CC BY
7
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 194 1972
ВЛИЯНИЕ УПРУГИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗЦЕ НА ВЕЛИЧИНУ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ПОЛЯ ПРИ СУПЕРПОЗИЦИИ ДВУХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПОЛЕЙ РАЗНЫХ ЧАСТОТ И АМПЛИТУД
А. М. ГРУЗНОВ, Б. Б. ВИНОКУРОВ, И. Г. ЛЕЩЕНКО
(Представлена II научно-технической конференцией факультета автоматики
и вычислительной техники)
Если на ферромагнитный образец, находящийся в очень слабом высокочастотном поле (рис. 1), в отношении которого образец можно рассматривать как линейный элемент, воздействовать низкочастотным полем с амплитудой, достаточной для модуляции проницаемости образца, то в измерительной катушке появляется сложный спектр эдс вида П(о + т£2, где со — частота высокочастотного поля, £2 — частота низкочастотного поля, т и п — целые числа, изменяющиеся от
О ДО оо [1].
Как показали наши эксперименты, огибающая сигнала в измерительной катушке, изменяющегося с частотой 2 со, и огибающая сигнала магнитных шумов на частоте 2о>, возникающих при воздействии на образец только низкочастотного поля, совпадают по форме и во времени для любых значений низкочастотного поля. Как сигнал второй гармоники, так и сигнал шумов просматривались в полосе частот 10 кгц.
Известно, что интенсивность шумов в сильной степени изменяется, если создать в образце искусственную анизотропию, которая зависит от упругих напряжений [2].
Ферстер и Ветцель, исследуя зависимость скачков Баркгаузена от деформации образца, обнаружили, что эта зависимость может быть очень сильной. Даже ничтожная деформация (осторожное прикосновение к образцу рукой) уже изменяет картину осциллограммы скачков.
Располагая сведениями о влиянии упругих напряжений на осциллограмму скачков Баркгаузена, снятую при квазистатическом перемагни-чивании, и данными наших экспериментов, показавших существование связи между эффектом Баркгаузена и сигналом второй гармоники, мы провели исследование влияния упругих напряжений на вторую гармонику.
Эксперименты были проведены на установке, показанной на рис. 1. В качестве образцов применялись проволоки из различных ферромагнитных материалов: рояльной стали, никеля, нихрома, пермаллоя и др. диаметром 0,4 мм и длиной (800 -г- 1 ООО) мм. Создание внутренних напряжений производилось растяжением проволоки при помощи приспособления типа «ворот». Величина растягивающего усилия фиксировалась по показаниям пружинного динамометра. Во всех экспериментах предел упругости не превосходился. Соотношение частот: 0/2 я = 50 г^, со/2 я = 200 кгц. Величина низкочастотного поля изменялась в широких пределах, величина высокочастотного поля не изменя-
лась. Средние значения второй гармоники определялись показаниями селективного вольтметра В6-1.
Как видно из рисунков 2, а, 2Д 2, в, отражающих результаты эксперимента, соответственно для проволок из рояльной стали, никеля и нихрома, относительное изменение среднего за период модуляции значения второй гармоники достоточно велико и может достигать в отдельных случаях 8&% и более.
Известно, что даже в отсутствие внешнего магнитного поля при воздействии на ферромагнетик упругих напряжений в нем происходят магнитные процессы. Упругая деформация вызывает перераспределение направлений намагниченности отдельных областей. Растяжение образцов из материалов с положительной магнитострикцией приводит к рос-
Г5-1Л
1 1
комлвм- сатор
с/-/д
В6Ч
ОИрзщ
Рис.
ту доменов, у которых направление намагниченности близко к направлению растяжения, так как это направление становится осью легкого намагничивания. Тогда в случае совпадения направления растяжения с направлением внешнего поля скачки Баркгаузена должны возрасти. Обратная картина должна наблюдаться при растяжении материала с отрицательной магнитострикцией [2]. В [3] мы находим подтверждение этого положения.
А как ведет себя вторая гармоника? Из рис. 2 видно, что для материалов с положительной магнитострикцией знак приращения эдс второй гармоники положительный (рис. 2, а, 2, в), а для материала с отрицательной магнитострикцией (рис. 2,6 для АН) знак приращения отрицательный.
Чувствительность и вид зависимости сигнала второй гармоники от упругих напряжений в значительной степени зависит от величины низкочастотного поля. Данная зависимость для проволок из нихрома и никеля носит, главным образом, гистерезисный характер, хотя при определенных значениях подмагничивающего поля гистерезис отсутствует. Для проволоки из рояльной стали линии нагружения и разгружения совпадают при любых значениях подмагничивающего поля 50 гц.
Полученные результаты позволяют оценить значения относительных чувствительностей предложенного метода. Принимая коэффициент тен-зочувствительности равным
* ¿/2„(д=0)' Дз
где — абсолютное изменение среднего значения эдс второй
гармоники;
и2т (а = 0) — значение эдс второй гармоники при нагрузке о = 0;
Аа — приращение механического напряжения, на прямолинейных участках зависимостей получаем значения: для чистого никеля = 0,31,2 %1н/мм2 соответственно для полей 15 и 90 э, для рояльной стали 5а — 0,1 Н/н/мм2.
Для сравнения приведем значение коэффициента тензочу ветви -тельности для магнитоупругих преобразователей, который выражается
Рис. 2
либо как 5 — —и для никеля имеет значения 5 = (100-^300), либо А///
как 5СТ — ^ ^ т которая при пересчете принимает значения 5^ = 0,05-^ а
н- 0,1Ь%[н\мм2. Для проволочных тензометров эти значения намного ниже.
Полученные результаты позволяют надеяться, что предлагаемый метод суперпозиции двух параллельных полей разных частот и амплитуд может быть положен в основу приборов или устройств для измерения упругих напряжений и деформаций в ферромагнитных образцах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Л. А. Бессонов. Нелинейные электрические цепи. «Высшая школа», 1964. 2 К. П. Белов. Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках. ГИТТЛ, М., 1957.
3. Н. Н. Колачевский. ФММ, II, вып. 2, 211—214, 1961.
4. А М. Туричин Электрические измерения неэлектрических величин. «Энергия»,. М.—Л., 1966.
