DE2746477A1 - Measurement of crystalline faults in magnetic material - uses analysis of noise signal generated by Barkhausen effect - Google Patents
Measurement of crystalline faults in magnetic material - uses analysis of noise signal generated by Barkhausen effectInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Messen von Fehlern in magnetischem MaterialMethod of measuring defects in magnetic material
Z m Messen von Fehlern oder Defekten in magnetischem Material sind verschiedenartige Verfahren in grosser Zahl bekannt. Solche sind u.a. die akustischen Verfahren, wie Ultraschallotung, das Messen der a:ustischen Emission und akustische Holographie, elektromagnetische Verfahren wie z.B. das Wirbelstromverfahren, das Messen des magnetischen Flusses und die Verwendung von magnetischen Teilchen, das Farbeindringungsverfahren, Radiographie, Thermoaufnahmen, Mikroskopie (z.B. optische Mikroskopie, Elektronenmikroskopie) und Röntgendiffraktion. Die zwei letztgenannten eignen sich zum Messen von mikroskopischen Fehlern.Z m measuring flaws or defects in magnetic material various methods known in large numbers. These include the acoustic ones Methods such as ultrasonic sounding, measuring acoustic emission and acoustic Holography, electromagnetic processes such as the eddy current process, the Measuring magnetic flux and using magnetic particles that Dye penetration methods, radiography, thermal imaging, microscopy (e.g. optical Microscopy, electron microscopy) and X-ray diffraction. The latter two are suitable for measuring microscopic defects.
Den aufgezählten Verfahren schliessen sich die folgenden Einschränkun@en an: - djc .elessllng setzt mechanischen Kontakt mit dem zu messenden A tlrial voraus (akustische Verfahren) - auf das Messergebnis wirken neben den Fehlern auch andere Eigenschaften des Materials ein, und man kann die Wirkungen der verschiedenen Faktoren nicht voneinander trennen (magnetische Verfahren) - zur Messung wird eine Probe benötigt (Mikroskopie, Röntgendiffraktion) - langsame Messung (Farbeindringverfahren, Radiographie, Mikroskopie, Rötgendiffraktion) - man erhält Aufschluss nur entweder über mikroskopische oder makroskopische Fehler, nicht über beide mit demselben Verfahren - die Messung und das Deuten der Ergebnisse erfordert Personen mit Spezialausbildung.The procedures listed are subject to the following restrictions an: - djc .elessllng requires mechanical contact with the material to be measured (acoustic method) - besides the errors, there are also other factors that affect the measurement result Properties of the material and one can see the effects of various factors do not separate from each other (magnetic method) - a sample is used for the measurement required (microscopy, X-ray diffraction) - slow measurement (dye penetration method, Radiography, microscopy, X-ray diffraction) - you only get information either about microscopic or macroscopic defects, not about both with the same procedure - The measurement and interpretation of the results requires people with special training.
Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, ein neues, in den obengenannten Bczichungen besseres Verfahren zum Messen der in magnetischem Material vcrhandenen Fehler hervorzubringen. Unter magnetischen Materialen werden in diesem Zusammenhang ferromagnetische, antifcrrorn.lgnetische, ferrimagnetische und antiferrimagnetische Stoffe verstanden.The present invention has the purpose of finding a new one in the above Releases a better method of measuring that present in magnetic material To produce errors. Magnetic materials are used in this context ferromagnetic, antiferromagnetic, ferrimagnetic and antiferrimagnetic Understood substances.
Vom praktischen Standpunkt het geseler am lsichtigsten sind ferromagnetische Materiale wie z.B. Eisen und Stahl.From a practical point of view, het geseler most obvious are ferromagnetic ones Materials such as iron and steel.
Von den Anwendungen des Verfahrens sei als Beispiel die Qualitätsüberwachung elektrotechnischer Stähle erwähnt. In den betreffenden Stählen vorhandene Fehler (Verunreinigungseinschliessungen, Dislokationen) verschlechtern deren Eigenschaften erheblich. Das Messen von Oberflächendefekten bei Stahlerzeugnissen ist ein zweiter potentieller Anwendungsbereich der Erfindung.Quality monitoring is an example of the applications of the method electrical steels mentioned. Defects present in the steels concerned (Contamination inclusions, dislocations) worsen their properties considerable. Measuring surface defects in steel products is a second potential scope of the invention.
Der Zweck der Erfindung wird im wesentlichen in der in den nachstehenden Patentansprüchen angegebenen Weise erreicht.The purpose of the invention is essentially defined in the following Claims specified manner achieved.
Die Erfindung basiert auf der Barkhausen-Erscheinung, deren in anderen Gebieten durchgeführte Anwendungen das Messen von Spannungen und von Korneigenschaften sind (z.B. US-PS Nr. 3,427,872 und SF-PS Nr.The invention is based on the Barkhausen phenomenon, whose in others Applications carried out the measurement of stresses and grain properties are (e.g. U.S. Patent No. 3,427,872 and SF-PS No.
50907). Der Barkhausen-Effekt und die zu seiner Messung anzuwendenden Spulen- und anderen Anordnungen sind an sich allgemein bekannt und darauf wird hier nicht näher eingegangen. Auf den Charakter des an den Barkhausen-Effekt sich anschliessenden Rauschsignals wirken u.a. die folgenden ein: die Veränderungsgeschwindigkeit und Amplitude des magnetisierenden Feldes, die Phase des Magnetisierungsprozesses (Teil der Hystereseschleife) woran sich das Rauschsignal anschliesst, die inhärente Dämpfung des Rauschsignals im zu messenden Material (Wirbelstromdämpfung), die Beschaffenheit des Materials und die Fehler im Material. Auf den Charakter des Rauschsignals einwirkende Fehler sind u.a. Gitterfehler, wie z.B. Dislokationen, Ausscheidungen, Einschliessungen, Haarrisse und Risse.50907). The Barkhausen effect and those to be used for its measurement Coil and other arrangements are well known per se and reference is made here not detailed. On the character of what follows the Barkhausen effect Noise signals have the following effects, among others: the rate of change and Amplitude of the magnetizing field, the phase of the magnetization process (part the hysteresis loop) followed by the noise signal, the inherent attenuation of the noise signal in the material to be measured (eddy current damping), the nature of the material and the errors in the material. Affecting the character of the noise signal Errors include lattice errors, such as dislocations, excretions, inclusions, Hairline cracks and cracks.
Zum Veranschaulichen des Einflusses von Fehlern ist in Fig. 1 die Abhängigkeit der durchschnittlichen Pulshöhe des Rauschsignals von der -plastischen Dehnung bei Fe-3,5%Si-Stahl wiedergegeben. Fig. 2 zeigt den Einfluss der Glühzeit (des Anwachsen der Ausscheidungen)-auf die durchschnittliche Pulshöhe bei Fe-0,0148C.To illustrate the influence of errors is shown in FIG. 1 Dependence of the average pulse height of the noise signal on the plastic Elongation shown for Fe-3.5% Si steel. Fig. 2 shows the influence of the glow time (of the growth of the precipitates) -to the average pulse height at Fe-0.0148C.
Der Einfluss der Fehler auf das Rauschsignal gründet sich 1) auf das Wirken der Fehler als physikalische Hindernisse, die die Dichte und den Pfad (Länge, Richtung) des im Material verlaufenden zeitlich veränderlichen Magnetflusses verändern, 2) auf das lokale Spannungsfeld im Anschluss an die Fehler, welches durch Vermittlung von Magnetostriktion den Gleichgewichtszustand der magnetischen Domänenstruktur des materials sowie die Art und Weise verändert, in welcher der Uebergang von einem Gleichgewiclltszustand zum anderen sich vollzieht (Verschiebungen der Domänenwandungen) und 3) auf der durch die Fehler bewirkten Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, die auf die Dämpfung der Flussänderungen mit Rauschcharakter im Material einwirkt.The influence of the errors on the noise signal is based 1) on the Do the errors act as physical obstacles that affect the density and the path (length, Change direction) of the temporally variable magnetic flux running in the material, 2) on the local area of tension following the error, which was caused by mediation from magnetostriction the equilibrium state of the magnetic domain structure of the material as well as the way in which the Crossing from one state of equilibrium to another takes place (shifts of the Domain walls) and 3) on the change in the electrical Conductivity, which refers to the attenuation of the flow changes with noise character in the material acts.
Das Rauschsignal enthält somit wesentlich mehr Auskunft über die Fehlerstruktur des Materials als es möglich ist, durch herkömmliche elektromagnetische Verfahren zum Vorschein zu bringen, z.B. durch ausschliessliches Messen des magnetischen Flusses oder ausschliesslich vermittels des Wirbelstromverfahrens.The noise signal therefore contains much more information about the error structure of the material as it is possible by conventional electromagnetic methods to reveal, e.g. by measuring the magnetic flux only or exclusively by means of the eddy current method.
Es ist angezeigt, zu betonen, dass obgleich die lokalen Spannungsfelder im Anschluss an Fehler den Charakter des Rauschsignals beeinflussen, es sich trotzdem nicht um Messung makroskopischer Spannungen handelt, denn an die Fehler kann sich ein Spannungsfeld unabhängig vom makroskopischen Spannungszustand anschliessen, und Fehlern von gewissem Typ (Dislokationen) schliesst sich in der Tat stets ein solches an. Die Fehler sind auch keine Korneigenschaften des Materials, zu denen z.B. die Korngrösse, die Korngestalt u.a.m. gehören und deren Messen auf Grund der Barkhausen-Erscheinung zuvor bekannt ist (SF-PS Nr. 50907).It is appropriate to emphasize that although the local areas of tension following errors affecting the character of the noise signal, it turns out anyway it is not a matter of measuring macroscopic stresses, because errors can occur connect a stress field independent of the macroscopic stress state, and defects of a certain type (dislocations) are in fact always included such at. The flaws are also not part of the grain properties of the material E.g. the grain size, the grain shape etc. belong and their measurement on the basis of the Barkhausen phenomenon is previously known (SF-PS No. 50907).
In der Erfindung erfogt das Messen der Fehler gemäss Anspruch 1 und 2, indem man die ein fehlerhaftes und ein fehlerfreies Material vertretenden Rauschsignale oder von diesen abgeleitete Signale untereinander vergleicht. Man kann das ein fehlerhaftes Material repräsentierende Signal vergleichen, entweder mit dem von einer getrennten Referenzprobe erhaltenen Signal, mit dem Signal von einer fehlerfreien Stelle des gleichen Materials oder mit einem gespeicherten Signal, das ein fehlerfreies Material vertritt.In the invention, the measuring of the errors takes place according to claims 1 and 2, by taking the noise signals representing a faulty and a faultless material or compares signals derived from these with one another. You can have a faulty one Compare signal representing material, either with that of a separate one Reference sample obtained signal, with the signal from an error-free point of the same material or with a stored signal that is error-free material represents.
In den Ansprüchen 3 und 4 sind zwei verschiedene Vorgangsweisen zum z Ausführen des Vergleichs angegeben. Man kann entweder gemäss Anspruch 3 aus den Signalen errechnete Kennzahlen untereinander vergleichen oder auch gemäss Anspruch 4 die Korrelationsfunktion der das fehlerfreie und das fehlerhafte Material vertretenden Signale bilden, deren Wert die Fehlerstruktur des fehlerhaften Materials beschreibt.In claims 3 and 4 are two different procedures for z Execution of the comparison specified. You can either according to claim 3 from the Compare the indicators calculated with each other or according to the requirements 4 the correlation function of the non-defective and defective material Form signals, the value of which describes the defect structure of the defective material.
In den Ansprüchen 5 bis 8 sind vier verschiedene Möglichkeiten zum Bilden vom Rauschsignal abgeleiteter Signale dargestellt. Es versteht sich, dass es auch andere Art und Weisen gibt.In claims 5 to 8 are four different ways to Formation of signals derived from the noise signal shown. It goes without saying that there are other ways too.
Das Verfahren lässt sich mit Anwendung allgemein bekannter Apparaturlösungen ausführen.The process can be carried out using generally known equipment solutions carry out.
Claims (8)
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