УДК 620.130-179
РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ОСТАТОЧНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
ПРИ ГИСТЕРЕЗИСНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
В.В. Павлюченко, Е.С. Дорошевич, В.Л. Пивоваров
Приведены расчетные формулы и графики распределений электрического напряжения U(t), снимаемого с преобразователя магнитного поля при сканировании им дискретного магнитного носителя с записями остаточных магнитных полей, полученных при воздействии на магнитный носитель одиночными импульсами магнитного поля разной полярности. Графики получены с помощью программного языка Delphi. Явление гистерезисной интерференции магнитного поля (HI), позволяющее повысить точность измерений, использовано для контроля объектов из электропроводящих и магнитных материалов.
Ключевые слова: напряженность магнитного поля, тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля, удельная электропроводность, магнитная проницаемость, магнитный носитель, индукционная магнитная головка.
Перечень условных обозначений:
о — удельная электропроводность;
^ — относительная магнитная проницаемость;
H — величина напряженности магнитного поля;
HZ — величина тангенциальной составляющей H;
Н — величина максимальной H ;
Zm V
Н — величина максимальной нормальной составляющей H;
nm г >
tmax — время нарастания импульса магнитного поля;
d — толщина объекта; МН — магнитный носитель;
МГ — магнитная головка;
ДДМП — дискретный датчик магнитного поля;
U — электрическое напряжение;
HI — гистерезисная интерференция магнитного поля.
Цель настоящей работы — развитие метода гистерезисной интерференции для контроля объектов из электропроводящих и магнитных материалов, повышающего точность определения их удельной электропроводности магнитной проницаемости однородности распределения о и толщины и параметров дефектов сплошности в них. При этом развитие указанного метода осуществляют путем использования численных расчетов с помощью программного языка Delphi.
Явление гистерезисной интерференции магнитного поля, заключающееся в возникновении упорядоченных максимумов и минимумов распределений остаточной намагниченности магнитного носителя в результате воздействия на него разнополярными импульсами магнитного поля, рассмотрено в [1—3]. Возможности селекции электропроводящих предметов по постоянной времени переходного процесса при воздействии на объект прямоугольным импульсом магнитного поля представлены в [4], где использован метод переходных процессов и рассчитан поток индукции через испытываемый объект.
Владимир Васильевич Павлюченко, зав. лабораторией кафедры "Физика" ФЭС Белорусского национального технического университета. Тел. (375) 296114059.
Елена Сергеевна Дорошевич, инженер I категории кафедры "Физика" ФЭС Белорусского национального технического университета. Тел. (375) 296175696. E-mail: es_doroshevich@mail.ru
Вадим Леонидович Пивоваров, инженер-программист сервисного центра Белорусского национального технического университета. Тел. (375) 297781437.
Распределение остаточной намагниченности МН зависит от его магнитных свойств, параметров импульсного магнитного поля и пространственного распределения Н и Нпт воздействующего поля. При этом на МН можно воздействовать как одним разнополярным импульсом, так и несколькими одиночными импульсами магнитного поля с чередующейся полярностью и убывающей амплитудой. В качестве источника первичного поля использовали линейный излучатель, а в качестве МН — преобразователи магнитного поля из разных типов магнитных лент.
Из МН изготавливали ДДМП, представляющие собой параллельные магнитные полосы равной ширины, укрепленные на гибкой диэлектрической немагнитной основе на одинаковом расстоянии друг от друга. Ввиду большой анизотропии магнитных свойств, используемых МН в плоскости МН и в перпендикулярном ей направлении, с помощью указанных ДДМП осуществляли запись тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля.
Сканирование ДДМП индукционной МГ осуществляли в направлении, перпендикулярном осям магнитных полос. Выход МГ был подключен к входу цифрового осциллографа, соединенного с монитором. В указанных экспериментах измеряли величину и, индуцированного МГ. Величину Н находили по градуировочным характеристикам ДДМП.
С помощью ДДМП можно определять абсолютную величину напряженности магнитного поля, которая пропорциональна амплитуде импульсов напряжения от краев полос ДДМП. Ширина магнитных полос, используемых ДДМП, равна 2х10-4 и ЗхЮ-4 м и может составлять несколько десятков атомных расстояний. ДДМП могут быть изготовлены из разных магнитных материалов, обладающих гистерезисными свойствами, например, из магнитооптической пленки или флюкс-детекторов, а считывание с них информации может быть осуществлено соответственно с помощью поляризованного или неполяризованного света.
При проведении измерений учитывали индивидуальные свойства ДДМП по всем их точкам.
Использование ДДМП позволяет удваивать величину измеряемого напряжения и за счет получения сигнала от обеих сторон магнитных полос и получать распределения электрического напряжения с автоматически устанавливаемым нулевым уровнем сигнала. Чувствительность ги-стерезисных преобразователей магнитного поля значительно выше, чем у аналогичных безгистерезисных преобразователей, вследствие большой крутизны начального участка обратной зависимости и(Н).
Задавая параметры последовательных импульсов и воздействуя ими на объекты, можно получать информацию о свойствах объектов по распределениям и в точках поверхности и выбранной линии замера х.
Измерения проведены на экспериментальной установке [3] в диапазоне напряженности магнитного поля 1х102—1х105 А/м при времени нарастания напряженности магнитного поля от 1х10-6 до 5х10-4 с.
Виды импульсов магнитного поля, создаваемые установкой: импульс длиной полволны; импульс длиной четверть волны — экспонента; импульс длиной полволны с одним обратным выбросом Н; импульс длиной полволны с несколькими обратными выбросами Н; линейно нарастающий импульс; трапециевидный импульс; импульс, состоящий из трех линейных участков с разными углами наклона, и другие виды импульсов.
Воздействуем на преобразователь магнитного поля импульсом магнитного поля линейного индуктора, расположенного параллельно плоскости преобразователя на расстоянии 6х10-3 м от его поверхности. Величину тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля
по линии, перпендикулярной оси индуктора, в направлении х рассчитываем по формуле
у = А/(х2 + 0,36), (1)
где введено обозначение у = Н Здесь х измеряется в см, а у — в А/см. График этой зависимости (1) при А = 360 показан на рис. 1.
х, см
Рис. 1. Зависимость величины тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля от расстояния х до проекции оси линейного излучателя.
При считывании информации с МН с помощью преобразователя магнитного поля получаем зависимость и на выходе преобразователя, соответствующую (1) в случае линейной зависимости величины и = и(Н) градуировоч-ной характеристики магнитного носителя. Уточняем, что речь идет об остаточной намагниченности магнитного носителя. В действительности зависимость и = и(Н) является нелинейной. Для используемого МН такая зависимость показана на рис. 2.
60
0 -----...............................................................................„..„
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Н, А/см
Зависимость и = и(Н) получена при намагничивании МН в прямом направлении. Для того чтобы провести расчеты остаточной намагниченности участков МН, подвергшихся воздействию указанного импульса магнитного поля линейного индуктора, разбиваем зависимость и = и(Н) на шесть линейных участков. Тогда для первого, начального, участка величина снимаемого с преобразователя магнитного поля напряжения равна нулю:
и1 = 0 в интервале напряженности магнитного поля 0 < у < 30, где у(Н) измеряется в А/см.
Для второго участка величину снимаемого с преобразователя магнитного поля напряжения определяем по формуле
и2 = 0,222 X (у - 30) в интервале напряженности 30 < у < 120.
Для третьего участка:
и3 = 20 + 0,25 X (у - 120); в интервале 120 < у < 200.
Для четвертого участка:
и4 = 40 + 0,1 X (у - 200); в интервале 200 <у < 300.
Для пятого участка:
и5 = 50 + 0,02 X (у - 300); в интервале 300 < у < 500.
Для шестого участка:
и6 = 54+ 0,006 X (у - 500); в интервале 500 <у < 1000.
Воздействуем на преобразователь магнитного поля вторым импульсом магнитного поля линейного индуктора в противоположном направлении и величиной напряженности, равной
у 1 = В/(х2 + 0,36). (2)
Здесь х измеряется в см, а у1 — в А/см. График этой зависимости (2) при В = -43 показан на рис. 1.
Для расчета распределения и = и(х), получающегося после воздействия на преобразователь магнитного поля вторым импульсом магнитного поля, используем экспериментальную зависимость и = и(Н), полученную при перемагничивании МН в противоположном направлении из состояний с разной остаточной намагниченностью, определяемой в соответствии с параметрами прямой зависимости. Одна из таких обратных зависимостей и = и(Н), состоящая из двух линейных участков, представлена на рис. 3. Точки перехода одной линейной зависимости в другую получены при у1 = -30 и величина и в этих точках составляет 0,8125 от достигнутой при намагничивании в прямом направлении величины и.
60
-120 -60 0 Н, А/см
Расчет зависимостей и = и(х), соответствующих отрезкам и2—и6 начальной зависимости и = и(Н) при у1 < -30 осуществляли с помощью следующих функций:
и6 = 54 + 0,006 X (у - 500); и19 = 0,8125 X и6;
и14 = и19 + (у 1 + 30) X (и19 + 20)/90; в интервале 0 < х < 0,6;
и6 = 54 + 0,006 X (у - 500); и19 = 0,8125 X и6; и14 = и19 + (у 1 + 30) X (и19
и5 = 50 + 0,02 X (у - 300); и18 = 0,8125 X и5; и13 = и18 + (у 1 + 30) X (и 18
и5 = 50 + 0,02 X (у - 300); и18 = 0,8125 X и5; и13 = и18 + (у 1 + 30) X (и 18 + 20)/90; в интервале - 0,917 < х < -0,6;
и4 = 40 + 0,1 X (у - 200); и17 = 0,8125 X и4; и12 = и17 + (у 1 + 30) X (и17
и4 = 40 + 0,1 X (у - 200); и17 = 0,8125 X и4; и12 = и17 + (у 1 + 30) X (и17
и3 = 20 + 0,25 X (у - 120); и16 = 0,8125 X и3; и11 = и16 + (у 1 + 30) X
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.