ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП Российский патент 1997 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов.

Известен вихретоковый дефектоскоп [1] содержащий генератор, гармонического напряжения, вихретоковый преобразователь, включенный в мостовую схему, амплитудно-фазовый анализатор сигналов, блок автоматики и сигнализатор о наличии дефектов. С помощью блока автоматики сигналы, фазы которых носят случайный характер, уничтожаются. Блок автоматики обеспечивает выбор сигналов, фазы которых расположены в заданном интервале, соответствующем определенному типу дефекта, и управление сигнализатором о наличии дефектов в зависимости от амплитуды этих сигналов.

Недостаток известного дефектоскопа состоит в том, что он может быть использован только для контроля однотипных объектов, имеющих характерные дефекты определенного класса. Это связано с тем, что при изменении параметров дефектов в широких пределах фаза регистрируемых сигналов становится случайной величиной.

Наиболее близок к предложенному по технической сущности, принятый за прототип, вихретоковый дефектоскоп, содержащий генератор гармонического напряжения, вихретоковый преобразователь, состоящий из двух вложенных друг в друга считывающей и контрольной катушек, питаемую через трансформатор от генератора мостовую схему, в плечи которой включены контрольная и считывающая катушки, последовательно соединенные усилитель, подключенный входом к выходу мостовой схемы, блок выделения квадратурных составляющих сигнала и индикатор в виде электронно-лучевой трубки, а также блок формирования опорных напряжений. Диаметр контрольной катушки больше диаметра считывающей катушки, которая установлена ближе к рабочему торцу вихретокового преобразователя. За счет этого обеспечивается ослабление влияния вариации зазора между рабочим торцом вихретокового преобразователя и поверхностью контролируемого объекта. Нижняя поверхность контрольной катушки имеет коническую форму для уменьшения влияния наклонов оси вихретокового преобразователя. Блок выделения квадратурных составляющих выполнен в виде двух амплитудно-фазовых детекторов, подключенных опорными входами к соответствующим выходам блока формирования опорных напряжений. Последний состоит из регулируемого вручную фазовращателя, подключенного входом к выходу генератора и выходом к входу первого амплитудного детектора, и фазовращателя, обеспечивающего фазовый сдвиг на 90^o, включенного между выходом регулируемого фазовращателя и опорным входом второго амплитудно-фазового детектора [2]
Недостаток известного дефектоскопа состоит в том, что он не обеспечивает потенциально достижимой достоверности контроля. Это связано с тем, что используемый в дефектоскопе вихретоковый преобразователь не позволяет получить сопоставимую чувствительность к подповерхностным и поверхностным дефектам. Дефектоскоп нуждается в периодической подстройке нуля при неизбежных изменениях условий контроля: вариации электромагнитных свойств контролируемого объекта, изменении температуры, влияющей на сопротивление обмоток преобразователя. Еще один недостаток известного дефектоскопа состоит в ограниченных возможностях амплитудно-фазовой селекции. Это связано с тем, что в процессе сканирования дефектной зоны на выходе вихретокового преобразователя формируется сигнал со случайной фазой, которая изменяется в небольших пределах. При изменении зазора преобразователя, используемого в известном дефектоскопе, сигнал, в основном, изменяется по амплитуде, а при перекосе преобразователя по амплитуде и фазе одновременно. Сложная взаимосвязь амплитудно-фазовых зависимостей регистрируемых сигналов затрудняет их идентификацию и приводит к необходимости их отображения на электронно-лучевую трубку. При этом достоверность принятия решения о наличии дефекта во многом зависит от оператора.

Задача изобретения повышение достоверности контроля.

Поставленная задача в вихретоковом дефектоскопе, содержащем источник гармонического напряжения, вихретоковый преобразователь, с чувствительным элементом в виде двух вложенных друг в друга дифференциально включенных измерительных обмоток, трансформатор, усилитель, блок формирования напряжений, фазовращатель, блок выделения квадратурных составляющих сигнала, включающий два амплитудно-фазовых детектора и подключенный опорными входами к выходам блока формирования напряжений, и блок индикации, достигается благодаря тому, что, согласно изобретения, он снабжен блоком автокомпенсации по квадратурным составляющим, блоком амплитудно-фазовой селекции, двумя выпрямителями и двумя инверторами, вихретоковый преобразователь выполнен трансформаторным и состоит из C-образного сердечника с возбуждающей обмоткой, подключенной через трансформатор к выходу источника гармонического напряжения, и симметрично установленного относительно его торцов, чувствительного элемента, а его измерительные катушки, размещены в одной плоскости, совпадающей с плоскостью торцов сердечника, блок формирования напряжений выполнен в виде формирователя гармонического напряжения и четырех прямоугольных напряжений, при этом первый выход формирователя напряжений является выходом источника гармонического напряжения, состоящего также из задающего генератора и делителя частоты, включенного между выходом задающего генератора и входом формирователя напряжения, а на его второй, третий, четвертый и пятый выходы подаются прямоугольные напряжения, сдвинутые по фазе относительно гармонического на 0, 180, 90, и 270^o, фазовращатель выполнен в виде преобразователя сигнала в декартовых координатах и подключен входами X и Y к выходам первого и второго амплитудно-фазового детектора, соответственно, входы -X и -Y фазовращателя подключены к выходам первого и второго амплитудно-фазовых детекторов, соответственно, через инвертор, выходы фазовращателя X' и Y' подключены к входам X' и Y' блока амплитудно-фазовой селекции через первый и второй выпрямитель, соответственно, блок автокомпенсации по квадратурным составляющим выполнен в виде двух пропорционально-интегрирующих регуляторов, подключенных через переключатель своими входами к выходам первого и второго амплитудно фазовых детекторов, соответственно, и своими выходами к управляющим входам первого и второго амплитудно-фазовых детектора, соответственно, сигнальные входы амплитудно-фазовых детекторов подключены через усилитель к выходу чувствительного элемента, первый и второй опорный входы первого амплитудно-фазового детектора подключены к второму и третьему выходам формирователя напряжений, соответственно, первый и второй опорный входы второго амплитудно-фазового детектора подключены к четвертому и пятому выходам формирователя напряжений, а блок индикации подключен к выходу блока амплитудно-фазовой селекции.

Поставленная задача достигается благодаря тому, что каждый из амплитудно-фазовых детекторов блока формирования квадратурных напряжений состоит из двух управляющих ключей, дифференциального усилителя, пяти резисторов и двух конденсаторов, сигнальные входы управляемых ключей объединены через первый и второй резисторы и образуют сигнальный вход амплитудно-фазового детектора, управляющие входы ключей образуют его первый и второй опорные входы, дифференциальный усилитель подключен прямым входом к выходу второго ключа и инверсным входом к выходу первого ключа, между выходом дифференциального усилителя и его инверсным входом включены третий резистор и первый конденсатор, между инверсным входом дифференциального усилителя и нулем источника питания включен четвертый резистор, прямой вход дифференциального усилителя подключен к первой общей точке параллельно соединенных второго конденсатора и четвертого резистора, а их вторая общая точка является управляющим входом амплитудно-фазового детектора.

Дополнительно поставленная задача достигается благодаря тому, что пропорционально-интегрирующий регулятор состоит из операционного усилителя, соединенного прямым входом с нулевой точкой источника питания, конденсатора, включенного между выходом и инверсным входом операционного усилителя, резистора, один из выводов которого подключен к инверсному входу операционного усилителя, а второй образует вход пропорционально-интегрирующего регулятора, и форсирующей цепочки, подключенной параллельно резистору и образованной двумя параллельно-встречно включенными диодами, и последовательно включенными с ними вторым резистором, при этом сопротивления R1 R2 первого и второго резисторов выбираются из соотношения 100 > R1/R2 > 10.

Дополнительно поставленная задача достигается благодаря тому, что фазовращатель состоит из четырехпозиционного переключателя, с четырьмя входами и четырьмя выходами, двух операционных усилителей, десяти резисторов и двух потенциометров с общей ручкой регулировки, на входы переключателя подаются сигналы U_x, -U_x, U_y и -U_y, соответственно, а в каждой из четырех позиций на его 1-ом 4-ом выходах, соответственно, образуют сигналы: U_x, -U_y, -U_x, U_y- в первой позиции, -U_y, -U_x, U_y, U_x во второй позиции, U_y, U_x, -U_y, -U_x- в третьей позиции и -U_x, U_y, U_x, -U_y в четвертой позиции, первой и шестой резисторы объединены одним из выводов и подключены к первому выходу переключателя, второй и восьмой резисторы объединены одним из выводов и подключены к второму выходу переключателя, третий и пятый резисторы объединены одним из выводов и подключены к третьему выходу переключателя, четвертый и седьмой резисторы объединены одним из выводов и подключены к четвертому выходу переключателя, вторые выводы первого и второго резисторов и средний вывод первого потенциометра объединены и подключены ко входу первого операционного усилителя, его выход образует выход X' фазовращателя, а между выходом и входом первого операционного усилителя включен девятый резистор, первый потенциометр подключен крайними выводами к вторым выводам третьего и четвертого резисторов, соответственно, вторые выводы пятого и шестого резисторов и средний вывод второго потенциометра объединены и подключены к входу второго операционного усилителя, его выход образует выход Y' фазовращателя, между выходом и входом второго операционного усилителя включен десятый резистор, а второй потенциометр подключен крайними выводами к вторым выводам седьмого и восьмого резисторов, соответственно.

Дополнительно поставленная задача достигается благодаря тому, что блок амплитудно-фазовой селекции состоит из компаратора, первого потенциометра и балансного усилителя постоянного тока с цепью смещения входного напряжения, а блок индикации состоит из индикатора амплитуды сигнала и управляемого звукового генератора, с подключенными к его выходам звукового и светового индикаторов, цепь смещения состоит из двух резисторов и второго потенциометра, включенного между нулем и минусовым выводом источника питания, первый резистор включен между прямым входом усилителя постоянного тока и средним выводом потенциометра, второй резистор включен между прямым входом усилителя постоянного тока и входом X' блока амплитудно-фазовой селекции и сигнальному входу индикатора амплитуды сигнала, а инверсный вход усилителя постоянного тока соединен с нулем источника питания, компаратор соединен входом "+" с входом X' и входом "-" с средней точкой первого потенциометра, включенного крайними выводами между нулем источника питания и входом Y' блока амплитудно-фазовой селекции, выход компаратора подключен к управляющему входу звукового генератора, соединенного минусовой шиной питания с источником питания, а плюсовой шиной питания с выходом балансного усилителя постоянного тока.

Проведенные патентно-литературные исследования показали, что применение амплитудно-фазовой селекции при другом сочетании существенных признаков известно [1] Однако, при использовании блока амплитудно-фазовой селекции совместно с вихретоковым преобразователем, состоящим из C-образного сердечника с возбуждающей обмоткой и симметрично установленного относительно его торцов чувствительного элемента, образованного двумя вложенными друг в друга и дифференциально включенными катушками, размещенными в одной плоскости, совпадающей с плоскостью торцов сердечника, достигается сверхсуммарный эффект. Он заключается в том, что удается полностью подавить ложные срабатывания и сохранить чувствительность к дефектам дефектоскопа при вариации рабочего зазора и перекосах оси преобразователя. Это связано с тем, что используемый, согласно изобретения, вихретоковый преобразователь при вариации рабочего зазора не разбалансируется, а при перекосах оси преобразователя фаза напряжения разбаланса практически не зависит от угла перекоса при его реальных значениях (до 10 15^o). В тоже время при перемещении вихретокового преобразователя над дефектным участком, фаза вносимого напряжения изменяется на величину в несколько раз большую. Блок амплитудно-фазовой селекции, согласно изобретения, выполнен так, что подавляет сигналы, лежащие в заданном секторе. С помощью преобразователя координат в этот сектор переводится вектор приращений выходного напряжения вихретокового преобразователя при перекосах его оси, что и позволяет добиться отстройки от перекосов оси преобразователя при сохранении чувствительности к дефектам. Последнее весьма важно, например, при контроле объектов, с криволинейной поверхностью.

На фиг. 1 представлена фрикционная схема предлагаемого дефектоскопа; на фиг. 2 показаны рекомендуемые варианты выполнения амплитудно-фазового детектора и пропорционально-интегрирующего регулятора; на фиг. 3 приведена рекомендуемая схема выполнения фазовращателя; на фиг. 4 рекомендуемая схема выполнения блока амплитудно-фазовой селекции и блока индикации; на фиг. 5 отдельно показан вихретоковый преобразователь, размещенный с перекосом оси над контролируемым объектом; на фиг. 6 приведены годографы напряжения, поясняющие работу дефектоскопа.

Вихретоковый дефектоскоп содержит вихретоковый преобразователь 1, состоящий из C-образного сердечника 2 с возбуждающей обмоткой 3 и симметрично установленного относительно его торцов чувствительного элемента 4, образованного двумя вложенными друг в друга и дифференциально включенными катушками, размещенными в одной плоскости, совпадающей с плоскостью торцов сердечника 2. Дефектоскоп также содержит последовательно соединенные задающий генератор 5, делитель 6 частоты, блок 7 формирования напряжения и трансформатор 8, подключенный вторичной обмоткой к возбуждающей обмотке 3. Кроме этого, дефектоскоп содержит усилитель 9, подключенный входом к выходу чувствительного элемента, блок выделения квадратурных составляющих сигнала, образованный амплитудно фазовыми детекторами 10 и 15, блок автокомпенсации по квадратурным составляющим сигнала, образованный двумя пропоционально-интегрирующими регуляторами. Первый из них состоит из операционного усилителя 11, соединенного прямым входом с нулем источника питания, конденсатора 12, включенного между выходом и инверсным входом операционного усилителя 11, параллельно соединенных резистора 13 и форсирующей цепочки 14, подключенных первым общим выводом к инверсному входу операционного усилителя 11 и образующих вторым общим выводом вход пропорционально-интегрирующего регулятора, выход операционного усилителя 11 является выходом пропорционально-интегрирующего регулятора и подключен к управляющему входу амплитудно-фазового детектора 10. Второй пропорционально-интегрирующий регулятор выполнен аналогично первому и состоит из операционного усилителя 16, конденсатора 17, резистора 18, форсирующей цепочки 19. Выход операционного усилителя 16, являющийся выходом второго пропорционально-интегрирующего интегратора подключен к управляющему входу амплитудно-фазового детектора 15. Опорные входы амплитудно-фазового детектора 10 подключены к второму и третьему выходам блока 7 формирования напряжений, а опорные входы амплитудно-фазового детектора 15 подключены к четвертому и пятому входам блока 7 формирования напряжений. На 2-ом, 3-ем, 4-ом и 5-ом выходах блока 7 формируются прямоугольные напряжения, сдвинутые по фазе относительно гармонического напряжения, поступающего с первого выхода блока 7, на 0, 180, 90 и 270^o. Дефектоскоп содержит фазовращатель 20 с четырьмя входами: X, -X, Y, и -y и двумя выходами X' и Y', инверторы 21 и 22, выпрямители 23 и 24, блок 25 амплитудно-фазовой селекции, блок индикации, состоящий из индикатора 26 амплитуды сигнала, звукового индикатора 27 и светового индикатора 28, а также переключатель 29, подключенный к делителю частоты и предназначенный для регулировки рабочей частоты дефектоскопа, и переключатели 30, 31 с общей ручкой управления. Выходы амплитудно-фазовых детекторов 10 и 15 подключены к выходам X и Y блока 20, соответственно, непосредственно и к входам -X и -Y, блока 20 через инверторы 21 и 22, соответственно. Выходы X' и Y' блока 20 через выпрямители 23 и 24, соответственно, подключены к первому и второму входам блока 25, амплитудно-фазовой селекции, выходы которого подключены к индикатору 26 амплитуды сигнала, звуковому индикатору 27 и световому индикатору 28. Переключатель 30 включен между выходом амплитудно-фазового детектора 10 и входом первого пропорционально-интегрирующего регулятора, а переключатель 31 - между выходом амплитудно-фазового детектора 15 и входом второго пропорционально-интегрирующего регулятора.

Амплитудно-фазовые детекторы рекомендуется выполнять по схеме, приведенной на фиг. 2. Она состоит из сдвоенного управляемого ключа 32, дифференциального усилителя 33, резисторов 34 37, 39 и конденсаторов 38, 40. Сигнальные входы каждого из ключей сдвоенного ключа 32 объединены через резисторы 34, 35 и образуют сигнальный вход амплитудно-фазового детектора 10, а управляющие входы ключа 32 образуют его первый и второй опорные входы. Дифференциальный усилитель 33 подключен прямым входом к выходу второго из ключей 32 и инверсным входом к выходу первого из ключей 32. Между выходом дифференциального усилителя 33 и его инверсным входом включены резистор 36 и конденсатор 38. Между инверсным входом дифференциального усилителя 33 и нулем источника питания включен резистор 37. Прямой вход дифференциального усилителя 33 подключен к первой общей точке параллельно соединенных конденсатора 40 и резистора 39, а их вторая общая точка является управляющим входом амплитудно-фазового детектора 10.

На фиг. 2 показана также рекомендуемая схема пропорционально - интегрирующего регулятора. Он состоит из операционного усилителя 11, соединенного прямым входом с нулевой точкой источника питания, конденсатора 12, включенного между выходом и интверсным входом операционного усилителя 11, резистора 13, один из выводов которого подключен к инверсному входу операционного усилителя 11, а второй образует вход пропорционально-интегрирующего регулятора, и форсирующей цепочки 14, подключенной параллельно резистору 13. Форсирующая цепочка 14 образована двумя параллельно-встречно включенными диодами 41, 42 и последовательно включенными с ними резистором 43. Сопротивления R13 и R43 резисторов 13 и 43 должны выбираться из соотношения 100 > R13/R43 > 10. Амплитудно-фазовый детектор 15 и второй пропорционально-интегрирующий интегратор должны выполняться по такой же схеме.

На фиг. 3 показана рекомендуемая схема фазовращателя 20. Он состоит из четырехпозиционного переключателя 44, с четырьмя входами и четырьмя выходами, резисторов 45 52, 57 и 58 потенциометров 53, 54 с общей ручкой регулировки и операционных усилителей 55, 56. На входы переключателя 44 подаются сигналы U_x, -U_x, U_y и -U_y, соответственно, а в каждой из четырех позиций на его 1-ом 4-ом выходах, соответствено, образуются сигналы: U_x, -U_y, -U_x, U_y в первой позиции, -U_y, -U_x, U_y, U_x во второй позиции, C_y, U_x, -U_y, -U_x в третьей позиции и -U_x, U_y, U_x, -U_y в четвертой позиции. Здесь U_x и U_y ортогональные составляющие гармонического напряжения U, поступающего с выхода усилителя 9. Резисторы 45 и 50 объединены одним из выводов и подключены к первому выходу переключателя 44. Резисторы 46 и 52 объединены одним из выводов и подключены ко второму выходу переключателя 44. Резисторы 47 и 49 объединены одним из выводов и подключены к третьему выходу переключателя 44. Резисторы 48 и 51 объединены одним из выводов и подключены к четвертому выходу переключателя 44. Вторые выводы резисторов 45, 46 и средний вывод потенциометра 53 объединены и подключены к входу операционного усилителя 55, а его выход образует выход U'_x фазовращателя. Между выходом и входом операционного усилителя 55 включен резистор 57, а потенциометр 53 подключен крайними выводами ко вторым выводам резисторов 47, 48, соответственно. Вторые выводы резисторов 49, 50 и средний вывод потенциометра 54 объединены и подключены к входу операционного усилителя 56. Его выход образует выход U'_y фазовращателя. Между выходом и входом операционного усилителя 56 включен резистор 58. Потенциометр 54 подключен крайними выводами к вторым выводам резисторов 51 и 52, соответственно.

На фиг. 4 представлена рекомендуемая схема выполнения блока амплитудно-фазовой селекции и блока индикации. Блок амплитудно-фазовой селекции состоит из компаратора 63, потенциометра 2 и балансного усилителя 59 постоянного тока с цепью смещения входного напряжения, образованной резисторами 60 и 61 и потенциометром 62. Блок индикации состоит из индикатора 26 амплитуды сигнала и управляемого звукового генератора 65, с подключенными к его выходам звукового индикатора 27 и светового индикатора 28. Потенциометр 62 включен между нулем и минусовым выводом источника питания. Резистор 61 включен между прямым входом усилителя постоянного тока и средним выводом потенциометра 62, резистор 60 включен между прямым входом усилителя 59 постоянного тока и входом X' блока амплитудно-фазовой селекции. К этому же входу подключен сигнальный входу индикатора 26 амплитуды сигнала, а инверсный вход усилителя 58 постоянного тока соединен с нулем источника питания. Компаратор 63 соединен входом "+" со входом X' и входом "-" со средней точкой другого потенциометра, включенного крайними выводами между нулем источника питания и входом Y' блока амплитудно-фазовой селекции. Выход компаратора 63 подключен к управляющему входу звукового генератора 65, соединенного минусовой шиной питания с источником питания, а плюсовой шиной питания с выходом балансного усилителя 59 постоянного тока.

Вихретоковый дефектоскоп работает следующим образом.

Вихревотоковый преобразователь 1 размещают над участком поверхности контролируемого объекта, не содержащим дефектов. Переключателем 29 устанавливают одну из частот генерируемого напряжения за счет изменения коэффициента преобразования делителя 6 частоты. Переключатели 30 и 31 переводят в положение "замкнуто", что соответствует режиму автокомпенсации. В этом режиме с определенной постоянной времени t на выходах X и Y блока выделения квадратурных составляющих будет поддерживаться нулевой сигнал. В идеальном случае на выходе чувствительного элемента 4 напряжение при отсутствии дефектов не возникает. Однако реально на выходе чувствительного элемента 4 из-за неидеальности пеобразователя 1 или из-за неоднородности материала контролируемого объекта присутствует некоторое начальное напряжение U₀. Это напряжение неинформативно и исключается за счет блока автокомпенсации по квадратурным составляющим. Квадратурные составляющие U_x и U_y напряжения U получаются с помощью блока выделения квадратурных составляющих. Составляющая U_x выделяется с помощью амплитудно-фазового детектора 10, а составляющая U_y с помощью амплитудно-фазового детектора 15. Постоянная времени переходного процесса при автокомпенсации определяется постоянной времени t R13•C12. Эта величина не может быть слишком маленькой, так как иначе будут подавляться сигналы, связанные с наличием дефектов. Следовательно, t выбирается так, чтобы при заданной скорости сканирования автокомпенсация не успевала подавить сигнал от дефекта. После того, как дефект обнаружен, рекомендуется систему автокомпенсации отключить и просканировать участок с выявленным дефектом повторно. Здесь регистрируемые сигналы уже не будут зависеть от скорости сканирования, что позволяет точно определить положение дефекта и уточнить его параметры. Для ускорения переходного процесса при автокомпенсации рекомендуется использовать форсирующую цепочку, состоящую из полупроводниковых диодов 41 и 42 и резистора 43. При этом сопротивления R43 и R13, соответствующих резисторов 43 и 13 выбираются из соотношения R13/R43 10. За счет действия форсирующей цепочки переходной процесс при напряжениях на входе операционного усилителя больше, чем о,6 В (для кремниевых диодов) протекает в 10 раз быстрее. Таким образом форсирующая цепочка работает только при значительных уходах напряжения U от O.

Напряжение на выходе чувствительного элемента может возникать по двум причинам: из-за взаимодействия с дефектом в процессе сканирования или из-за влияния мешающих факторов. Один из основных мешающих факторов для вихретокового преобразователя данной конструкции влияние перекосов его оси. на фиг. 5 показан вихретоковый преобразователь установленный с перекосом на угол "альфа" относительно поверхности контролируемого объекта. Такого рода перекос может возникать из-за наличия неравномерных покрытий на поверхности или из-за ее кривизны.

Особенность вихретокового преобразователя данной конструкции состоит в том, что фаза напряжения U_p, возникающего за счет перекоса преобразователя, изменяется очень незначительно. В тоже время при перемещении вихретокового преобразователя 1 над дефектным участком фаза напряжения U_d изменяется существенно большее, а фазы напряжений U_p и U_d, как правило не совпадают. Это иллюстрируется на фиг. 6, где кривая 66 годограф изменения напряжения U_p при перекосе преобразователя, а кривая 67 годограф изменения напряжения U_d при перемещении вихретокового преобразователя над дефектом. Зависимости даны для первого квадранта в прямоугольных координатах X' и Y'. Координаты X' и Y' вращаются относительно координат X и Y с помощью фазовращателя 20. Дискретное изменение угла "фи" на 90^o выполняется с помощью переключателя 44, а плавное изменения угла "фи" с помощью потенциометров 53 и 54. Особенность предложенной схемы фазовращателя заключается в частотной независимости его функции преобразования, так как он не содержит зависящих от частоты параметров (индуктивностей, конденсаторов).

Годографы U_p и U_d симметричны относительно начала координат, поэтому без потери информации достаточно вести обработку по модулю напряжений. Для этого напряжения U'_x И U'_y выпрямляются с помощью выпрямителей 24, 28. При вращении координат X' и Y' их устанавливают в таком положении, чтобы кривая 66 годографа U_p примыкала к оси Y'. В этом случае составляющая U'_x напряжения U_p при перекосах вихретокового преобразователя 1 практически будет оставаться близким к 0. В тоже время U'_x при перемещении над дефектом будет изменяться, информируя о наличии дефекта. Поворот координат на требуемый угол "фи" осуществляется при настройке дефектоскопа следующим образом. После компенсации напряжения U₀ переключатели 30 и 31 переводятся в положение "разомкнуто". В этом положении составляющие U'_x и U'_y поддерживаются равными 0 для данного состояния, но автокомпенсация отключается и изменения взаимодействия между вихретоковым преобразователем 1 и контролируемым объектом будут приводить к соответствующим изменениям U'_x и U'_y. Вихретоковый преобразователь 1 перекашивают, подкладывая под один из торцов сердечника 2 диэлектрическую прокладку. При этом появляются напряжения U'_x и U'_y отличные от нуля. Индикатор 26 амплитуды регистрирует изменения только U'_x. С помощью фазовращателя 20 добиваются, чтобы показания индикатора 26 были минимальны (в идеальном случае нулевыми). Из-за отклонения параметров вихретокового преобразователя 1 изменения фазы при перекосе могут увеличиться. Для гарантированного подавления влияния мешающего параметра, в данном случае перекоса, индикацию о наличии дефекта с помощью звукового индикатора 27 и светового индикатора 28 запрещают, если вектор напряжения U лежит в заданном секторе, примыкающем к координатной оси Y'. Величина этого сектора задается отношением модулей U'_x/U'_y с помощью потенциометра 62. Таким образом задается порог срабатывания компаратора 63, управляющего звуковым генератором 65. Напряжение питания управляемого генератора 65 задается пропорционально U'_x. Это позволяет изменять тон генератора в зависимости от величины U'_x, зависящей от размеров дефекта и оперативно информировать не только о наличии дефекта, но и, в какой то степени, о его размерах. С другой стороны, такое решение позволяет снизить потребление энергии от источника питания, что важно при использовании автономного источника.

Если контролируются объекты с заведомо гладкой поверхностью, то отстройка от перекосов не требуется. В этом случае дефектоскоп может быть настроен на преимущественное выявление дефектов определенного типа, например, подповерхностных дефектов. Для этого при настройке добиваются максимального показания индикатора 26 под влиянием подлежащего выявления дефекта. В другом варианте можно настроить дефектоскоп на подавление влияния, например, поверхностных дефектов, если требуется выявлять только подповерхностные и наоборот.

Предлагаемый дефектоскоп имеет следующие преимущества перед известными:
возможность подавления влияния перекосов преобразователя;
возможность селективного выявления заданного типа дефектов;
возможность работы в режиме автокомпенсации с подавлением влияния электромагнитной неоднородности металла;
возможность уточнения положения дефекта после отключения автокомпенсации.

Совокупность указанных преимуществ обеспечивает повышение достоверности контроля.

Использование: изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов. Сущность изобретения: повышение достоверности контроля достигается путем увеличения глубины контроля и допустимого рабочего зазора за счет применения вихретокового преобразователя с C-образным сердечником и подавления ложных срабатываний дефектоскопа при перекосах оси вихретокового преобразователя за счет амплитудно-фазовой обработки регистрирующих сигналов данного преобразователя. Вихретоковый преобразователь состоит из C-образного сердечника с обмоткой и чувствительного элемента, образованного двумя вложенными друг в друга и дифференциально включенными катушками индуктивности. Особенность данного преобразователя состоит в том, что он имеет высокую селективную чувствительность к дефектам сплошности. При этом фаза регистрируемого под влиянием дефекта напряжения изменяется на несколько десятков градусов. При перекосах оси преобразователя данной конструкции напротив вырабатывается напряжение, фаза которого изменяется не более чем на несколько градусов. С помощью блока амплитудно-фазовой селекции сигналы, попадающие в данный угловой сектор, подавляются. Дополнительно достоверность контроля повышается за счет применения компенсации в автоматическом и ручном режимах с помощью блока автокомпенсации по квадратурным составляющим, выполненного на пропорционально-интегрирующих регуляторах с отключаемой в ручном режиме обратной связью через переключатели. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Вихретоковый дефектоскоп, содержащий источник гармонического напряжения, вихретоковый преобразователь с чувствительным элементом в виде двух вложенных друг в друга и дифференциально включенных измерительных обмоток, трансформатор, усилитель, блок формирования напряжений, фазовращатель, блок выделения квадратурных составляющих сигнала, включающий два амплитудно-фазовых детектора и подключенный опорными входами к выходам блока формирования напряжений, и блок индикации, отличающийся тем, что он снабжен блоком автокомпенсации по квадратурным составляющим, блоком амплитудно-фазовой селекции, двумя переключателями, двумя выпрямителями и двумя инверторами, вихретоковый преобразователь выполнен трансформаторным и дополнительно включает С-образный сердечник с возбуждающей обмоткой, подключенной через трансформатор к выходу блока формирования напряжений, а измерительные обмотки симметрично установленного относительно торцов сердечника размещены в одной плоскости, совпадающей с плоскостью торцов сердечника, блок формирования напряжений выполнен в виде формирователя гармонического напряжения и четырех прямоугольных напряжений, при этом первый выход формирователя напряжений является выходом источника гармонического напряжения, состоящего также из задающего генератора и делителя частоты, включенного между выходом задающего генератора и входом формирователя напряжения, а на его второй пятый выходы подаются прямоугольные напряжения, сдвинутые по фазе относительно гармонического на 0, 180, 90 и 270^o, фазовращатель выполнен в виде преобразователя сигнала в декартовых координатах и подключен входами "Х" и "Y" к выходам первого и второго амплитудно-фазовых детекторов соответственно, входы "-Х" и "-Y" фазовращателя подключены к выходам первого и второго амплитудно-фазовых детекторов соответственно через инвертор, выходы "Х'" и "Y'" фазовращателя подключены к одноименным входам блока амплитудно-фазовой селекции через первый и второй выпрямители соответственно, блок автокомпенсации по квадратурным составляющим выполнен в виде двух пропорционально-интегрирующих регуляторов, подключенных каждый через переключатель своими входами к выходам первого и второго амплитудно-фазовых детекторов соответственно и своими выходами к управляющим входам первого и второго амплитудно-фазовых детекторов соответственно, сигнальные входы амплитудно-фазовых детекторов подключены через усилитель к выходу чувствительного элемента, первый и второй опорные входы первого амплитудно-фазового детектора подключены к второму и третьему выходам формирователя напряжений соответственно, первый и второй опорные входы второго амплитудно-фазового детектора подключены к четвертому и пятому выходам формирователя напряжений, а вход блока индикации подключен к выходу блока амплитудно-фазовой селекции. 2. Дефектоскоп по п.1, отличающийся тем, что каждый из амплитудно-фазовых детекторов блока формирования квадратурных напряжений состоит из двух управляемых ключей, дифференциального усилителя, пяти резисторов и двух конденсаторов, сигнальные входы управляемых ключей объединены через первый и второй резисторы и образуют сигнальный вход амплитудно-фазового детектора, управляющие входы ключей образуют его первый и второй опорные входы, дифференциальный усилитель подключен прямым входом к выходу второго ключа и инверсным входом к выходу первого ключа, между выходом дифференциального усилителя и его инверсным входом включены параллельно соединенные третий резистор и первый конденсатор, между инверсным входом дифференциального усилителя и "нулем" источника питания включен четвертый резистор, прямой вход дифференциального усилителя подключен к первой общей точке параллельно соединенных второго конденсатора и пятого резистора, а их вторая общая точка является управляющим входом амплитудно-фазового детектора. 3. Дефектоскоп по пп. 1 и 2 отличающийся тем, что пропорционально-интегрирующий регулятор состоит из операционного усилителя, соединенного прямым входом с нулевой точкой источника питания, конденсатора, включенного между выходом и инверсным входом операционного усилителя, резистора, один из выводов которого подключен к инверсному входу операционного усилителя, а второй образует вход пропорционально-интегрирующего регулятора, и форсирующей цепочки, подключенной параллельно резистору и образованной двумя параллельно-встречно включенными диодами и последовательно включенным с ними вторым резистором, при этом сопротивление R₁ и R₂ первого и второго резисторов выбираются из соотношения 100 > R₁/R₂ > 10. 4. Дефектоскоп по пп.1 3, отличающийся тем, что фазовращатель состоит из четырехпозиционного переключателя с четырьмя входами и четырьмя выходами, двух операционных усилителей, десяти резисторов и двух потенциометров с общей ручкой регулировки, на входы переключателя подаются сигналы U_x, -U_x, U_y и -U_y соответственно, а в каждой из четырех позиций на его первом четветом выходах соответственно образуются сигналы U_x, -U_y, -U_x, U_y в первой позиции, -U_y, -U_x, U_y, U_x во второй позиции, U_y, U_x, -U_y, -U_x в третьей позиции и -U_x, U_y, U_x, -U_y в четвертой позиции, первый и шестой резисторы объединены одним из выводов и подключены к первому выходу переключателя, второй и восьмой резисторы объединены одним из выводов и подключены к второму выходу переключателя, третий и пятый резисторы объединены одним из выводов и подключены к третьему выходу переключателя, четвертый и седьмой резисторы объединены одним из выводов и подключены к четвертому выходу переключателя, вторые выводы первого и второго резисторов и средний вывод первого потенциометра объединены и подключены к инверсному входу первого операционного усилителя, его выход образует выход "Х'" фазовращателя, а между выходом и инверсным входом первого операционного усилителя включен девятый резистор, первый потенциометр подключен крайними выводами к вторым выводам третьего и четвертого резисторов соответственно, вторые выводы пятого и шестого резистров и средний вывод второго потенциометра объединены и подключены к инверсному входу второго операционного усилителя, его выход образует выход "Y'" фазовращателя, между выходом и инверсным входом второго операционного усилителя включен десятый резистор, а второй потенциометр подключен крайними выводами к вторым выводам седьмого и восьмого резисторов соответственно. 5. Дефектоскоп по пп.1 4, отличающийся тем, что блок амплитудно-фазовой селекции состоит из компаратора, первого потенциометра и балансного усилителя постоянного тока с цепью смещения входного напряжения, а блок индикации из индикатора амплитуды сигнала и управляемого звукового генератора с подключенными к его выходам звуковым и световым индикаторами, цепь смещения состоит из двух резистров и второго потенциометра, включенного между нулевым и минусовым выводами источника питания, первый резистор включен между прямым входом балансного усилителя постоянного тока и средним выводом потенциометра, второй резистор включен между прямым входом усилителя постоянного тока и входом "Х'" блока амплитудно-фазовой селекции и подключен к сигнальному входу индикатора амплитуды сигнала, а инверсный вход усилителя постоянного тока соединен с "нулем" источника питания, компаратор соединен входом "+" с входом "Х'" и входом "-" со средней точкой первого потенциометра, включенного крайними выводами между "нулем" источника питания и входом "Y'" блока амплитудно-фазовой селекции, выход компаратора подключен к управляющему входу звукового генератора, соединенного минусовой шиной питания с источником питания, а плюсовой шиной с выходом балансного усилителя постоянного тока.