Цифровой вихретоковой измеритель электропроводности Советский патент 1983 года по МПК G01R31/00 

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использован) для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов непосредствённо на изделии в машиностроении/, авиационной промышленности и других областях техники.

Известно устройство для измерения удельного сопротивления парамагнитных, и магнитных материалов, содержащее генератор синусоидальных колебаний, к которому подключены индикатор и вйхретокЬвый датчик с синхронным ключом на выходе, два усилителя-формирователя,входы которых подключены соответственно к выходу ключа, и второму выходу датчика, а выходы - к входам нуль-органа цифро.вой интегратор, вход которого соединен с выходом нуль-органа, а. выход - с генератором синусоидальных напряжений l .

Недостатком устройства является невысокая точность измерения.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее ге.нератор образцовой частоты, выход которого соединен с входом элемента И, управляемый: генератор перио- дических сигналов с вихретоковым датчиком на выходе, два усилителяФормирователя, входы которых подключены соответственно к опорному и сигнальному, выходам датчика, фазовый детектор, блок задания разности фаз, усилитель рассогласования, делитель частоты и счетчик импульсо с арифметическим блоком на.выходе, причем выходы формирователей подклю чены к входам фазового детектора, входы усилителя рассогласования пЬДключены cooTBeTCTBeiJHO к выходам фазового детектора и блока задания разности фаз, а его выход - к входу генератора периодических сигналов, выход которого соединен с входом, де литёля частоты/ второй вход элемента И соединен с выходом делителя чатоты, а выход -.с входом счетчика импульсов 2 .

Однако известное устройство также обладает недостаточно высокими точностью измерения и быстродействием..

Целью изобретения является повышение точности и сйлстродёйствия , изме15ения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вихретоковый измеритель электропроводности,содержащий генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым -входом элемента И, управляемый генератор периодических сигналов выход которого соединен с входом вихретокового датчика, два усилителя-формирователя, входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам датчика, делитель частоты и счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом

элемента И, а разрядные выходы соединены с,информационными входами арифметического блока, дополнительно введеры четыре элемента И, триггер и два счетчика импульсов,, при

0 этом выход генератораимпульсЪв образцовой частотысоединен с первыми входами второго, третьего,четверто- , го и пятого элементов И, выход первого усилителя-формирователя соеди-

5 нен с установочным входом триггера . и вторым входомпервого элемента И, выход второго усилителя-формирователя соединен со сбросовым входом. I триггера, управляющим входом ариф0 метического блока,, инверсным входом четвертого и третьим входом пятого элементов И, .прямой выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, ияверсньгй выход триггера

5 соединен с вторыми входами третьего, четв1ертого и- пятого элементов И, выход второго элемента И соединен с вычитающим входом второго счетчика импульсов, выход третьего элемента И

Q соединен с входом делителячастоты, выход которого, соединен с суммирующим входом второго счетчика, сигнальный выход второго счетчика соединен с третьими входами третьего и четс, вертого и инверсны входом пятого элемента И, -выходы четвертого и пятого элементов И соединены. ссзотв.етственно с суммирующим и вычитающим входами третьего счетчика импульсов, разрядные выходы ксзторого соединены

0 с входами управляемого .генератора периодических сигналов.

На фиг.1 приведена блок-схема цифрового вихретокового измерителя электропроводности;на фиг.2-временные

5 диаграммы, поясняющие его работу. .

Измеритель содержит генератор 1 об1эазцовой частоты, триггер 2, элементы Я 3-7, делитель 8 частоты, усилители-формирователи 9-10, вихрё0 токовый датчик 11, арифмети ческий блок 12, счетчики 13-15 импульсов и управляемый генератор 16 периодических сигналов.

Выход генератора 1 образцовой частоты соединен с первыми входами элементов И 3-7 Прямой выход триггера 2 соединен с. вторым входом элемента И 4, инверсный выход - с вторыми в ходами лемен тон И..5г7,. ,

а установочный и сбросойый входы с выходами усилителей-формирователей 9 и 10, соответственно. Сигнальный выход счетчика 14 импульсов соединен с третьими входами

элементов И 5 и 6 и инверсным входом :элемента И 7, его вычитающий вход . соединен с выходом элемента И 4, а суммирующий вход - с выходом дели теля 8 частоты, вход которого соединен с выходом элемента И 5. Вход датчика 11 соединен с выходом генёратрра. 16, выход опорного сигнала - с входом усилителя-формирователя 9, а выход измерительного си,гнала с входом усилителя-формирователя 10 выход которого соедин-ен с управляющим входом арифметическогоблока 12 инверсным и третьим.входами -элементов И 6 и 7, соответственно.Суммирующий вход счетчика 15 импульсов соединен с выходом элемента И 6,его вычитающий - с выходом элемента И 7, разрядные выходы - с информационными входами генератора 16. Разрядные выходы счетчика 13 соединены с входами арифметического блока 12, его вход - с выходом элемента ИЗ, второй вход которого со динен с выКодом усилителя-формирова теля 9.. На фиг. 2 представлены следующие временные диаграммы:а)- на выходе, опорного сигнала датчика 11;Б)на.выходе измерительного сигнала датчика 11 ;Ь}- на/выходе усилителяформирователя 9;)- на выходе усили теля-формирователя 10; д) - на прямом выходе тритгера 2;б)-на выходе эле мента И 4;Ж}- на выходе делителя 8f , J) - на выходе элемента И 7; И) - на выходе элемента И 6, На временных диаграммах приняты следующие обозначения: момент появления на выходе усилителя-формирователя 9 логической единицы.; 2 - момент появления на выходе усилителя-формирователя 10 логической единицы; tg - момент появления на выходе усилителя-формирователя 9 логического нуля; t4 - момент появления на выходе усилителя-формирователя 10 логического нуля; ty и Ц - момент окончания на сигнальном выходе счет чика 14 сформированного интервала .T« (появление логического нуля). В устройстве используется переменно- 1астотный способ измерения электропроводности, основанный на выполнении условия const, и) РНОИ З где R - эквивалентный датчика 11; (i - круговая частота генератора 16 периодических сигналов; О - удельная электропроводность контролируемого материала. Ц1в- магнитная постоянная; (( номинальное значение обобщенного параметра (обычно РНОИ 2-6). Для обеспечения выполнения условия (1) в устройстве путем изменения частоты f генератора 16 добиваются совпадения фазы измерительного- сигнала на втором выходе датчика 11 по. отношению к опорному сигналу на-его первом выходе с заданным значением фазового/сдвига. Цифровой измеритель работает следующим образом. Перед началом измерения в счетчик 15заносят код N 3, соответствующий например, любому промежуточному знаучению частоты генератора 16 из заданного дипазона та - Генератор 16в процессе измерения вырабатывает сигнал синусоидальной формы частотой f F.(№3) , подаваемый на вход датчика 11.При установке датчика 11 на (срнтролируемое изделие на его втором Элходе появится сигйал, сдвинутый относительно опорного сихнала на первом выходе на интервал 2 (фиг.2а и б). Усилители-формирователи 9 и 10 после усиления соответствующих сигналов преобразуют их положитель - ные полупериоды влогические единицы, а отрицательные - в логические нули (фиг. 2 в и г).. Дальнейшую работу-измерителя по определгению величины сдвига фаз между опорным и измерительными сигналами, а также по корректировке частоты генератора 16, с целью достижения равенства указанного сдвига фаз заданному значению, можно условно разбить на два такта. На первом такте (, фиг. -2) происходит квантование интервала -Г импульсами образцовой частоты- д .На втором такте -формируют интервал пх , сравнивают е.го с длительностью интервала на выходе усилителя-фс мирователя 10 (t2 -t4 ,фиг.2) и в зависимости от величины разностного интервала & увеличивают или уменьшают код счетчика 15 на величину А N. Коэффициент деления частоты п делителя 8 устанавливают в зависимости от заданного значения сдвига фаз. Опорный сигнал, появившийся в момент t i| на- выходе усилителя-формирователя 9(фиг. 2в) своим передним фронтом устанавливает в единичное состояние триггер 2 .и открывает элемент ИЗ, вследствие чего счет-чик 13 импульсов начинает подсчитывать в прямом коде число импульсов образцовой частоты fo ,поступающих на его вход. Единичный потенцигш с прямого выхода триггера 2 открывает элемент И 4 и счетчик 14 начинает одсчитывать в обратном коде число импульсов генератора 1, пос упающих на его вычитающий вход в интервале времени -t2 (фиг. 2е) . Единичный отенциал, появившийся на сигнальном выходе счетчика 14 при iS), не повлияет на состоя.ние элементов 5 - 7 так как на их вторые входы поступае запрещающий потенциал с инверсного выхода триггера 2, В момент t2 появления на выходе усилителя-формирователя 10 измерительного сигнала длит у ьностью Тр (фиг, 2г), устанавливающего своим передним фронтом в нулевое состояние триггер 2, разрешающий потенциал поступит на инверсный и -третий входы элементов И б -И 7 с.оответственно. Запрещающий потенциал с пр мого выхода триггера 2 закроет элемент И 4, зафиксиров ав тем самым в . счетчике 14 число N .Разрешгиощий потенциал с инверсного выхода триггера 2 откроет элемент И 5,вследствие чего на суммирукяций вход счетчика 14 через делитель 8 частоты начнут поступат.ь импульсы частотой fo/n,и разрешит сравнение с помощью элементов И 7 интервала Т(. с интервалом пх t , который начинает формироваться на сигнальном выходе счетчика 14. -Счетчик 14 подсчитывает число Кф в прямом коде, При этом W , Mq,. ioidt. (Л) , .;. -.- tv V V--H-foJdt .: ,3); При Ыф N ф имеем Tq п И , В момент t окончания сигнала н выходе усилителя-формирова еля 9 в счетчике 13 окажется зафиксированным число . .t4- - « 1.J cit lo.. .. .-ts -. В завийимости от того, какой из интервалов f или .Тф окончится .ран ше, откроется соответствующий элем И б (фиг, 2и) или 7 (фиг,2з), и на суммирующий или вычитающий вход сч чика 15 поступит .Ml импульсов час .ТОЙ . ai-ioiv -. ik) t5,.-. Изменение кода в счетчике 15 при водит к изменению частоты периодических сигналов на выходе управляем го генератора 16, Описанный процесс будет повторяться до тех пор, пока длительность временного интервала Т на выходе усилителя-формирователя 10 не сравнится с величиной Тф ,После окончания очередных преобразований арифметический блок 12 с приходом заднего фронта сигнала с выхода формирователя-усилителя 10 в момент t4 считывает- код.Ы с выхода счетчика 13 и прист1 пает к выполнению арифметических операций. При этом на его индикаторе высвечивается результат предыдущего измерения. Значение электропроводности мож- . но определись из условия (1) . / РНОМ т Л - иоПМVJ,.C.N, (ио«эС РНОМ /(Uongio J -R.Vi - значение периода сгинусоидальногр напряжения на выходе ге-. нератора 16;; - зафиЛсированное в счетчике 13 число импульсов образцовой частоты.. Численное значениё по.стрянной С в виде десятичного числа с плавающей запятой оператор перед началом измерения заносит -в регистр памяти арифметического блокч1, в качестве которого может йлть применен, например, микрокалькулятор. Практически численное значение постоянной С определяют при калибровке измерителя,Для этого вихретоковый датчик устанавливают на контрольный образец с известной электропроводностью60, Перед началом измерения оператор заносит в регистр пал4Яти арифметического блока численное значение бог задает режим кгшибровки, -После окончания измерения на индикаторе арифметического блока высветится численное-значение константы С, определяемой арифметическим блоком из соотношения -, Определенная указанным образцом постоянная с будет учитывать не только соотношение из выражения (5) но и условия проведения измерения, а именно: параметры вихретокового датчика, температуру окружающей , среды, сшибку преобразования кода N 3:-в частоту f и другие.

ЦИФРОВОЙ ВИХРБТОКОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащиК генератор образцовой частоты, выхрд которого соединен с первьм.входом элемента И, управляемый ейера .тор. периодических сигналов, выход которого соединен с входом вихрето.кового датчика, два усилителя-формирователя, входы подключены, к перзаыу и второму выходам датчика, делитель частоты и счетчик импульсов, вход которого соединен с .выходом элемента И, а разрядные выходы соединены с информационными входами арифметического блока, о тлич и с я тем, что, с целью увеличения точности и бцстродействия .измерения, в него дополнительно введены четыре элемента И, . триггер и два счетчика импульсов. при Э.ТОМ -выход генеря1тора импульсов образцовой частоты соединен с пер,выми вхрдами второго, третьего, четвертого и ПЯТОГО элементов И, выход первого усилителя-формирователя соединен с установочным входом триггера и вторым входом первого .элемента И, выход второго усилителя-фор; мирователя соединен со сб1Уосовым ;входом триггера, управляющим вводом арифметического блока, инверсным ;входом четвертого и третьим входом пятого элементов И, прямой выход триггера соединен с вторым .-входом второго элемента Н/ инверсный выход триггера соединен с вторыми входами третьего, четвертого и.пятого элементов И, млход второго э.ле(Л мента И соединен с вычитс1ющим входом {второго ечетЧика импульсов,выход третьего, элемента И соединен с вхо- . дом делителя частоты, выход которогр соединён с суммирую1цим входом второго счетчика, сигнгшьиый выход второго счетчика соединен с третьими входами .третьего и четвертого и инверсным входом пятого элемента И, выходы четвертого и пятого элементов и соединены соответственно с4;: суммирующим и вычитакщШ4 входами . со :третьего счетчика импульсов, разас W № рядные выходы которого соединены ;с входами управляемого генератора периодических.сигналов.

r-u

Vt

ак I

/5

, li