Электромагнитные методы
УДК 620.130 -179
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА ПРИ КОНТРОЛЕ ОБЪЕКТОВ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ В ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ
В.В. Павлюченко, Е.С. Дорошевич
Приведены распределения электрического напряжения и(Г), снимаемого с индукционной магнитной головки при сканировании ею дискретного магнитного носителя с записями остаточных магнитных полей, полученных при воздействии на магнитный носитель с контролируемым объектом импульсным магнитным полем с выбросами разной полярности. Возникновение упорядоченных распределений остаточных магнитных полей на магнитном носителе в результате последовательного воздействия на него импульсами магнитного поля названо гистерезисной интерференцией импульсного магнитного поля (Н1). Описаны схема экспериментальной установки для исследования распространения импульсных магнитных полей, а также способы контроля объектов из электропроводящих и магнитных материалов, повышающие точность определения их удельной электропроводности ст, магнитной проницаемости ц, однородности распределения ст и ц, толщины и параметров дефектов сплошности в них.
Ключевые слова: напряженность магнитного поля, тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля, удельная электропроводность, магнитная проницаемость, магнитный носитель, индукционная магнитная головка.
Перечень условных обозначений
ст — удельная электропроводность материала;
ц — относительная магнитная проницаемость;
Н — величина напряженности магнитного поля;
Нт — величина тангенциальной составляющей Н;
Н — величина максимальной Н ;
тт Т
^ — время нарастания импульса магнитного поля;
й — толщина объекта;
МН — магнитный носитель;
МГ — магнитная головка;
ДДМП — дискретный датчик магнитного поля;
Н1 — гистерезисная интерференция импульсного магнитного поля.
Цель настоящей работы — разработка способов контроля объектов из электропроводящих и магнитных материалов, повышающих точность определения их удельной электропроводности ст, магнитной проницаемости ц, однородности распределения ст и ц, толщины и параметров дефектов сплошности в них.
Воздействие на магнитный носитель, например, на магнитную ленту, переменным магнитным полем с медленно убывающей амплитудой напряженности приводит к размагничиванию МН. При достаточно быстром уменьшении амплитуды действующего магнитного поля возникает остаточная намагниченность МН. Распределение этой намагниченности зависит от параметров импульсного магнитного поля и от пространственного распределения тангенциальной Н и нормальной Н составляющих напряженности
тт пт 4 г
магнитного поля, приложенного к МН. Распределения напряженности магнитного поля источника импульсного магнитного поля вблизи поверхности металлических объектов представлены на рис. 1, где показан импульс тока 1 (штриховая кривая) в виде затухающей синусоиды, состоящей из трех по-
Владимир Васильевич Павлюченко, кафедра физики ФЭС, зав. лабораторией, БНТУ Тел. (017) 2939124, +375296114059. E-mail: vvpavljuchenko@bntu.by
Елена Сергеевна Дорошевич, инженер 1 категории кафедры физики ФЭС, БНТУ E-mail: es_doroshevich@mail.ru
лупериодов, а также совпадающий с ним (в соответствии с выбранным масштабом) импульс 1 напряженности магнитного поля Н в отсутствие объекта и импульс напряженности магнитного поля 2 вблизи поверхности объекта в результате воздействия на объект полем импульса тока 1 линейного индуктора.
На рис. 1 изображены также излучатель 3, по которому течет ток /, МН 4 с проекцией оси излучателя а, поверхность объекта 5 с обозначениями рас-
Н
И
-И
Н
Н,.
Н
-Н
£
Ф— 3
77777А ТТ7 777777777777Т%Т7?
-I
г0т
Т2 \
г1т
13
12
Рис. 1. Схематическое изображение перемагничивания датчика магнитного поля:
1 — импульс тока; 2 — импульс напряженности магнитного поля; 3 — излучатель; 4 — магнитный носитель; 5 — поверхность объекта; 6—11 — распределения максимальной напряженности магнитного поля вблизи поверхности объекта; 12 и 13 — распределения остаточной намагниченности магнитного носителя.
стояния от поверхности объекта до оси излучателя й и до МН к и показаны распределения напряженности магнитного поля на поверхности образца 6, 7 и 8 соответственно для первого, второго и третьего полупериодов импульса 2 в зависимости от расстояния х до проекции излучателя а, распределения 9, 10 и 11 соответственно для первого, второго и третьего полупериодов импульса 1. Здесь же показаны распределения остаточной намагниченности Jr МН 12 и 13 в результате воздействия на МН магнитными полями соответственно импульсов 2 и 1. На рис. 1 через обозначена остаточная намагниченность насыщения МН.
к
4
а
х
г
I
¿г
X.
Воздействуют на объект 5 с приложенным к нему МН 4 магнитным полем затухающего синусоидального импульса тока 1 линейного излучателя 3, расположенного параллельно поверхности объекта 5, создавая вблизи нее большую величину напряженности магнитного поля (кривая 2) по сравнению с напряженностью поля в отсутствие объекта (кривая 1).
В результате нескольких затухающих колебаний напряженности магнитного поля вблизи поверхности объекта с последовательно возникающими распределениями напряженности 6 — 8 на МН остается распределение остаточной намагниченности, соответствующее кривой 12, в данном случае с пятью максимумами разной полярности. Это распределение существенно отличается от распределения 13, полученного в отсутствие объекта на том же удалении МН от излучателя с зависимостями напряженности магнитного поля 9—11, соответствующими изменению напряженности магнитного поля 1. Так, нулевые максимумы (под осью излучателя) остаточных намагниченно-стей и 7г20т соответственно для кривых 1 и 2 имеют разные знаки и различаются вдвое по абсолютной величине.
Максимумы ^г1т и ^г1т, ^г2т и 32г2т также отличаются друг от друга.
Каждому материалу объекта соответствует свое распределение остаточной намагниченности МН. Точность определения свойств объекта значительно повышается за счет изменения по величине и знаку остаточных намагничен-ностей нулевого максимума, то есть расположенных на оси а (на рис. 1 они разного знака), и за счет появления дополнительной информации в виде других максимумов с разными расстояниями между ними.
Способ применен для контроля объектов из алюминия, меди, свинца и других металлов при толщине образцов (0,015—5,0) х 10-3 м и при изменении периодов синусоид от 8х10-5 с до 3х10-4 с. Наиболее точные результаты измерения получены при использовании магнитной ленты в качестве МН. Например, воздействовали на пластину из алюминия импульсом магнитного поля со следующими параметрами: период колебаний 8х10-5 с, и1т = 45 х 103 А/м, затухание за период 15х103 А/м. Коэрцитивная сила датчика по остаточной намагниченности 28х103 А/м. Пространственное расположение оси индуктора и МН относительно поверхности объекта: й = 4 х 10-3 м, к = 1,5 х 10-4 м. При измерении амплитуды напряжения с МГ без использования гистерезиса МН получено: в отсутствие объекта и = 45 х 103 А/м, а для пластины из алюминия толщиной 5 мм — и =
1т ' ^ 4 2т
= 80 х 103 А/м. Таким образом, получено увеличение электрического напряжения в 1,78 раза. Разработанным способом затухающих колебаний получено следующее распределение остаточных намагниченностей МН: в отсутствие объекта нулевой максимум 7г20т = 0,80^г, первый максимум 32Лт < 0,05Jsr, для
объекта из алюминия нулевой максимум J],0m = 0,037, первый максимум 7\1т = 0,50 7,, расстояние между первыми максимумами х = 2 х 10-2 м. Получено уменьшение остаточной намагниченности нулевого максимума в 27 раз (= 0,037^.; 720т = 0,807,). Получена также дополнительная информация о свойствах объекта: расстояние между максимумами х1т = 2 х 10-2 м и увеличение амплитуды первых максимумов в 10 раз (72г1т < 0,057^.;
= 0,50 ) по сравнению с измерениями в отсутствие объекта.
Способ позволяет повысить точность контроля в несколько раз за счет получения информации о свойствах объекта в виде распределений остаточной намагниченности с максимумами разной амплитуды и полярности и разными расстояниями между ними.
Для измерения величины Нтт из МН изготавливали ДДМП, представляющий собой набор параллельных полос равной ширины, укрепленных на
гибкой основе на одинаковом удалении друг от друга. На ДДМП проводили запись Нхт. Путем сканирования ДДМП магнитной головкой, подключенной к входу цифрового осциллографа, находили величину индуцированного МГ напряжения, по которой в соответствии с градуировочными характеристиками МН определяли величину Нхт. Воспроизведение индукционной МГ осуществляли в направлении, перпендикулярном осям полос. Расстояние между магнитными полосами равно их ширине.
При вырезании магнитных полос из сплошного МН никакого существенного изменения магнитных свойств МН не происходит, так как используемый МН состоит из высококоэрцитивных магнитных частиц микроскопического размера. Если при резке МН и возникают какие-либо изменения в его магнитных свойствах, то они учитываются при построении характеристик каждого конкретного ДДМП, то есть зависимостей величины считываемого с МГ электрического напряжения и от величины напряженности магнитного поля Н.
Существенное отличие градуировочных характеристик ДДМП от аналогичных зависимостей сплошного МН может возникать вследствие инерционных свойств воспроизводящей МГ. Чем больше постоянная времени МГ, тем меньше пики от краев магнитных полос ДДМП. Величина пиков электрического напряжения и от краев магнитных полос пропорциональна величине напряженности магнитного поля. Таким образом, с помощью ДДМП можно определять абсолютную величину напряженности магнитного поля. При этом ввиду очень большой анизотропии магнитных свойств МН, используемых авторами, в плоскости МН и в перпендикулярном ему направлении с помощью таких ДДМП находили величину тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля.
Ширина магнитных полос ДДМП, используемых в данной работе, составляет 2-10-4 м и 3-10-4 м. Минимальная ширина магнитных полос может составлять несколько десятков атомных расстояний и определяется размерами магнитных частиц и параметрами воспроиз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.