СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ КРЕПЛЕНИЯ СИДЕНИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2013 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля магнитной проницаемости и электропроводности изделий из ферромагнитных материалов, например механической прочности крепления сидений транспортных средств.

Известен способ контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов (а.с. Способ контроля физико-механических параметров, SU 1259174, 23.09.86. Бюл. №35.)

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ с частотным методом выделения сигнала.

Устройство содержит генератор 1 с изменяемой частотой, соединенные последовательно параметрический индуктивный преобразователь 2, ключ 3 и эталонный резистор 4, подключенные к выходу генератора 1 с изменяемой частотой, соединенные последовательно амплитудный детектор 5, подключенный к эталонному резистору 4, и индикатор 6. Устройство содержит также конденсатор 7, подключенный параллельно индуктивному преобразователю 2 и ключу 3, а также блок 8 измерений частоты, подключенный к генератору 1 с изменяемой частотой.

Для цепи из соединенных параллельно индуктивного преобразователя и компенсирующего конденсатора, подключенной к источнику переменного напряжения, удаление из цепи индуктивного преобразователя не изменяет амплитуды тока в неразветвленной части цепи, когда X_C=2X_L. Это видно из уравнения тока такой цепи ,

где - эквивалентная проводимость разветвления цепи;

- реактивная проводимость компенсирующего конденсатора;

q, b_L - соответственно активная и реактивная проводимости индуктивного преобразователя. Из равенства получают Х_С=2X_L.

Способ осуществляют следующим образом. В переменное магнитное поле индуктивного преобразователя помещают контролируемое изделие (не показано). Изменением частоты питающего генератора 1 при неизменном на его выходе напряжении и постоянной величине емкости компенсирующего конденсатора 7 добиваются такого состояния, когда при работающем ключе 3 прекратятся колебания стрелки индикатора 6. В этот момент прекращают изменять частоту генератора 1 и при помощи блока 8 измерения частоты измеряют его рабочую частоту. Компенсация удвоенной величины реактивной составляющей полного сопротивления индуктивного преобразователя позволяет повысить надежность и стабильность измерений за счет того, что рабочая частота генератора , определяемая из условия X_C=2X_L, не зависит от активного сопротивления индуктивного преобразователя, поэтому влияние внешних условий, таких как изменение температуры, сказывается в меньшей степени. Это является существенным достоинством.

Недостатком этого способа контроля физико-механических параметров изделий из феррромагнитных материалов является недостаточная чувствительность к их незначительным изменениям.

Способ невозможно применить в тех случаях контроля физико-механических параметров изделий, когда необходимо сравнение с исправными изделиями, а неисправные изделия недоступны для непосредственной оценки их состояния.

Наиболее близким по своей сути является способ электромагнитного контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных электропроводящих материалов, принятый за прототип. Он достигается путем сравнения полных сопротивлений индуктивных преобразователей, включенных в диффенциальную схему с двумя последовательными резонансными контурами (Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. Под ред. Г.С.Самойловича. М.: «Машиностроение», 1986, рис.78, стр.269). Резонансные контуры (фиг.2) настроены на резонанс напряжения, который возникает при равенстве реактивных сопротивлений индуктивной катушки X_L и конденсатора X_C, т.е. X_L=X_C. Использование последовательной резонансной электрической цепи при измерениях, например, электропроводности, толщины листов, стенки труб позволяет уменьшить влияние изменения зазора между индуктивной катушкой и изделием в пределах до 0,2 мм. Однако влияние температуры на результаты измерений исключить нельзя. Это является недостатком способа прототипа.

Задача предлагаемого изобретения - расширение возможностей применения способа электромагнитного контроля физико-механических параметров изделий из ферромагнитных материалов для оценки механической прочности крепления сидений транспортных средств.

На фиг.3 показана схема участка крепления сидений транспортных средств. На схеме обозначено 19 - болт, 20 - кронштейн крепления сидения, 21 - элементы конструкции пола транспортного средства, 18 - экранное ферритовое кольцо индуктивного преобразователя, 2 - обмотка индуктивного преобразователя, 22 - шайба, 23 - пружинная шайба, 24 - гайка. Экранное ферритовое кольцо 18 имеет большую величину магнитной проницаемости, выполненяется из марганец-цинковых ферритов (Электротехнический справочник. В 3-х т. T.1. Под общ. ред. профессора МЭИ В.Г.Герасимова и др. - 6-е изд., испр. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 520 с., таблица 11-13 «Основные параметры марганец-цинковых ферритов», стр.340). Внутри кольца размещена обмотка индуктивного преобразователя 2. Экранное ферритовое кольцо служит для значительного уменьшения влияния на электромагнитное поле индуктивного преобразователя элементов конструкции пола транспортного средства 21.

Технический результат достигается тем, что электрическая схема, показанная на фиг.2, с помощью которой реализуется способ, содержит: генератор с изменяемой частотой переменного тока 1, к выводам которого подключена дифференциальная схема с двумя последовательными резонансными колебательными контурами. Первый колебательный контур содержит последовательно соединенные амперметр переменного тока 13, конденсатор с переменной величиной емкости 7, который может отключаться и включаться с помощью ключа 3, и индуктивный преобразователь 2. Второй колебательный контур содержит последовательно соединенные амперметр переменного тока 13, конденсатор с переменной величиной емкости 7 и индуктивный преобразователь 2. Вывод генератора 1, к которому подключены выходы индуктивных преобразователей 2, образуют электрическую шину (общий проводник, к которому подключаются другие электрические элементы).

Разностный сигнал переменного тока от входов индуктивных преобразователей 2 преобразуется в сигнал постоянного тока с помощью двух полупроводниковых детекторов диодов 14 и двух электрических RC-фильтров, состоящих из конденсаторов 15 и резисторов 16, имеющих потенциометрические выводы. К потенциометрическим выводам резисторов 16 подключен вольтметр 17 постоянного тока. Электромагнитные преобразователи 2 снабжены экранными ферритовыми кольцами 18.

Первый последовательный резонансный контур настраивается на резонансное явление, возникающее при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора 7 удвоенной величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя 2. Это достигается следующим образом. Для цепи из последовательно соединенных конденсатора и индуктивного преобразователя, подключенной к источнику переменного напряжения, короткое замыкание пластин конденсатора не приводит к изменению амплитуды тока в индуктивном преобразователе, когда величина удвоенного реактивного сопротивления индуктивного преобразователя X_L равна величине реактивного сопротивления конденсатора X_C. Это видно из уравнения тока в преобразователе включением и выключением конденсатора цепи при условии X_C=2X_L.

,

где R_Д - активное сопротивление преобразователя (датчика).

При невыполнении условия X_C=2X_L уменьшается величина тока индуктивного преобразователя.

Второй последовательный резонансный контур настраивается на явление резонанса напряжений. Оно возникает при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора 7 величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя 2, т.е. X_C=X_L.

Частота переменного тока генератора при электромагнитном контроле механической прочности крепления сидений транспортных средств (фиг.3) устанавливается такой, при которой глубина распределения вихревых токов, возникающих в электропроводящем материале, была бы равна не более суммы толщины резьбы болта и толщины резьбы гайки. Расчет распределения вихревых токов по глубине h электропроводящего материала производится по формуле (Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. Под ред. Г.С.Самойловича. М.: «Машиностроение», 1986, стр.208):

где f - частота переменного тока;

σ - электрическая проводимость;

µ - магнитная проницаемость.

Измерения по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. В электромагнитное поле первого и второго индуктивных преобразователей размешают в доступных для контроля образцах с заведомо исправным резьбовым соединением.

Изменяют величину емкости конденсатора 7 первого резонансного контура и при работающем ключе 3 добиваются отсутствия колебания стрелки амперметра переменного тока 13. Так создают условие равенства X_C=2X_L, при котором работает первый резонансный контур. Ключ 3 оставляют в разомкнутом состоянии (фиг.2).

Изменяют величину емкости конденсатора 7 второго резонансного контура и добиваются максимального познания амперметра 13. Это одно из условий возникновения резонанса напряжений, когда X_L=X_C (фиг.2).

Изменяя положения потенциометрических выводов резисторов 16, добиваются отсутствия показания вольтметра 17 (фиг.2).

Индуктивный преобразователь первого резонансного контура помещают поочередно на гайки болтов крепления сидений в нижней части пола транспортного средства (фиг.3) и по отклонению от нулевого значения показания вольтметра постоянного тока 17 (фиг.2) судят о механической прочности крепления сидений транспортных средств. Болтовое крепление сидений может быть подвергнуто коррозионному разрушению в процессе эксплуатации транспортного средства.

Предлагаемый способ позволяет проводить инструментальный контроль прочности креплений сидений к кузову транспортного средства, по результатам которого принимается решение о замене поврежденного резьбового соединения. Учитывая, что крепления сидений оказывают влияние на пассивную безопасность транспортных средств, можно сделать вывод, что предлагаемый способ повысит безопасность их пассажиров.

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: возможность использования электромагнитного контроля для оценки механической прочности болтового крепления сидений транспортных средств. Сущность изобретения: используются два последовательных колебательных LC-контура одной частоты. Первый последовательный резонансный контур настраивается на резонансное явление, возникающее при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора удвоенной величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя, т.е. X_C=2X_L. Его размещают на болтовом креплении сидений транспортных средств в нижней части пола транспортного средства. Второй последовательный резонансный контур настраивается на резонанс напряжений, возникающий при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя, т.е. X_C=X_L. Его размещают на заведомо исправном образце болтового крепления сидений. По отклонению от нулевого значения разности напряжений на первом и втором LC-колебательных контурах судят о прочности болтового крепления сидений. 3 ил.

Способ электромагнитного контроля механической прочности крепления сидений транспортных средств, заключающийся в том, что болтовое крепление сидений к полу транспортного средства помещают в переменное магнитное поле неизменной частоты первого параметрического индуктивного преобразователя, включенного в последовательный LC-колебательный контур, а заведомо исправное болтовое крепление сидений на образце помещают в переменное магнитное поле неизменной частоты второго параметрического индуктивного преобразователя, включенного в последовательный LC-колебательный контур и соединенного по дифференциальной схеме с первым параметрическим индуктивным преобразователем LC-колебательного контура, отличающийся тем, что индуктивные преобразователи снабжены экранными ферритовыми кольцами, емкость конденсатора первого последовательного LC-колебательного контура устанавливают при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора удвоенной величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя, т.е. X_C=2X_L, а емкость конденсатора второго LC-колебательного контура устанавливают при условии равенства величины реактивного сопротивления конденсатора величине реактивного сопротивления индуктивного преобразователя, т.е. X_C=X_L, а по отклонению разности напряжений от нулевого значения на первом и втором LC-колебательных контурах судят о механической прочности крепления сидений транспортных средств.