Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6484
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
G 01N 27/72
G 01N 27/90
(54) МАГНИТОШУМОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ С КРИВОЛИНЕЙНОЙ И
НЕРОВНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
(21) Номер заявки: u 20100082
(22) 2010.01.28
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт при-
кладной физики Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Автор: Бусько Валерий Николаевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт при-
кладной физики Национальной акаде-
мии наук Беларуси" (BY)
(57)
Магнитошумовой преобразователь для контроля ферромагнитных изделий с криволи-
нейной и неровной поверхностью, содержащий П-образный магнитопровод, намагничи-
вающую катушку, измерительную катушку, источник переменного тока, блок измерений
и анализа сигнала, отличающийся тем, что в нижней части полюсов магнитопровода вы-
полнены отверстия, в которых расположены игольчатые ферромагнитные стержни, пере-
мещающиеся вертикально и независимо относительно друг друга с помощью витых
пружин.
(56)
1. Гришаков С.В., Ковалев А.И. Оценка напряжений и повреждений в ферромагнит-
ных материалах методом магнитных шумов. - Киев: Наукова думка, 1991. - С. 168.
2. А.с. СССР 634188, МПК G 01N 27/86. Преобразователь для магнитошумовой струк-
туроскопии / В.М. Васильев // Бюл. "Открытия, изобретения...".-1978. - № 43.
3. А.с. СССР 934353, МПК G 01N 27/90. Способ магнитошумовой структуроскопии /
В.Л. Венгринович, В.Н. Бусько, В.Л. Цукерман // Бюл. "Открытия, изобретения...".-1982. -
№ 21.
Полезная модель относится к области неразрушающего контроля (НК) ферромагнит-
ных изделий, металлов и сплавов и может быть использована для контроля и диагностики
их структурно-напряженного и физико-механического состояния.
BY6484U2010.08.30

2. BY 6484 U 2010.08.30
2
Наиболее распространенная классическая схема магнитошумового преобразователя,
предназначенного для структуроскопии и контроля физико-механического состояния
ферромагнитных материалов и изделий, содержит П-образный массивный магнитопровод
для создания в исследуемом изделии магнитного поля, обхватывающую его намагничи-
вающую обмотку и индикаторную катушку накладного типа, которая расположена между
полюсами магнитопровода и плотно прилегает к поверхности изделия, плоскость распо-
ложения витков которой параллельна плоскости расположения полюсов магнитопровода,
источник переменного тока [1, 2]. Недостатком конструкции таких преобразователей яв-
ляется невысокая достоверность контроля изделий и образцов из ферромагнитных мате-
риалов, имеющих в контролируемой области неровности и шероховатости поверхности в
виде окалины, следов коррозии, раковин, рытвин, наплывов, шлаковых включений, в чу-
гунах после литья и т.д., а также криволинейные поверхности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели являет-
ся магнитошумовой преобразователь [3], который содержит П-образный магнитопровод,
возбуждающую обмотку, расположенную на центральной части магнитопровода, к входу
которой подключен генератор переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой
для питания возбуждающей катушки для создания в образце магнитного поля, измери-
тельную катушку, расположенную между полюсами магнитопровода, электронный блок
измерений и анализа сигнала, содержащий полосовой усилитель, полосовой фильтр, ин-
дикатор, нуль-индикатор, ключ. Недостатком данного магнитошумового преобразователя
является то, что оба полюса П-образного магнитопровода не обеспечивают его плотного
прилегания к криволинейной и неровной поверхности испытуемого изделия, поэтому
магнитный контакт между магнитопроводом и металлом изделия будет ослаблен, в ре-
зультате чего сигнал от измерительной катушки будет искажен и достоверность контроля
будет снижена.
В предлагаемой полезной модели решается задача повышения достоверности нераз-
рушающего контроля и расширения функциональных возможностей магнитошумовых
преобразователей при исследовании физико-механических характеристик ферромагнит-
ных материалов и изделий, на контролируемой поверхности которых имеются различного
рода неровности, влияющие на неопределенность последующих измерений. Сущность
предлагаемого магнитошумового преобразователя для контроля ферромагнитных изделий
с криволинейной и неровной поверхностью состоит в том, что он содержит П-образный
магнитопровод, в нижней части обоих полюсов которого сделаны специальные отверстия,
в которых дополнительно устанавливаются игольчатые ферромагнитные стержни с воз-
можностью их вертикального перемещения за счет установленных в отверстиях витых
пружин. Благодаря независимому друг от друга перемещению ферромагнитных стержней
в отверстиях достигается их плотное прилегание к неровностям поверхности испытуемого
изделия. Преобразователь также содержит намагничивающую катушку, расположенную
на центральной части магнитопровода, измерительную катушку, симметрично располо-
женную между полюсами магнитопровода, источник переменного тока для создания в
намагничивающей катушке магнитного поля, электронный блок измерений и анализа сиг-
нала и испытуемое изделие. Основной особенностью магнитошумового преобразователя
является то, что для повышения достоверности контроля и расширения его функциональ-
ных возможностей в качестве полюсов магнитопровода используются независимые друг
от друга дополнительные игольчатые ферромагнитные стержни, являющиеся, по сути,
продолжением полюсов магнитопровода, позволяющие максимально намагничивать не-
ровные поверхности контролируемого изделия. Применение вместо плоских полюсов
магнитопровода ферромагнитных стержней игольчатого типа, расположенных вертикаль-
но в прилегающей к поверхности изделия нижней части обоих полюсов магнитопровода,
обеспечивает максимальный магнитный контакт между неровностями поверхности изде-
лия и полюсами магнитопровода магнитошумового преобразователя, что приводит к по-

3. BY 6484 U 2010.08.30
3
вышению магнитного поля в контролируемой зоне поверхности испытуемого изделия за
счет оптимизации магнитного контакта в точке прилегания каждого ферромагнитного
стержня в отдельности к поверхности изделия и позволяет значительно повысить локаль-
ность измерений, что приводит к расширению возможности использования магнитошумо-
вых преобразователей. Применение такой схемы магнитошумового преобразователя
позволяет создать эффективный малогабаритный магнитошумовой преобразователь для
неразрушающего контроля сложной поверхности ферромагнитных изделий в виде неров-
ностей, со следами шлаков, окалины, наплывов, раковин, вмятин и т.д., а также криволи-
нейных поверхностей. Указанный эффект приводит к повышению производительности
контроля, а также к снижению электропотребления и габаритов преобразователя за счет
снижения сечения обоих полюсов магнитопровода.
На фигуре представлена функциональная схема предлагаемого магнитошумового пре-
образователя.
Магнитошумовой преобразователь для контроля ферромагнитных изделий с криволи-
нейной и неровной поверхностью состоит из П-образного магнитопровода 1 с двумя при-
ставными полюсами, в нижней части которых сделаны отверстия 2 с установленными в
них и работающими на сжатие витыми пружинами 3, игольчатых ферромагнитных стерж-
ней 4, перемещающихся в отверстиях 2 за счет установленных в них пружин 3, охватыва-
ющей центральную часть магнитопровода 1 намагничивающей катушки 5, расположенной
между полюсами магнитопровода 1, жестко соединенной с магнитопроводом 1 измери-
тельной катушкой 6, которая может перемещаться благодаря установленной над ней пру-
жине, источника питания переменного тока 7 для создания в намагничивающей катушке 5
магнитного поля, блока измерений и анализа сигнала 8 и испытуемого изделия 9.
Магнитошумовой преобразователь работает следующим образом.
Для создания в неровной поверхности испытуемого изделия 9 переменного магнитно-
го поля с помощью намагничивающей катушки 5, питаемой источником питания пере-
менного тока 7, используется двухполюсный магнитопровод 1. В нижней части обоих
полюсов магнитопровода 1, примыкающих к поверхности изделия 9, сделаны специаль-
ные отверстия 2 с установленными в них витыми пружинами 3, изготовленными из фер-
ромагнитного материала. Допускается использовать в качестве материала пружины
неферромагнитный материал в виде меди, резины, поролона и т.д., однако в этом случае
значение суммарного магнитного потока в исследуемой зоне изделия 9 может быть не-
сколько ниже оптимального. Глубина отверстий 2 и их форма могут быть различными и
зависят от размеров, формы и количества игольчатых ферромагнитных стержней 4, кото-
рые устанавливаются в отверстия 2, а также размеров полюсов магнитопровода 1. Глубина
отверстий 2 определяет длину хода игольчатых ферромагнитных стержней 4 в отверстиях
2 и позволяет вертикально перемещаться в них игольчатым ферромагнитным стержням 4,
обеспечивая тем самым их более плотное прилегание к неровностям поверхности изделия
9. Для обеспечения оптимального магнитного контакта игольчатых ферромагнитных
стержней 4 с магнитопроводом 1 и с поверхностью изделия 9 они должны плотно входить
в отверстия 2 с установленными в них пружинами 3. Чтобы ферромагнитные игольчатые
стержни 4 удерживались в отверстиях, их жестко соединяют с одним из концов витой
пружины 3, второй конец которой закреплен в отверстии 2 магнитопровода 1. В качестве
игольчатых ферромагнитных стержней 4, являющихся по своей сути продолжением маг-
нитопровода 1, необходимо использовать ферромагнитный материал с высокой магнитной
проницаемостью µ, например промышленные стержни из магнитомягкого феррита. В не-
ровной поверхности изделия 9 с помощью создаваемого в полюсах магнитопровода 1 и
игольчатых ферромагнитных стержней 4 с помощью питаемой от источника переменного
тока 7 намагничивающей катушки 5 создается магнитное поле рассеяния. Возникающие в
результате этого в поверхности изделия 9 скачки намагниченности (магнитный шум) ре-
гистрируются измерительной катушкой 6, расположенной симметрично относительно

4. BY 6484 U 2010.08.30
4
обоих полюсов магнитопровода 1 с возможностью ее перемещения в направлении "вверх-
вниз" за счет установленной над ней пружины. При этом плоскость расположения витков
измерительной катушки 6 параллельна плоскости поверхности изделия 9. Регистрируемый
измерительной катушкой 6 сигнал поступает в блок измерений и анализа сигнала 8, с по-
мощью которого судят о результатах контроля. При использовании магнитошумового
преобразователя для неразрушающего контроля испытуемых изделий 9 с криволинейной
и неровной поверхностью обеспечивается максимальное и равномерное прилегание обоих
полюсов магнитопровода 1 за счет установленных в них игольчатых ферромагнитных
стержней 4. При контроле испытуемого изделия 9 с ровной поверхностью преобразова-
тель работает как обычный классический магнитошумовой преобразователь.
Использование магнитошумового преобразователя на практике повысит достовер-
ность неразрушающего контроля ферромагнитных изделий, имеющих контролируемую
криволинейную и неровную поверхность в виде окалины, шероховатостей, раковин,
наплывов, вмятин, следов коррозии, в чугунах после литья и др. дефектов поверхности, а
также расширить функциональные возможности магнитошумовых преобразователей за
счет расширения областей применения, снизить габариты преобразователей и повысить
производительность неразрушающего контроля.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.