Способ электромагнитного контроля качества композиционных материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01N27/90 

Изофетение отнсх:ится к средствам нераэрушающего контроля качества композиционных материалов, получаемых в процессе полимеризации, структурообразования и т. д. в Ьлучаях, когда качество кон тролируемого материала характеризуется однородностью электрических свойств, а дефектные зоны обладают более проводящими свойствами, и может быть использовано во всех отраслях машиностроения. Известен способ контроля качества композиционных материалов, закпютакший ся в том, что с помощью емкостного прео разователя с зазором возбуждают в объек те электрическое поле и по величине тангенса угла эквивалентных потерь судят о контролируемых параметрах объекта, причем частоту иэктерителя подбирают так, чтобы экстремум эквивалентного тангенса угла потерь Ьс сГд датчика был приурочен к окончанию основньк процессов струк турообраэования, осуществляют измерение t( фиксируют момент достижения экcтpe faльнoгo значения ixj-cfg . Недостатками способа являются низкая производительность контроля и узкий диапазон контролируемых величин,что обусловлено необходимостью предварительного выбора рабочей частоты. Известно устройство, реализуклцее способ, содержащее измерительный автогенератор с емкостным первичным преобразователем с зазором, включенным в качестве элемента колебательного контура автогенератора, балансный усилитель, элемент задержки времени, указатель момента появления экстремума и реле 1 Недостаток устройства - 1 кзкая точность определения момента появления экстремума при окончании момента основных процессов структурообразования композиционных материалов, обусловленных тем, что зависимость эквивалентного тангенса потерь tqcfg от тангенса угла потерь среды t((fy в области экстремума имеет малую величину. Известно также устройство для электромагнитного контроля, содержащее ем310костной и вихретоковый первиные преобразователи накладного типа, являющиеся элемеигами трехточечньсх автогенерагоров. Преобразователи конструктивно объе динены. Вихретоковый преобразователь включен в нагрузочный контур автогенератора, емкостной преобразователь вклю чен в цель положительной обработки связи. Сигнал с автогенератора выделяется амплитудным детектором и, поступае-т после сравнения на регистрирующий прибор 2. Недостатком устройства является то, что оно имеет ограниченную область применения и может быть применено для сред,имеющих большую электропроводность. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ электромагнитного контроля . качества композиционных материалов, заключающийся в том, .что с помощью емкостного преобразователя возбуждают в объекте электрическое поле и определяют тангенс угла эквивалентных потерь и по величине тангенса угла эквивалентных потерь судят о контролируемых пара метрах объекта. Недостатком способа является то, чт положение экстремума в характеристике эквивалентных потерь от времени г.0( зависит от электромагнитных свойств композиционных материалов и делает необходимым выбор рабочей частоты на ос нове предварительных исследований семейства частотных характеристик bQCfg(-t,{.) , что снижает производительность и сужает ц: бяасть его применения Устройство для электромагнитного контроля качества композиционных материалов, реализующее известный способ, содержит автогенератор с емкостным первичным преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного конт ра автогенератора, ампдитудный и частот ный детекторы, подключенные к выходу автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенную между выходом частотного детектора и базой автогенератора, последовательно соединенные указатель момента появления экстремума, подключенный через второй элемент задержки времени к выходу блока умножения, и электронный ключ С 3 J . 2 Недостатком устройства является то, что оно не позволяет оперативно выбрать нужную рабо.чую частоту и расширить область применения устройства. Кроме того, работа на одной частоте, при которой положение экстремума в характерисике fco-C/gC to-d)(, соответствует требуемъпуг свойствам конкретных композиционных материалов, не позволяет осуществить контроль в.тех случаях, йогда могут образоваться дефектные зоны, характеризующие я значительной неоднородно - стью электрических свойств. Цель изобретения - повьпление производительности контроля и расш рение диапазона KDHTponHpyeh-iBix величин. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электромагнитного контроля качества композиционных материалов, заключающемуся в том, что с помощью емкостного преобразователя возбуждают в объекте электрическое поле и по величине тангенса угла эквивалентн-ых пот,ерь судят о контролируемых параметрах объекта, питание емкостного преобразователя осуществляют частотномодулированным напряжением, одновременно возбуждают в изделии вихревые токи с помощью вихретокового преобразователя, пространственно совмещенного с емкостным, управляют с помощью сигнала от вихретокового преобразователя частотно-модулированным напряжением емкостного преобразователя, фиксируют частоты, соответствующее экстзначениеремуму тангенса угла эквивалентных потерь, и по значению которой проводят оценку качества объекта. Устройство для электромагнитного контроля качества композиционных материалов, содержащее автогенератор с емкостным первичным преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного контура автогенератора, амплитудный и частотный детекторы, подключенные к выходу автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенную между выходом частотного детектора и базой автогенератора, последовательно соединенные указатель момента появления экстремума, подключенный через второй элемент задержки времени к выходу блока умножения, электронный ключ, снабжено дополнительным автогенератором с вихретоко- вым преобразователем, включенным в ка честве элемента колебательного контура вторым амплитудным детектором, двумя варикапами, двумя управляе П: 1ми резисторами, генератором линейно изменяющегося напряжения и частотомером, варикапы соединены последовательно с конденсаторами, управляемые резисторы подключены параллельно емкостному преобразователю, выход дополнительного автогенератора подключен к входу второго амплитудного детектора, выход которого через, резисторы подключен к катоду первого варикапа и к управляющему электроду первого управляемого резистора, выходная цепь электронного ключа подключена к входу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого через резисторы подсоединен к ка-i тоду варикапа и к упрЕ1Вляюшему электр ду второго управляемого резистора, а частотомер через электронный ключ подключей к второму выходу автогенератора с емкостным первичным преофазователем. На чертеже представлена принципиаль ная схема устройства для осуществления способа контроля качества композиционньк материалов. Устройство содержит измерительный автогенератор 1, дополнительный автогенератор 2, первый амплитудный детектор 3, второй амплитудный детектор 4, час тотный детектор 5, бпок 6 умножения, элементы 7 и 8 задержки времени, указатель 9 момента появления экстремума электронный ключ 10, генератор 11 линейно изменяющегося напряжения и частотомер 12 Измерительные преобразователи измерительного автогенератора 1 и дополнительного автогенератора 2 пространствен но совмещены. К выходу автогенератора 2 подключен амплитудный детектор 3. К выходу измерительного автогенератора 1 подключены входы амплитудного и частотного детекторов 4 и 5, к выходам которых подключены входы блока 6 умно жения. Выход частотного детектора через элемент 7 задержки времени подклю чен к базе транзистора измерительного автогенератора 2. К выходу блока 6 умножения подключены последовательно соединенные элемент 8 задержки времени, указатель 9 момента появления экстремума и электронный ключ 10. Коммутирукшие цепи электронного ключа 1О подключены к входу генератора 11 линейно изменяющегося напряжения и частотомера 12. Измерительный автогенератор собран по схеме с обшей базой тш транзисторе 13с резисторами 14 - 16, регулирующими режим автогенератора по постоянному току, и конденсаторами 17 - 19, устанавливающими режим автогенератора по переменному току. Резонансный контур автогенератора образован емкостным преобразователем 2О и катушкой 21 индуктивности. К выводам емкостного преобразователя подключены первая цепочка из последовательно соединенных варикапа 22 и конденсатора 23, вторая аналогичная цепочка из варикапа 24 и конденсатора 25, а также выводы сток-исток первого полевого транзистора 26 и второго полевого транзистора 27. Вихретоковый преобразователь 2 8, пространственно совмещенный с емкостным, подключен к входу дополнительного автогенератора 2. Поля емкостного и вихрето-кового измерительных преобразователей через диэлектрическую прокладку (зазор) 29 взаимодействуют с контролируемым композиционным материалом ЗО. Общая точка варикапа и конденсатора первой цепочки и затвор Тпервого полевого транзистора через резисторы 31 н 32 соответственно подключены к выходу первого амплитудного детектора, а общая точка варикапа и конденсатора второй цепочки и затвор второго полевого транзистора через резисторы 33 и 34 cooi ветственно соединены с выходом генератора линейно изменякшегося напряжения Устройство работает следующим образом. В процессе структурообразованиякомпозиционных материалов свойства среды монотонно изменяются от проводниковых к диэлектрическим. Если технология нагрева композиционных смесей не обеспечивает по каким-либо причинам однородный нагрев по всему объему смеси, то Возникают дефектные зоны, отличающиеся от всего объема материала электрическими свойствами. При этом дефектные зоны обладают более проводящими свойствами. Тангенс угла эквивалентных потерь bOrff- Системы емкостнь1й измерительный преобразователь - зазор - среда изменяется от ъО ft средьг так, что при уменьшении . величины цсГх 1 - 1,41 в характеристике-Ц C(Q( имеет место экстремум. В первой части зависимости ik dgCtQ) взывается эффект экранирования емкости (контролируемая среда становится как бы третьей обкладкой емкостного преобразовотеля). Кроме того, переход через экстремум в характеристике i:,(fj(f((f)3nBwcnT от частоты Ц; , так как величина 4д их обратно пропорциональна и). Из сказанного следует, что определение точки перехода зависимости ){t(.(f)с- одновременным измерением рабочей частоты может дать значительны объем информации при контроле качества KONfflO3HTHbix материалов или изделий. Выходное напряжение второго амплитудного детектора 4 пропорционально величине ixjcfg емкостного преобразователя 2О. Напряжение с выхода амплитудного детектора 4 подается на первый вход блока 6 умюжения. Напряжение на выходе частотного детектора 5 зависит от эквивалентной емкости Ср системы емкостнЫй преофазователь 20 - зазор 29 композиционный материал 30. Емкость С имеет малые значения главным образом в окрестности экстремума в зависит мости tu fgCt )Нзпр выхода частотного детектора 5 подается на вт.орой вход блока 6 умножения, а также по цепи обратной связи по постоянному току через элемент 7 задержки времени на базу транзистора 13. Влияние этой обратной связи совместно с перемножением выходных сигналов детекторов 4 и 5 приводит к более резком.у изменению величины to(7 при переходе через экстр мум. Этот сигнал управляет электронным ключом 1О, который останавливает свипирование генератора 11 линейно изменяю щегося напряжения и подключает к изме; рительному автогенератору 1 частотомер 12 В .процессе контроля качества компози ционных материалов свипирование частоты измерительного автогенератора 1 производится воздействием выходного сигнала генератора И линейно изменяющегося напряжения на катод варикапа 24 Для того, чтобы добротность контура 20 - 21 - 22 - 23 - 24 - 25 - 26 27 измерительного автогенератора не менялась при изменении емкости варикапа 24, параллельно катушке 21 подключен шунтирукяций управляемый резистор, в качестве которого использован полевой транзистор27 на затвор которого подает ся напряжение от генератора 11. С целью изменения центральной частоты свипирования выходное напряженке первого амплитудного детектора 3, пропорциональное электрсатроводности контролируе1092 мого объект 1, подается ив катод варикапа 22, также включенного в контур измерительного автогенератора. Для искл) чения измерений добротности контура прг изменении емкости варикапа 22 в колсбвтельный контур включен также шунтир аощий управляемый резистор 26, на управляющий электрод (затвор) которого подается напряжение от амплитудного детектора 3. Таким образом, в процсэссе контроля автоматически в зависимости от электропроводности материала выбирается кентральная частота свипирования в области окрестностей экстремума в характеристике t(crg(-tQ-C))t) , а при фиксации точки экстремума в характеристике определяется рабочая частота, что в целом позволяет судить не только о наличии дефектной зоны в контролируемом объекте, но и об электрических свойствах дефектной зоны, связанных с процессами структурообразования, твердения, полимеризации и другими аналогичными процессами. Предлагаемый способ и устройство для его осуществления могут быть использованы для контроля процессов полимеризации или структурообразования композиционных материалов по зависимости {( , где Ь - время процесса структурообразования. Использование предлагаемых способа и устройства позволяет сократить трудо-вые затраты на проведение предваритёль ных исследований частотных характеристик ft(f($) контролируемых сред, повысить производительность контроля и расширить диапазон контролируемых величин. Формула изобретения 1. Способ электромагнитного контроля качества композиционных материалов, заключаклцийся в том, что с помощьюемксютного преофазователя возбуждают в объекте электрическое поле и определяют тангенс утла эквивалентных потерь, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности контроля и расширения диапазона контролируемых величин, питание емкостного преобразователя осуществляют частотно-модулированным напряжением, одновременно воз буждают в изделии вихревые токи с помощьк ввхретокового преобразователя, пространственно совмещенного с емкостным, уп-. равляют с помощью сигнала от вихретоKDBoro пр образовотеля частотно-модулированным напряжением емкостного преоб разователя, фиксируют значение частоты, соответствующее экстрему лу тангенса угла эквивалентных потерь, и по зцачению которой проводят оценку качества объекта. 2. Устройство для электромагнитного контроля качества композиционных материалов, содержащее автогенератор с емкостным первичным преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного контура автогенератора, амплитудный и частотный детекторы, подключенные выходу .автогенератора, блок умножения, Еосоды которого подключены к выходам акшлитугюго и частотного детекторов, цепь обратной связи по пост янному току с элементом задержки времени, включенную между выходом часТ тного детектора и базой автогенератора, последовательно соединенные указатель момента появления экстремума, подключенный через второй элемент задержки времени к выходу блока умножения, электронный ключ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено допол нитель.ным автогенератором с вихретоковым-преобразователем, включенным в ка честве элемента колебательного контура вторым амплитудным детектором, двумя варикапам, двумя управляемыми резисторами, генератором тганейно изменяющегося напряжения и частотомером, варикапы соединены последовательно с конденсаторами, управляемые резисторы подключены параллельно емкостному преобразователю, выход дополнительного автогенератора подключен к входу второго амплитудного детектора, выход которого через резисторы подключен к катоду первого варикапа и к управляющему электроду первого jfnpaBHHeMoro резистора, гыходная цепь электронного ключа подключена к входу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого черео резисторы поцсоецинен ; к катоду второго варикапа и к управлякяцему электроду второго управляемого резистора, а частотомер через электронный ключ подключен к второму выходу автогенератора с емKocTHbiM первичным преобразователем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №362242, кл. 6О1 М 33/38, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР №726490, кл. G01N 27/9О, 1978. 3.Авторское свидетельство СССР № 742784, кл. GOlN 87/22, 198О (прототип).