Проходной вихретоковый преобразователь с вращающимся полем (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G01N27/90 G01N7/06 

2. Проходной вихретоковый преобразователь с вращающимся полем, содержащий кольцевой каркас и размещенные на нем обмотку возбуждении вьтолненную из четырех повернутых на 90 одна относительно другой секций, витки каждой из которых охватывают каркас, и измерительную обмотку, выполненную из четырех согласно включенных секций в виде вытянутых прямоугольных петель, размещенных коаксиально каркасу и симметрично относительно соответствуюдих секций обмотки возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, кольцевой каркас выполнен из изоляционного немагнитного материала, а преобразователь снабжен двумя, симметрично расположенными относительно кольцевого каркаса и соосно с ним, ферромагнитными кольцами, внутренний диаметр

которых равен внутреннему диаметру обмотки возбуждения, и двумя цилиндрическими электропроводящими немагнитными концентраторами электромагнитного поля, расположенными симметрично относительно кольцевого каркаса и соосно с ним с наружной стороны ферромагнитных колец и имеющими проходные отверстия, диаметр которых равен наружному диаметру измерительной обмотки.

3. Преобразователь по п.2, о т личающийся тем, что длина намотки каждой секции обмотки возбуждения выбрана из соотношения

е,

где Р - длина намотки каждой- секции

обмотки возбуждения; D - внутренний диаметр кольцевого каркаса.

1. Проходной вихретоковый преобразователь с вращающимся полем, содержащий кольцевой каркас и размещенные на нем обмотку возбуждения, выполненную из четырех повернутых на 90 Одна относительно другой секций,, У витки каясдой из которых охватывают каркас, и измерительную обмотку, выполненную из четырех согласно включенных секций в виде вытянутых прямоугольных петель размещенных коак.сиально каркасу н симметрично относительно соответствующи;с секций о(й«ютки возбуждения, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с цблью повышения достоверности контроля, он снабжен двумя дополнительными измерительными обкютками проходного типа, включенньми между собой последовательно встречно, разнесенными по оси преобразователя на расстояние, равное малой стороне вытянутых прямоугольных петель секций основной измерительной о(отки, и размещенН1МИ симметрично относительно каркаса и сооснЬ с ним, а внутренний диаметр дополнительных обмоток равен наружному диаметру основной измерительной обмотки. . ГО 1 сд со ISD 4ЙИЕ/

Изобретение относится к неразруша щаму контрюлю, в частности к проходн вихретоковым преобразователям, используемым для обнаружения дефектов в протяженных изделиях, таких как проволока, прутки, трубы и т.п. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является проходной вих ретоковый преобразователь с вращающим ся полем, содержащий кольцевой каркас и размещенные на нем обмотку воз буждения, выполненную из четырех пов рнутых на 90 одна относительно Другой секций, витки каждой из KOTOJMJX охватывают каркас и измерительную обмотку, выполненную из четырех согласно включенных секций в виде вытя нутых прямоугольных петель, размещенных коаксиально каркасу и симметрично относительно соответствукяцих секций обмотки возбуждения 11 3Недостатком преобразователя является низкая чувствительность его к коротким дефектам, т.е. к дефектам, протяженность которых меньше малой стороны вытянутой прямоугольной петли измерительной обмотки. Цель изобретения - повышение достоверности контроля. Поставленная цель достигается тем что проходной вихретоковый преобразователь, с вращакюимся полети, содержащий кольцевой каркас и размещенные на нем обмотку возбуждения, выполненную из четырех повернутых на 90 одна относительно другой секций, витки каждой из которых охватывают каркас и измерительную обмотку, выполненную из четырех согласно включенных секций в виде вытянутых прямоугольных петель, размещенных коаксиально каркасу и симметрич- но относительно соответствующих секций обмотки возбуждения, по первому варианту снабжен двумя дополнительными измерительными обмотками проходного типа, включенными между собой последовательно встречно, разнесенными по оси преобразователя на расстояние, равное малой стороне вытянутых прямоугольных петель секций основной измерительной обмотки, и размещенными симметрично относительно каркаса и соосно с ним, а внутренний диаметр дополнительных обмоток равен наружному диаметру основной измерительной обмотки. По второму варианту кольцевой каркас выполнен из изоляционного немагнитного материала, а преобразователь снабжен двумя симметрично расположенньл и отновительно кольцевого каркаса и соосно с ним ферромагнитНБМИ кольцами, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру обмотки возбуждения и двумя цилиндрическими электропроводящими немагнитными концентраторами электромагнитного поля, расположенными симметрично относительно кольцевого каркаса И соосно с ним с наружной стороны ферромагнитных колец, и имеющими проходные отверстия, диаметр которых равен наружному диаметру измеритель ной обмотки. При этом длина намотки каждой се ции обмотки -возбуждения выбрана из соотношения р J/D Р - , где Р - длина намотки каждой секции обмотки возбуждения; D - внутренний диаметр кольцево каркаса. На фиг.1 представлена конструкти ная схема П1 еобразователя (отдельны элементы разнесены вдоль оси для большей наглядности), первый вариант; на фиг.2 - схема соединения обмоток преобразователя; на фиг.З конструктивная схема преобразователя (отдельные элементы разнесены вдоль оси для большей наглядности), второй вариант. На кольцевом каркасе 1 размещены пары секций 2, 3 и 4, 5 обмотки возбуждения, включенные между собой последовательно встречно. Каркас охватывает сменную обойму 6, на которой в пазах уложены секции 7-10 основной измерительной обмотки, включенные попарно согласно между собой. Преобразователь по первому варианту содержит две дополнительные измерительные обмотки 11 и 12 проходного типа, включенные между собо последовательно встречно. Контролируемое изделие 13 проходит внутри кольцевого каркаса, который в преобразователе по первому варианту вы полнен ферромагнитньм, а по второму варианту - из изоляционного немагнитного материала. В преобразователе по второму варианту симметрично относительно кол цевого каркаса 1 вплотную к обмотке возбуждения расположены ферромагнит ные, кольца 14 и 15, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру обмотки возбуждения, а по обеим сторонам возбуждающей системы 1-5, 14 и 15 вплотную к кольцам- ра мещены цилиндрические электропроводящие немагнитные концентраторы 16 и 17 электромагнитного поля. Преобразователь по первому варианту работает следующим образом. Пары секций 2,3 и 4,5 обмотки во буждения сдвинуты на 90 одна относительно другой (фиг.1) и запитываются напряжением одинаковой часто ты и амплитуды со сдвигом по фазе на 90 от генератора (не показан), в результате чего в пространстве, ограниченном ферромагнитным каркасом 1, образуется вращающееся магни ное поле с вектором магнитной индукции, перпендикулярным оси преобразователя. Результирующий магнитный поток, получаемый в зоне контроля при наличии изделия 13 может рассматриваться как сумма.возбуждающего потока, образованного токами секций обмотки возбуждения, и потока вихревых токов, наведенных в изделии возбуждающим потоком. Вихревые токи изделия зависят не только от возбуждаквдего потока, но также и от электрофизических свойств контролируемого изделия. Изменение магнитного потока преобразователя, вызванное изменением электрофизических свойств изделия, при неизменном возбуждающем потоке равносильно изменению ЭДС измерительной обмотки, по величине которой, таким образом, можно судить о изменении параметров контролируемого изделия. Диаметрально противоположные секции 7,8 и 9,10 измерительной обмотки, помещенной в вращающееся магнитное поле, включаются попарно согласно, при этом наводимая .в паре обмоток секций 7, 8 ЭДС, определяется проекцией вектора магнитной индукции на горизонтальную ось (ось х), а в паре 9, 10 - на вертикальную . ось (ось у). ЭДС.двух пар секций 7, 8 и 9, 10 основной измерительной и ЭДС дополнительных обмоток 11 и 12, включенных между собой последовательно встречно, соответственно равны, если в зоне контроля преобразователя находится бездефектный участок изделия 13, и не равны, если в преобразователе находится дефектный участок контролируемого изделия. Разница между напряжениями, подаваемыми в блок обработки сигнала (не показан), определяемая размергши дефекта, выделяется электронной схемой дефектоскопа.При появлении в зоне контроля дефектного участка, протяженность которого больше малой стороны вытянутых прямоугольных петель секций основной измерительной обмотки, максимальное изменение ЭДС будету основной измерительной обмотки, секции которой включены попарно согласно, а разница между напряжениями дополнительных измерительных обмоток минимальна, так как дефектный участок одновременно находится под обеими обмотками, которые включены между собой встречно, и имеет место сравнение двух- соседних участков по оси преобразователя, которые в данном случае одинаковы. Если теперь в преобразователе появится короткий дефектный участок, т.е. дефект, протяженность которого меньше длины малой стороны вытянутых прямоугольных петель основной измерительной обмотки, то максимальное изменение ЭДС будет У дополнительных обмоток 11 и 12, так как при продвижении контролируемого объекта дефектный участок сначала окажется под одной измерительнрй обмоткой 12, а затем под другой измери тельной обмоткой 11, а разница между напряжениями основной измерительной катушки тем меньше, чем меньше протяженность дефекта в направлении оси преобразователя при.неизменных других параметрах данного дефекта. Преобразователь по второму варианту работает следующим образом. Обмотка возбуждения, намотанная на кольцевой каркас 1, выполнена из четырех сдвинутых на 90 одна относительно другой секций (2-5), витки которых охватывают кольцевой каркас, при этом противолежащие секции включены встречно, а образованные пары секций зачитываются напряжением одинаковой частоты и амплитуды со сдвигом по фазе на 90. В результате в пространстве, охватываемом кольце вым каркасом., образуется однородjHoe вращающееся электромагнитное . с векторомМагнитной индукции, перпендикулярным оси преобразователя и со скоростью вращения, равной частоте питаемого напряжения. Однородность вращакицегося электромагнитногополя в зоне контроля достигается за счет того, что кольценой магнитопровод выполнен в виде кольцевого каркаса 1 Из изоляционного немагнитного материала, который повышает интенсивность потоков рассеяния в зоне контроля и тем самым увелнчнвает равномерность распределения напряженности магнитного поля по радиусу и по оси преобразователя; применены два ферромагнитных кольца 14 и 15, способствующие перераспределению полей рассеяния к края зоны контроля по оси преобразователя, уменьшая тем самьм неравномерность магнитного поля в этом направлении, и цилиндрические эяекГропроводящие немагнитные концентраторы 16 и 17 электромагнитного поля, препятствующие проникновению полей рассеяния в область вне зоны контроля и, тем самЕМ,уменьшающие общую нерав номерность магнитного поля в зоне контроля. Применение возбуждающей обмотки, длина каждой секции которой выбрана из соотношения В , также уменьшает неравномерность распределения напряженности магнитного поля |По окружности преобразователя. Результирующий магнитный поток, получаемый в зоне контроля при налйчии изделия 13, может рассматриваться как сумма возбуждающего потока, образованного токами секций охотки возбуждения, и потока вихревых токов, наведенных в изделии возбуждающим потоком..Вихревые токи изделия зависят не только от возбуждающего потока, но также и от электрофизических свойств контролируемого изделия. Изменение магнитного потока преобразователя, вызванное изменением электрофизических свойств изделия прн неизменном возбуждающем потоке, равносильно изменению ЭДС измерительной обмотки секций 7-10, по изменению величины которой можно судить об изменении пара1Метров контролируемого изделия. Диаметрально противоположные секции 7-10 измерительной обмотки, помещенной в вращающееся магнитное поле, включается попарно согласно, при этом наводимая в паре обмоток секций 7 и 8 ЭДС, определяется проекцией вектора магнитной индукции на горизонтальную ось (ось х), а. в паре 9 и 10 - на вертикальную ось (ось у). Четыре секции у измерительной обмотки применены с тем, чтобы обеспечить одинаковую чувствительность к дефекту независимо от его расположения по окружности, а попарно согласное включение секций данной обмотки применено с целью уменьшения чувствительности к радиальным смещениям контролируемого изделия. Так как секции измерительной обмотки находятся в однородном возбуждающем магнитно поле, то при радиальном смещении изделия в любом направлении ЭДС в парах обмоток секций 7, 8 и 9, 10 остается неизменной. Например, если изделие смещается по вертикальной оси вверх, то ЭДС в секции 8 увеличивается на некоторую величину, но в то же время в секции 10 ЭДС уменьшается на ту же самую величину, а суммарная ЭДС в данной паре секций остается неизменной. Выполнение преобразователя по первому варианту позволяет повысить достоверность контроля за счет повышения чувствительности преобразователя, к коротким дефектам, а выполнение преобразователя по второму варианту позволяет повысить достоверность контроля за счет получения в зоне контроля однородного поля, т.е. за счет снижения чувствительности преобразователя к радиальным смещениям контролируемого изделия.

f гел е о/}7О/7

ft

1027592

7 С ff /fffJ« «f ,

ff

/f O/ry ffj/7ff SffJTf tf

гг

V