|
Рис.3.20. Вариант конструкции преобразователя, совмещенного с предварительным усилителем в одном корпусе: 1 преобразователь; 2 металлический корпус; 3 плата предусилителя; 4 разъём Таким образом, при емкости кабеля 100 пФ/м и при его длине 1 м из-за шунтирования полезного сигнала соотношение сигнал/шум на выходе предусилителя уменьшится примерно в два раза. Хотя полученные результаты относятся к описанному преобразователю, характер таких зависимостей существенно не изменится и при других размерах пьезоэлемента датчика, если их резонансные частоты близки к выбранной в эксперименте. Уменьшение соотношения сигнал/шум можно избежать, если совместить преобразователь с предварительным усилителем в одном корпусе, благодаря чему уменьшится также влияние электромагнитных наводок. Вариант конструкции датчика, совмещенного с предусилителем представлен на рис. 3.20 и использован в комплекте преобразователей прибора АФС-5. Правильный выбор режимов перемагничивания в первичном преобразователе позволяет обеспечить успешный результат контроля свойств ферромагнитных материалов по характеристикам МШ и МАШ. 96 |
В аппаратуре для измерения параметров акустической эмиссии датчик с предварительным усилителем соединяют обычно при помощи коаксиального кабеля длиной 1м и более. При этом, кроме неизбежного появления электромагнитных наводок, происходит шунтирование полезного сигнала преобразователя емкостью кабеля. Это становится особенно существенным при работе в диапазоне низких частот регистрации сигналов МАШ,так как при этом невелика собственная емкость пьезоэлемента преобразователя, невелика из-за сравнительно большой толщины пьезопластины. Экспериментально исследовано влияние емкости кабеля на соотношение сигнал/шум при регистрации МАШ резонансным преобразователем [120]. Активный элемент преобразователя представлял собой диск диаметром 12 мм и толщиной 10 мм, изготовленный из пьезокерамики ЦТС-19. Главный резонанс преобразователя лежал в области частот 120-130 кГц. Эксперимент заключался в измерении максимума огибающей среднеквадратичных значений сигналов МАШ при увеличении входной емкости предусилителя, совмещенного с преобразователем. Сигналы МАШ возбуждаются при перемагничивании пластины из никеля с помощью приставного электромагнита, питающегося периодическим линейно изменяющимся током с частотой 5 Гц при амплитуде 0,5 А. Результаты эксперимента представлены на рис. 3.33, где по оси абсцисс отложена входная емкость предусилителя С, а по оси ординат относительное уменьшение ДА амплитуды огибающей среднеквадратичных значений сигналов МАШ: ДА =[(Л А е)!Ао\* 100%, где А0 амплитуда огибающей при С=0, Ас соответствующая амплитуда при заданном значении входной емкости усилителя. Из графика видно, что входная емкость в ЮОпФ снижает амплитуду огибающей почти вдвое. Таким образом, при емкости кабеля 100 пФ/м и при его длине 1 м из-за шунтирования полезного сигнала соотношение сигнал/шум на выходе предусилителя уменьшится примерно в два раза. Хотя полученные результаты относятся к описанному преобразователю, характер таких зависимостей существенно не изменится и при других размерах пьезоэлемента датчика, если их резонансные частоты близки к выбранной в эксперименте. Уменьшение отношения сигнал/шум можно избежать, если совместить преобразователь с предварительным усилителем в одном корпусе, благодаря чему уменьшится также влияние электромагнитных наводок. Вариант конструкции датчика, совмещенного с предусилителем представлен на рис. 3.34 и использован в комплекте преобразователей прибора АФС-5 (рис. 3.56). 148 * Рис. 3.33. Влияние входной емкости усилителя на огибающие среднеквадратичных значений сигналов МАШ. Рис.3.34. Вариант конструкции преобразователя, совмещенного с предварительным усилителем в одном корпусе: преобразователь; 2 металлический корпус; 3 плата предусилителя; 4 разъём. 150 Правильный выбор режимов перемагничивания в первичн: •преобразовател позволяет обеспечить успешный результат контроля свойств ферромагнитных материалов по характеристикам МШ и МАШ. Исследовались закономерности формирования сигналов МАШ и МШ на образцах из различных ферромагнитных сплавов (см. таб. 4.1) при изменении амплитуды, частоты и формы поля перемагничивания, с использованием приборов АФС-3, АФС-5 и накладных преобразователей п. 3.51, 3.53 [111,116,122,123,148,149]. На рис. 3.35 и 3.36 приведены огибающие среднеквадратичных значений МШ и МАШ соответственно для образцов из никеля (п.4.1) и стали ЭП836 (п.4.1 табл. 4.2), перемагничиваемых с частотой ^ ер=10Гц. Максимумы МШ рис. 3.36 соответствуют минимуму МАШ, а на рис. 3.35 они смещены друг относительно друга. Это подтверждает разный механизм возбуждения сигналов МШ и МАШ. С увеличением амплитуды поля перемагничивания максимумы МШ и МАШ растут по величине и смещаются в область меньших значений полей. Максимумы двухгорбной кривой МАШ стали ЭП 836 сближаются. Изменение средних за период перемагничивания характеристик МШ и МАШ имеет сходный характер увеличиваются до значений полей, соответствующих предельной петле гистерезиса, затем имеется область “плато”, где они меняются незначительно, а потом падают. Зависимости имеют общий характер независимо от режимов термообработки. Характеристики МАШ стремятся к максимальным при больших значениях полей перемагничивания. Последнее подтверждает, что сигналы МШ регистрируются с поверхностных слоев ферромагнетиков, которые быстрее входят в насыщение, чем более глубокие слои возбуждения сигналов МАШ. Результаты исследований показывают, что поведение текущих и средних энергетических характеристик сигналов МАШ соответствует модели, разработанной в п. 2.5. Действительно, с ростом амплитуды перемагничивающего поля происходят два основных процесса: 1) постепенный переход от частных циклов к предельной петле гистерезиса, а, следовательно, к предельной петле гистерезиса магнитострикции; 2) увеличение скорости перемагничивания, а также скорости магнитострикции dA/dH. Рост dA/dH согласно (2.75) приводит к увеличению мощности сигналов МАШ. ь До выхода на предельную петлю гистерезиса рост происходит как за счет роста скорости перемагничивания, так и за счет роста магнитострикции А соответствующей частному циклу. Последующее незначительное увеличение текущих значений сигнала происходит благодаря росту dA/dH из-за увеличения скорости перемагничивания. 151 |