ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОПАРАМЕТРОВОГО КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N27/85 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может использоваться для многопараметрового контроля качества ферромагнитных изделий.

Из таких устройств наиболее близким по технической сущности и достигнутым результатам к данному изобретению является устройство для многопараметрового контроля, содержащее независимые аналоговые генераторы синусоидальных колебаний, подключенные к генераторам, последовательно соединенные сумматор, измерительный преобразователь, усилитель, синхронные детекторы с фазорегуляторами, дополнительные синхронные детекторы, управляемые формирователями комбинационных колебаний, входы которых подключены к генераторам, а выходы через дополнительные фазорегуляторы - к дополнительным синхронным детекторам. Выходы всех синхронных детекторов подключены к блоку обработки сигнала [1].

Недостатками данного устройства, снижающими точность неразрушающего контроля, являются, во-первых, нестабильность амплитуд аналоговых генераторов; во-вторых, небольшая неизбежная нестабильность частоты генераторов, приводящая к большой относительной нестабильности частот формирователя комбинационных колебаний; и, в-третьих, нестабильность амплитуд комбинационных колебаний, вызываемая нестабильностью их частот, поскольку комбинационные колебания выделяются после преобразования частоты фильтрами.

Изобретение направлено на повышение точности контроля. Указанные недостатки устраняются тем, что в устройстве применен цифровой генератор колебаний сложной формы и управляющих колебаний для синхронных детекторов основных и комбинационных гармоник.

Вместо непериодических колебаний, образующихся суммированием колебаний независимых генераторов, формируются почти непериодические колебания (периодические колебания с относительно большим периодом) цифровым способом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Позиции на чертеже обозначают: 1 - тактовый генератор; 2 - формирователи последовательностей синхроимпульсов, в качестве которых могут быть использованы делители частоты; 3 - формирователи гармоник, выполненные на цифроаналоговых преобразователях; 4 - сумматор; 5 - измерительный преобразователь, установленный над ферромагнитным контролируемым изделием; 6 - усилитель; 7 - синхронные детекторы; 8 - блок аналоговой обработки сигнала.

Тактовый генератор 1 вырабатывает импульсы стабильной частоты, которые поступают на формирователи последовательностей синхроимпульсов 2₁, 2₂, ... , 2_n, 2_n+1, . . ., 2_n+m. Полученные синхроимпульсы подаются на формирователи гармоник 3₁, 3₂, ..., 3_n, 3_n+1, ..., 3_n+m.

Частоты гармоник ω_i должны относиться как большие, взаимно простые числа C_i:
ω₁:ω₂:...:ω_n = C₁:C₂:...:C_n (1)
При этом условии гармонические колебания, складываясь в сумматоре 4, дают сложное, почти непериодическое колебание. Его период определяется частотой ω :
,
которая связана с частотами гармоник соотношениями:

Таким образом, период сложного колебания в C_i превышает период i-ой гармоники:
T = C_i T_i
Током сложного колебания возбуждается измерительный преобразователь 5. В сигнале преобразователя, кроме основных гармоник, содержатся комбинационные гармоники с частотами, при условии (1) не совпадающими с частотой основных гармоник.

Сигнал преобразователя усиливается усилителем 6 и подается на входы синхронных детекторов 7₁, 7₂, ..., 7_n, 7_n+1, ..., 7_n+m. Синхронные детекторы производят гармонический анализ сигнала преобразователя, определяя напряжения U_i основных гармоник при i = 1, 2, ..., n и комбинационных колебаний при i = n, n+1, ..., n+m.

Напряжения Ui поступают в блок аналоговой обработки 8, где производятся известные регрессионная или дискриминантная обработка сигнала с целью выделения информации о параметрах контролируемого изделия [2]. Предлагаемое устройство предназначено для 100%-ного контроля серийно выпускаемых деталей, поэтому стоимость его сравнительно невысокая.

Предлагаемое устройство можно реализовать программным способом, используя современную цифровую технику.

На фиг. 2 показана блок-схема устройства с программным формированием и обработкой сигнала.

Позиции на чертеже обозначают: 1 - цифровая система формирования аналогового сигнала возбуждения преобразователя; 2 - усилитель мощности с токовым выходом; 3 - измерительный преобразователь; 4 - усилитель; 5 - компьютерная система спектрального анализа и обработки сигнала.

Цифровая система 1 генерирует почти непериодический сигнал сложной формы, который поступает на усилитель мощности 2 с токовым выходом. Сигнал усилителя мощности возбуждает измерительный преобразователь 3. Сигнал преобразователя усиливается усилителем 4 и поступает на компьютерную систему обработки сигнала 5, где производится численный гармонический анализ, в результате которого определяются составляющие напряжения гармоник

Эта же компьютерная система производит обработку полученных компонент многомерного сигнала U_i с целью выделения информации о контролируемом параметре X
X = F (U₁, U₂, ..., U_n)
Обе системы 1 и 5 управляются одним тактовым генератором 6.

Как было показано, предложенная блок-схема обеспечивает применение цифрового форсирования сигнала и цифровой его обработки, что еще более повысит точность неразрушающего контроля.

В этом случае возможно гибко программно перестраивать устройство на контроль различных деталей.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 530240, кл. G 01 N 27/86, 1972.

2. Анисимов С.Д., Виноградова И.Ю. Дискриминантный анализ для многопараметрового электромагнитного контроля. -Дефектоскопия, N 11, 1994, с. 52-54.

Устройство содержит последовательно соединенные сумматор, измерительный преобразователь, усилитель, синхронные детекторы основных гармоник и комбинационных колебаний и блок обработки сигнала. В устройство введены генератор тактовых импульсов с формирователями синхроимпульсов, выходы которых соединены со входами формирователей основных и комбинационных гармоник. Выходы формирователей основных гармоник подключены ко входу сумматора и ко входам управления синхронных детекторов основных гармоник. Выходы формирователей комбинационных гармоник подключены к управляющим входам синхронных детекторов. Кроме того, цепи формирования основных и комбинационных гармоник сигнала возбуждения измерительного преобразователя выполнены в виде цифровой системы, подключенной ко входу усилителя мощности. Цепи синхронных детекторов основных и комбинационных гармоник и блок обработки сигнала представлены компьютерной системой спектрального анализа и обработки сигнала, подключенной к выходу усилителя. Тактовый генератор подключен ко входам цифровой и компьютерной систем. Благодаря использованию цифрового формирования сигнала и цифровой его обработки устройство обеспечивает повышенную точность неразрушающего контроля. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Электромагнитное устройство для многопараметрового контроля ферромагнитных изделий, содержащее последовательно включенные сумматор, измерительный преобразователь, усилитель, синхронные детекторы основных гармоник и комбинационных колебаний и блок обработки сигнала, отличающееся тем, что оно содержит генератор тактовых импульсов с подсоединенными к нему формирователями синхроимпульсов, выходы которых соединены с входами формирователей основных и комбинационных гармоник, выходы формирователей основных гармоник подключены к входу сумматора и к входам управления синхронных детекторов основных гармоник, а выходы формирователей комбинационных гармоник подключены к управляющим входам синхронных детекторов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цепи формирования основных и комбинационных гармоник сигнала возбуждения измерительного преобразователя выполнены в виде цифровой системы, подключенной к входу усилителя мощности, а цепи синхронных детекторов основных и комбинационных гармоник и блок обработки сигнала представлены компьютерной системой спектрального анализа и обработки сигнала, подключенной к выходу усилителя, при этом тактовый генератор подключен к входам цифровой и компьютерной систем.