Исследование магнитоакустической эмиссии в ферромагнитных объектах

Внедрение: 2017 г.

Целью данной работы [1] является изучение влияния условий возбуждения на магнитоакустическую эмиссию (МАЭ) в ферромагнитных образцах и, в частности, выявление его зависимости от частоты перемагничивающего поля, а также новых структурно-чувствительных параметров МАЭ.

Рисунок 1. Структурная схема установки для исследования МАЭ: 1 – образец; 2 – соленоид; 3 – широкополосный пьезоэлектрический преобразователь; 4 – измерительный усилитель; 5 – осциллограф; 6 – модуль АЦП E20‑10; 7 – компьютер; 8 – усилитель мощности; 9 – генератор.

На рисунке 1 представлена блок-схема установки для исследования МАЭ, разработанной авторами статьи. Параметры МАЭ измерялись при перемагничивании образцов 1 в соленоиде 2 внешним синусоидальным полем. Для генерации перемагничивающего тока использовались прецизионный задающий генератор Г3‑110 с синусоидальным напряжением 9 с шагом настройки частоты 0,01 Гц и специально разработанный усилитель мощности 8 с диапазоном частот от 0 до 20 кГц. Амплитуда и форма тока перемагничивания в катушке соленоида контролировались двухлучевым осциллографом АКИП‑4115/1А. Для возбуждения МАЭ использовались два соленоида с разной степенью однородности поля. Акустические колебания регистрировались двумя широкополосными преобразователями акустической эмиссии 3.

Сигнал пьезопреобразователя усиливался широкополосным измерительным усилителем У2‑6. После усиления сигнал наблюдался на экране цифрового осциллографа АКИП‑4115/1А (5). Затем, после аналого-цифрового преобразования с помощью внешнего АЦП E20‑10 с частотой дискретизации 1,5 МГц 6, сигнал подавался через USB-порт в компьютер 7. Для цифровой записи и анализа сигналов авторы использовали бесплатную программу Lgraph2.

На рисунке 2 представлены оцифрованные осциллограммы сигналов перемагничивающего поля и МАЭ (один период перемагничивания) для двух образцов из стали 70Г, деформированных на 63 % холодной прокаткой и отожженных при разных температурах. Для нисходящей ветви петли гистерезиса характерно наличие двух максимумов МАЭ, один из которых находится в поле, близком к коэрцитивной силе, а другой – в области полей, близких к насыщению. В области коэрцитивной силы значения внешнего поля, соответствующие максимумам МАЭ образцов, заметно различаются. 

Рисунок 2. Представленные в одинаковой временной шкале фрагменты осциллограмм образцов из стали 70Г после деформации и отжига при температурах 700 °С (образец 1) и 200 °С (образец 2), измеренных при частоте перемагничивания 4 Гц (сплошная линия – перемагничивающее поле, точки – сигнал МАЭ).

Как видно из осциллограммы (рисунок 3), максимум коэрцитивной МАЭ образца 2 наступает позже аналогичного максимума образца 1 на 0,046 с и соответствует более высоким значениям магнитного поля. Таким образом, временной сдвиг соответствует разнице коэрцитивной силы материалов, что подтверждает возможность использования величины поля, соответствующей максимуму МАЭ, в качестве структурно-чувствительного параметра.

Рисунок 3. Представленные в одинаковой временной шкале фрагменты осциллограмм образцов из стали 70Г после деформации и отжига при температурах 700 °С (образец 1) и 200 °С (образец 2), измеренных при частоте перемагничивания 4 Гц (сплошной линия – перемагничивающее поле; точки – сигнал MAЭ).

Авторами установлена немонотонная зависимость амплитуды МАЭ от частоты перемагничивающего поля. Для большой группы образцов металлических ферромагнетиков, различающихся физическими свойствами, частота поля, соответствующая максимальной амплитуде МАЭ, составляет 3‑5 Гц. Для никель-цинкового феррита без вихревых токов частотная зависимость амплитуды МАЭ существенно различается, а резонансная частота смещается в область более высоких частот. Авторы показали, что поле максимума МАЭ может быть структурно-чувствительным параметром, который при известной временной зависимости перемагничивающего поля может быть определен по временному сдвигу осциллограммы.

Источник:
Kostin, V. & Filatenkov, D. & Chekasina, Yu & Vasilenko, Olga & Serbin, Evgeny. (2017). Features of excitation and detection of magnetoacoustic emission in ferromagnetic objects. Acoustical Physics. 63. 237‑244. 10.1134/S1063771017010055.

Разработчик: Костин В.Н., Филатенков Д.Ю., Василенко О.Н. (ИФМ УрО РАН, Екб), Чекасина Ю.А., Сербин Е.Д. (УрФУ, Екб)