УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ Российский патент 1998 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изделий методом вихревых токов и может быть использовано для решения задач дефектоскопии электропроводящих изделий.

Известно устройство для вихретокового контроля, содержащее генератор, вихретоковый преобразователь, усилитель, детектор, избирательный фильтр и регистрирующее устройство [1]. Известно также устройство для вихретокового контроля, содержащее генератор, вихретоковый преобразователь, усилитель, фазовый детектор, фазорегулятор и индикатор [1].

Недостатком известных устройств является неудовлетворительные метрологические характеристики из-за низкой точности и достоверности контроля.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для вихретокового контроля [2] (прототип) содержащее последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь, блок амплитудно-фазовой селекции, ко второму входу которого подключен второй выход генератора, полосовой фильтр и индикатор.

Генератор питает синусоидальным напряжением вихретоковый преобразователь. Сигнал с выхода вихретокового преобразователя, несущий информацию о параметрах контролируемого изделия, поступает на вход блока амплитудно-фазовой селекции, где усиливается и детектируется фазовым детектором. Необходимое для подавления влияния мешающего фактора направление вектора опорного напряжения подбирается с помощью фазорегулятора, на вход которого поступает синусоидальное напряжение со второго выхода генератора. С выхода блока амплитудно-фазовой селекции сигнал поступает на вход полосового фильтра, где происходит частотная селекция сигнала с выделением огибающей. Сигнал с выхода полосового фильтра регистрируется индикатором.

Недостатком известного устройства является сравнительно низкая чувствительность, что приводит к снижению надежности контроля.

Целью изобретения является повышение чувствительности контроля электропроводящих изделий за счет возведения зарегистрированного сигнала в степень, формирования порций спектра плотности мощности и трехмерного отображения спектров зарегистрированного сигнала.

Указанная цель достигается тем, что устройство для вихретокового контроля, содержащее последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь, блок амплитудно-фазовой селекции, второй вход которого подключен к второму выходу генератора, блок полосового фильтра и индикатор дополнительно снабжено последовательно соединенными аналого-цифровыми преобразователем (АЦП), подключенным к выходу блока полосового фильтра, блоком возведения сигнала в степень, блоком формирования порций спектра плотности мощности, блоком отображения спектров в трехмерной графике и ЭВМ.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: аналого-цифрового преобразователя, блока возведения сигнала в степень, блока формирования порций спектра плотности мощности, блок отображения спектров в трехмерной графике, ЭВМ и их новыми связями с остальными элементами схемы.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

При введении дополнительных элементов в указанной связи с остальными элементами схемы в заявляемом устройстве для вихретокового контроля, устройства проявляют новые свойства, что приводит к новому техническому результату - повышение чувствительности контроля.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для вихретокового контроля. На фиг. 2-4 приведены соответственно двухмерная временная диаграмма сигнала от трубы из нержавеющей стали с искусственным дефектом в виде сквозного радиального отверстия диаметром 0,15 мм, полученная на прототипе (отношение сигнал/шум 2,5), двухмерная временная диаграмма сигнала от указанной трубы, полученная на выходе блока возведения сигнала в степень заявляемого устройства (отношение сигнал/шум 9,2), трехмерная диаграмма спектров сигнала от указанной трубы, полученная с помощью заявляемого устройства (отношение сигнал/шум 98,4).

Устройство для вихретокового контроля содержит последовательно соединенные генератор 1, вихретоковый преобразователь 2, блок амплитудно-фазовой селекции 3, второй вход которого подключен к второму входу генератора 1, блок полосового фильтра 4, индикатор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, вход которого подключен к выходу блока полосового фильтра, блок возведения сигнала в степень 7, блок формирования порций спектра плотности мощности 8, блок отображения спектров в трехмерной графике 9 и ЭВМ 10.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 питает синусоидальным током вихретоковый преобразователь 2, который установлен на контролируемом изделии. С выхода вихретокового преобразователя напряжение, несущее информацию о параметрах контролируемого изделия, поступает на вход блока амплитудно-фазовой селекции 3. На второй вход блока амплитудно-фазовой селекции 3 подается напряжение от генератора 1. С выхода блока амплитудно-фазовой селекции 3 напряжение поступает на блок полосового фильтра 4, где происходит частотная селекция сигнала с выделением огибающей. Напряжение с выхода блока полосового фильтра 4 подается на индикатор 5 и аналого-цифровой преобразователь 6. С выхода аналого-цифрового преобразователя 6 преобразованный в цифровой код сигнал поступает на блок возведения сигнала в степень 7, который обеспечивает возведение всей выборки в степень (n + 1), где в качестве n может быть выбрано любое число из ряда 1, 2, 3, 4. Это позволяет существенно повысить отношение сигнал/шум. Сигнал с выхода блока возведения сигнала в степень поступает на блок формирования порций спектра плотности мощности 8, где выборка разбивается на равные порции, размер и количество зависит от геометрических размеров контролируемого изделия, и для каждой порции на основе дискретного преобразования Фурье определяется спектр плотности мощности по формуле

где G_спм - спектр плотности мощности ед²/Гц;
F(n, N) - дискретное преобразование Фурье для выборки процесса (x_k, k = 0,...N-1);
F - частота опроса.

Сигнал с выхода блока формирования порций спектра плотности мощности поступает на блок отображения спектров в трехмерной графике 9, где формируется трехмерное отображение спектров плотности мощности порций сигнала по координатам X, Y, Z. По оси X откладывается частота, по оси Y - порядковый номер порции, на которые разбит сигнал, по оси Z - спектр плотности мощности. Это также позволяет повысить отношение сигнал/шум. Результаты контроля выводятся на экран дисплея и регистрируются принтером ЭВМ 10.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства для вихретокового контроля электропроводящих изделий показали, что по сравнению с устройством аналогичного значения (прототип), заявляемое устройство обеспечивает повышение чувствительности контроля за счет возведения зарегистрированного сигнала в степень, формирования порций спектра плотности мощности и трехмерного отображения спектра зарегистрированного сигнала как минимум на порядок.

Источники информации
1. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Филимонов В.Н. и др. Неразрушающий контроль и диагностики: Справочник - М.: Машиностроение, 1995, с. 303, с. 304.

2. Дорофеев А. Л., Казаманов Ю.Г,. Электромагнитная дефектоскопия: 2-е изд., переработ. и доп. - М.: Машиностроение, 1980, с. 162-163, 176-179.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества материалов и изделий методом вихревых токов и может быть использовано для решения задач дефектоскопии электропроводящих изделий. Устройство содержит последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь, блок амплитудно-фазовой селекции, блок полосового фильтра и индикатор. Устройство дополнительно снабжено последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, блоком возведения сигнала в степень, блоком формирования порций спектра плотности мощности и блоком отображения спектров в трехмерной графике и ЭВМ. Вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу блока амплитудно-фазовой селекции. Устройство обеспечивает повышение точности контроля качества электропроводящих изделий за счет возведения зарегистрированного сигнала в степень, формирования порций спектра плотности мощности и трехмерного отображения спектров зарегистрированного сигнала. 4 ил.

Устройство для вихретокового контроля электропроводящих изделий, содержащее последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь, блок амплитудно-фазовой селекции, второй вход которого подключен к второму выходу генератора, блок полосового фильтра, индикатор, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено последовательно соединенными аналогоцифровым преобразователем, вход которого подключен к выходу блока полосовых фильтров, блоком возведения сигнала в степень, блоком формирования порций спектра плотности мощности, блоком отображения спектров в трехмерной графике и ЭВМ.