагничивающими соленоидами 1 и 2, и измерительный блок, включающий два интегратора 8 и 9, входы которых соединены с выходом усилителя-ограничителя 10, а выходы - с возбуждающей обмоткой соответствующего феррозонда-градиентометра(3 и 4), две первые цепочки, состоящие из первого усилителя 11 (12), полосового фильтра 13 (14), второго усилителя 15 (16) и синхронного детектора 17 (18), причем вход каждой из цепочек соединен с выходом феррозонда-градиентометра 3 (4), а выход - с компенсационной катушкой 5 (6) преобразователя, две вторые цепочки, состоящие из последовательно соединенных фильтра 19 (20) и усилителя 21 (22) с изменяемым коэффициентом усиления, вход каждой из которых соединен с выходом соответствующей компенсационной катушки 5 (6), а выход соответственно с первым и вторым входами микроконтроллера 23, третий вход которого соединен с блоком 24 ввода информации, а четвертый - с переключателем 25, выходы микроконтроллера 23 соединены соответственно с управляющими входами усилителей 21 (22) с изменяемым коэффициентом усиления,индикатором 26, цифроаналоговым преобразователем 27 и электронным ключом 28, выход цифроаналогового преобразователя 27 через электронный ключ 28 и усилитель 29 мощности соединен с источником 30 тока, питание измерительного блока осуществляется от блока 31 питания. Работает устройство следующим образом. При включении устройства генератор 7 импульсов тока формирует импульсы тока,которые, проходя через намагничивающие соленоиды 1 и 2, намагничивают с заданной частотой локальные участки движущегося листа (на фигуре не показан). Микроконтроллер 23 формирует однополярные прямоугольные импульсы в форме меандра (скважность равна 2). Эти импульсы преобразуются усилителем-ограничителем 10 в двухполярные импульсы, которые поступают на интеграторы 8 и 9. В процессе интегрирования на выходе каждого из интеграторов формируется двухполярный сигнал треугольной формы, который подается на обмотку возбуждения феррозонда-градиентометра 3 и феррозондаградиентометра 4. Сигналы, снимаемые с каждого из феррозондов-градиентометров, обрабатываются по отдельным каналам. Сигнал с феррозонда-градиентометра 3 (феррозонда-градиентометра 4) подается через усилитель 11 (12) на полосовой фильтр 13 (14), где из него выделяется вторая гармоническая составляющая, пропорциональная градиенту напряженности поля намагниченного участка листа. После усилителя 15 (16) вторая гармоника поступает на синхронный детектор 17 (18),где происходит ее детектирование. Импульсы коммутации синхронных детекторов 17 (18) формируются микроконтроллером 23, их частота равна частоте детектируемого сигнала, а фаза регулируется при настройке для совпадения фазы детектируемого и коммутирующего сигналов с целью получения максимального сигнала на выходе синхронного детектора. На время прохождения импульса тока через намагничивающие катушки коммутация синхронного детектора блокируется микроконтроллером 23. 4 35362007.04.30 Проинтегрированный сигнал пропорционален второй гармонической составляющей сигнала, снимаемого с феррозонда-градиентометра, а следовательно, и величине воздействующего на него магнитного поля (градиенту его нормальной составляющей). Он поступает на компенсационную катушку 5 (6) в такой полярности, чтобы создаваемое этой катушкой магнитное поле имело направление, противоположное направлению измеряемого магнитного поля, то есть осуществляется отрицательная обратная связь по градиенту нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности. Так как коэффициент усиления цепи, состоящей из усилителя 11 (12), полосового фильтра 13 (14),усилителя 15 (16) и синхронного детектора 17 (18) велик (не менее 104), то поле компенсационной катушки 5 (6) отслеживает изменение измеряемого поля и полностью компенсирует его. При этом величина тока через компенсационную катушку 5 (6) пропорциональна величине градиента нормальной составляющей напряженности поля остаточной намагниченности, воздействующего на феррозонд. Сигнал, пропорциональный току, через компенсационную катушку 5 (6), через фильтр 19 (20) и усилитель 21 (22) с изменяемым коэффициентом усиления поступает на вход соответствующего аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 23 и измеряется. Максимумы сигналов по каждому из каналов фиксируются микроконтроллером 23 на время между следованием соседних намагничивающих импульсов. Микроконтроллер 23 определяет среднее арифметическое или среднее геометрическое измеренных сигналов. Выбор алгоритма обработки осуществляется с помощью клавиатуры блока 24 ввода информации по табло индикатора 26. Результаты вычислений выводятся на индикатор 26 и через цифроаналоговый преобразователь 27 и электронный ключ 28 поступают на усилитель мощности 29, с выхода которого усиленный сигнал через источник тока 30 может подключаться к внешнему измерителю тока. Поддержание одного из требуемых поддиапазонов измерения осуществляется микроконтроллером за счет установления требуемого коэффициента усиления усилителей 19(20) с изменяемым коэффициентом усиления. Автоматическое переключение поддиапазона измерения осуществляется следующим образом. Микропроцессор 23 отслеживает величину измеряемого сигнала и при превышении им заданного уровня формирует на управляющем входе усилителя 21 (22) с изменяемым коэффициентом усиления сигнал,который уменьшает коэффициент усиления последнего. Если измеряемый сигнал становится меньше заданного уровня, то микропроцессор 23 увеличивает коэффициент усиления усилителя 21 (22) с изменяемым коэффициентом усиления. Работа измерительного блока синхронизируется внешними импульсами от генератора 7 импульсов тока или иного внешнего устройства, которые поступают на микроконтроллер через переключатель 25. Блок 31 питания стабилизирует необходимые для работы измерительного блока уровни напряжения. Эффективность предлагаемой модели обусловлена тем, что за счет введения усилителей с изменяемым коэффициентом усиления и отслеживания уровня измеряемого сигнала микропроцессором отсутствуют скачки измеряемого сигнала, вызванные переключением интегрирующих цепочек электронными ключами, как это выполнено у прототипа, что повышает точность измерений листового проката с резкой неоднородностью свойств вдоль рулона. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5