Многоэлементный вихретоковый преобразователь Российский патент 2021 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для высокопроизводительного контроля качества, включающего сканирование поверхности контролируемого объекта.

Известен многоэлементный вихретоковый преобразователь, содержащий чувствительные элементы, расположенные в узлах прямоугольной сетки на равных расстояниях D_x и D_y друг от друга по ортогональным направлениям х и у, соответственно [Patent Application Publication US2009/0091318A1]. Данный преобразователь, подключенный через мультиплексор к электронному блоку, устанавливается на поверхности контролируемого объекта и по совокупности сигналов, полученных через мультиплексор от каждого из чувствительных элементов, судят о наличии дефектов на прямоугольном участке под преобразователем.

Недостаток известного многоэлементного преобразователя состоит в низкой разрешающей способности, определяемой диаметром рабочего торца его отдельных чувствительных элементов.

Наиболее близок к предложенному по технической сущности многоэлементный вихретоковый преобразователь, содержащий две идентичные линейки чувствительных элементов, каждая из которых состоит из N идентичных чувствительных элементов, размещенных с равным шагом D_x вдоль оси х линейки, чувствительные элементы имеют размер d_х<D_x рабочего торца вдоль оси x, оси линеек параллельны и смещены друг относительно друга вдоль оси у, ортогональной к оси х, на величину D_y> d_у, где d_у – размер рабочего торца чувствительных элементов вдоль оси y, а вторая линейка смещена вдоль оси х относительно первой линейки на величину d_см <d_х/2 [https://m.pergam.by/press/blogs/eddy-current.htm]. В процессе контроля известный многоэлементный вихретоковый преобразователь перемещается вдоль оси y, а совокупность вихретоковых сигналов, поступающих в электронный блок от каждого из чувствительных элементов, например, через мультиплексор, позволяет получить информацию о состоянии контролируемого объекта на пройденном пути по всей ширине линейки без механического сканирования по координате х.

Однако и этот многоэлементный преобразователь не обеспечивает потенциально достижимой разрешающей способности, что связано с неравномерной пространственной чувствительностью отдельных чувствительных элементов в пределах их рабочего торца.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении разрешающей способности контроля.

Указанный технический результат в многоэлементном вихретоковом преобразователе, содержащем две идентичные линейки чувствительных элементов, каждая из которых состоит из N идентичных чувствительных элементов, размещенных с равным шагом D_x вдоль оси х линейки, чувствительные элементы имеют размер d_х<D_x рабочего торца вдоль оси x, оси линеек параллельны и смещены друг относительно друга вдоль оси у, ортогональной к оси х, на величину D_y> d_у, где d_у – размер рабочего торца чувствительных элементов вдоль оси y, а вторая линейка смещена вдоль оси х относительно первой линейки на величину d_см <D_х, достигается благодаря тому, что он снабжен идентичными двум первым M дополнительными линейками с осями параллельными оси х, соседние основные и дополнительных линейки последовательно смещены друг относительно друга по оси у на величину D_y, а каждая последующая k+1-я линейка (k = 1, 2,…, M+1) смещена по оси х относительно предыдущей k-ой линейки на величину d_см =D_х/(M+2)

На фиг. 1 схематично представлен заявляемый многоэлементный вихретоковый преобразователь; на фиг. 2 показана рекомендуемая схема контроля для подключения преобразователя.

Заявляемый многоэлементный вихретоковый преобразователь рассмотрен на примере выполнения с 4-мя линейками, каждая из которых состоит из 4-х чувствительных элементов в виде накладных катушек индуктивности с витками круглой формы, используемыми как для возбуждения вихревых токов (возбуждающие катушки), так и для регистрации реакции вихревых токов (измерительные катушки). Для регистрации реакции вихревых токов могут использоваться и другие магниточувствительные элементы, например, датчики Холла, а возбуждающие и измерительные катушки могут иметь и другую форму, например, прямоугольную. Возможен также вариант, когда возбуждение вихревых токов и регистрация их реакции выполняется одной и той же катушкой индуктивности чувствительного элемента (параметрический преобразователь).

Многоэлементный вихретоковый преобразователь, в представленном на фиг. 1 варианте, состоит из линеек 1 -4 чувствительных элементов. Каждая из линеек содержит по 4 чувствительных элемента: линейка 1 – чувствительные элементы 1.1, 1.2, 1.3 и 1.4; линейка 2 – чувствительные элементы 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4; линейка 3 – чувствительные элементы 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4; линейка 4 – чувствительные элементы 4.1, 4.2, 4.3 и 4.4. Чувствительные элементы размещены с равным шагом D_x вдоль оси х_i (i =1, 2,3, 4) каждой линейки. Чувствительные элементы в данном примере имеют круглую форму рабочего торца и поэтому его размеры d_х и d_у вдоль осей x и у равны, при этом d_х<D_x. Оси линеек х_i (i =1, 2,3, 4) параллельны и смещены друг относительно друга вдоль оси у, ортогональной к оси х, на величину D_y> d_у.

Соседние линейки 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 последовательно смещены друг относительно друга по оси у на величину D_y, а каждая последующая k+1-я линейка (k = 1, 2, …, 4) смещена по оси х относительно предыдущей k-ой линейки на величину d_см =D_х/(M+2). В данном примере число дополнительных линеек М = 2, поэтому d_см =D_х/4.

Рекомендуемая схема для подключения заявляемого многоэлементного вихретокового преобразователя 5 состоит из мультиплексора 6, электронного блока 7, датчика 8 скорости перемещения, и персонального компьютера 9. Преобразователь 5 соединен через мультиплексор 6 с электронным блоком 7, второй вход которого соединен с датчиком 8 скорости перемещения, механически соединенным с вихретоковым преобразователем 5. Электронный блок 7 соединен через мультиплексор 6 с вихретоковым преобразователем 5 своим токовым выходом, через который осуществляется питание чувствительных элементов возбуждающим током, и своим измерительным входом с измерительными катушками чувствительных элементов многоэлементного вихретокового преобразователя 5. Вход управления мультиплексора 6 соединен с управляющим выходом персонального компьютера 9, информационный вход которого соединен с выходом электронного блока 7.

В процессе контроля многоэлементный вихретоковый преобразователь перемещается по поверхности объекта контроля (не показан) вдоль оси у. Сигналы с чувствительных элементов 1.1, 1.2, 1,3 и 1.4 линейки 1, чувствительных элементов 2.1, 2.2, 2,3 и 2.4 линейки 2, чувствительных элементов 3.1, 3.2, 3,3 и 3.4 линейки 3, чувствительных элементов 4.1, 4.2, 4,3 и 4.4 линейки 4 поступают в электронный блок 7 через мультиплексор 6. Они несут информацию о соответствующих зонах объекта контроля (ОК), смещенных друг относительно друга с шагом D_y по оси у и шагом d_см по оси х. Для осуществления координатной привязки регистрируемых сигналов необходимо знать временные задержки ∆t₁₂ , ∆t₁₂, ∆t₁₃ для сигналов, поступающих от линеек 2 - 4 смещенных относительно линейки 1. Они вычисляются через скорость сканирования V, регистрируемую датчиком 8 скорости перемещения: ∆t₁₂ = D_y/ V, ∆t₁₃ = 2∆t₁₂, ∆t₁₄ = 3∆t₁₂.

После усиления и преобразования регистрируемых сигналов в электронном блоке 7 они поступают на вход персонального компьютера 9, где полученная информация о текущих координатах и соответствующих им сигналах преобразуется для отображения в виде диаграмм или графиков.

В упрощенном варианте датчик скорости перемещения может не применяться, что, хотя, и приведет к искажению координатной привязки, но не отразится на надежности выявления дефектов.

По сравнению с прототипом при фиксированной величине рабочего торца чувствительного элемента заявляемый многоэлементный вихретоковый преобразователь позволяет получать информацию с большей разрешающей способностью по координате х, ортогональной к направлению сканирования.

В заявляемом преобразователе, также, как и в прототипе по координате х информация считывается дискретно, что определяет разрешающую способность контроля. Однако в прототипе шаг дискретизации составляет d_x/2, а в предложенном преобразователе - d_x/(М+2), где d_x – размер рабочего торца чувствительных элементов по координате х, а М – число дополнительных линеек с чувствительными элементами.

Таким образом заявляемый многоэлементный вихретоковый преобразователь, по сравнению с прототипом, обладает техническими преимуществами, связанными с повышением разрешающей способности контроля за счет повышения разрешающей способности при фиксированных размерах чувствительных элементов.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для высокопроизводительного контроля качества, включающего сканирование поверхности контролируемого объекта. Сущность изобретения заключается в том, что многоэлементный вихретоковый преобразователь снабжен идентичными двум первым M дополнительными линейками с осями, параллельными оси х, соседние основные и дополнительные линейки последовательно смещены относительно друг друга по оси у на величину Dy, а каждая последующая k+1-я линейка (k = 1, 2,…, M+1) смещена по оси х относительно предыдущей k-й линейки на величину dсм =Dх/(M+2). Технический результат – повышение разрешающей способности контроля. 2 ил.

Многоэлементный вихретоковый преобразователь, содержащий две идентичные линейки чувствительных элементов, каждая из которых состоит из N идентичных чувствительных элементов, размещенных с равным шагом D_x вдоль оси х линейки, чувствительные элементы имеют размер d_х<D_x рабочего торца вдоль оси x, оси линеек параллельны и смещены относительно друг друга вдоль оси у, ортогональной к оси х, на величину D_y> d_у, где d_у – размер рабочего торца чувствительных элементов вдоль оси y, а вторая линейка смещена вдоль оси х относительно первой линейки на величину d_см <D_х, отличающийся тем, что он снабжен идентичными двум первым M дополнительными линейками с осями, параллельными оси х, соседние основные и дополнительные линейки последовательно смещены относительно друг друга по оси у на величину D_y, а каждая последующая k+1-я линейка (k = 1, 2,…, M+1) смещена по оси х относительно предыдущей k-й линейки на величину d_см =D_х/(M+2).