Электромагнитное устройство для неразрушающего контроля Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 G01B7/06 

4

О)

Изобретение относится к неразрушающему контролю электромагнитным методом и может быть использовано, в частности, для контроля радиальных вибраций роторов в системах диагностики механических состояний турбоагрегатов, для дефектоскопии материалов изделий и сварных соединений во всех отраслях машиностроения.

Известно устройство для неразрушающего контроля, содержащее автогенератор, включенный в его колебательный контур вихретоковый преобразователь, подключенный к колебательному контуру амплитудный детектор, связанный с его выходом усилитель постоянного тока и включенный между усилителем постоянного тока и автогенератором блок с нелинейной характеристикой сопротивления, выполненный в виде двухкаскадного активного четырехполюсника, включенного входом к колебательному контуру Cll.

Недостатком данного устройства .является невысокая точность контроля измеряемого параметра из-за отсутствия отстройки от изменений электрофизических свойств объекта контроля и нелинейной характеристики получаемого сигнала с вихретокового преобразователя в диапазоне измеряемых зазоров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электромагнитное устройство для неразрушающего контроля, содержащее первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобразователем, усилитель, второй колебательный контур, связанный с ним амплитудный детектор и индикатор t23

Недостатками.известного устройства являются низкая точность и надежность контроля измеряемого параметра и измерения зазоров из-за отсутствия отстройки от изменений электрофизических свойств объекта контроля (в связи с чем возникает необходимость поддержания опр.еделенного зазора) и нелинейной зависимости выходного напряжения преобразователя в диапазоне изменяемых зазоров.

Цель изобретения - повышение точности и надежности контроля путем отстройки от электрофизических свойств контролируемого объекта в диапазоне измеряемых зазоров.

Указанная цель достигается тем, что электромагнитное устройство для неразруШающего контроля, содержащее первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобразователем, усилитель, второй колебательный контур, амплитудный детектор и индикатор, снабжено нелинейным четырехполюсником, выполненным в виде группы параллельно включенных двухдиодных ограничителей, первые входы которых соединены с выходом усилителя, источником опорных напряжений, соединенным с вторыми входами двухдиодных ограничителей, выходы которых через резисторы соединены с первым колебательным кон0 туром, а выход одного из двухдиодных ограничителей подключен к входу амплитудного детектора, а также резистором, включенным между первым колебательным контуром и входами не5 линейного усилителя и второго колебательного контура, образуя с ним частотно-зависимый делитель напряжения.

На фиг.1 изображена структурная

Q схема электромагнитного устройства для неразрушающего контроля; на фиг.2 - зависимость амплитуды напряжения на выходе нелинейного усилителя от зазора между преобразова5 телем и поверхностью объекта контроля; на фиг.З - зависимость чувствительности выходного напряжения от зазора; на фиг.4 - зависимость выходного напряжения амплитудного детектора от зазора при настройке устройства для измерения расстояний до ферромагнитных изделий; на фиг.5 - то же, до неферромагнитных изделий.

Электромагнитное устройство со5 держит первый колебательный контур 1 с вихретоковым преобразователем 2 и конденсатором 3, резистор 4, включенный между первым 1 и вторым 5 колебательными контурами и

0 образующий с вторым колебательным контуром 5 .частотно-зависимый делитель 6 напряжения, нелинейный усилитель 7/ включенный между частотно-зависимыми делителем б напря5 жения и входом нелинейного четырехполюсника 8, содержащего группы параллельно включенных двухдиодных ограничителей 9-12 и резисторы 13-16, через которые выход нелинейного четырехполюсника 8 соединен с первым колебательным контуром 1, причем выход одного из двухдиодных ограничителей 9 подключен к входу амплитудного детектора 17 и через него соединен с индикатором 18, и

источник 19 опорных напряжений, соединенный с вторыми входами нелиней.ного четырехполюсника 8. Последовательно включенный первый колебательный контур 1, частотно-зависимый

0 делитель 6 напряжения, нелинейный усилитель 7 и нелинейный четырехполюсник 8 составляют цепь положительной обратной связи. Коэффициент передачи нелинейного четырехполюс-

5 ника 8 при малых амплитудах напряжения выбран так, что общий коэффи циент передачи цепи положительной обратной связи больше единицы, следовательно, в этой цепи возбужд ются электрические колебания на частоте, промежуточной между резонансными частотами контуров 1 и Элементы колебательных контуров 1 и 5 выбраны таким образом, что коэ фициент передачи в цепи положитель ной обратной связи возрастает при увеличении контролируемого .зазора. Устройство работает следующим образом. При поднесении вихретокового пр образователя 2 к объекту контроля (непоказан) в колебательном конту ре 1 возникает напряжение генераци определяемое зазором между вихрето ковым преобразователем 2 и объекто контроля. Формирование линейной зависимос ти выходного напряжения от зазора между вихретоковым преобразователе и объектом контроля происходит сле дующим образом. При зазоре Н (Лиг.2 и 3) в уст ройстве возникают электрические ко лебания. При увеличении их амплиту ды угол отсечки напряжения на выход двухдиодного ограничителя 9 возрастает, что вызывает уменьшение коэффициента передачи цепи положит ной обратной связи.Таким образом, обеспечивается баланс аютлитуд при некотором напряжении генерации U. Это напряжение возрастает с увеличением зазора Н.Однако резистор 13 выбран таким образом, что чувствительность изменения напряжения U к изменению зазора Н уменьшается с увеличением зазора Н и при величине зазора равной На достигает макЬимал но допус1имого значения, определяемого требуемой погрешностью г (фиг.З). Напряжение U« ограничителя 10 выбрано равным амплитуде напряжения генерации на выходе нелинейного усилителя 7 при зазоре между вихретоковым преобразователем и объектом контроля равном При дальнейшем увеличении зазора двухдиодный ограничитель 10 открывается на часть периода, увеличивая коэффициент передачи в цепи положительной обратной связи. Этому соответствует увеличение и последующее уменьшение чувствительности между зазорами Н и На (Лиг.З, кривая Для сравнения (фиг.З) показана кривая -1, соответствующая действию только двухдиодного ограничителя 9 Аналогично, вводя ограничители 11 и 12, получаем кривые чувствительности т между величинами зазоров равными Hj и Н , Hi, и Ну соответственно. Таким образом, добавляя двух диодные ограничители и соответствующим образом выбирая резисторы и уровни опорных напряжений, можно либо увеличить диапазон изменения зазора Н между вихретоковым преобразователем и объектом контроля, либо уменьшить погрешность г . Зависимости на «Ъиг.З соответствует зависимость выходного напряжения от зазора на фиг.2. Эта кривая в отличие от известного применения кусочно-линейного аппроксилирования сигнала преобразователя на выходе устройства не содержит изломов, что при числе участков кусочно-линейной аппрокси-. мации, равном числу двухдиодных ограничителей в предлагаемом устройстве, значительно уменьшает результирующую погрешность А , Отстройка от влияния электрофизических свойств объекта контроля на показания индикатора 18 достигается следующим образом. На величину напряжения генерации, определяемую коэффициентом передачи в цепи положительной обратной связи влияет добротность и резонансная частота колебательного контура 1. Коэффициент передачи в цепи положительной обратной связи уменьшается при уменьшении добротности контура 1 и увеличении расстойки контуров 1 и 5. На фиг.4 показаны зависимости выходного напряжения амплитудного детектора 17 от величины зазора Н для различных материалов при настройке контуров 1 и 5.на одну частоту. Цля материалов, обладающих высокой электропроводностью (кривая 1) или высокой магнитной проницаемостью (например магнитодиэлектрики, кривая 5), выходное напряжение сильнее зависит от зазора вследствие значительной расстройки контуров 1 и 5. Для ферромагнитных сталей (кривые 3 и 4) резонансна частота контура 1 практически не зависит от зазора Н, поэтому кривые 3 и 4 практически совпадают и имеют наибольший линейный участок к изменению зазора. При больших зазорах изменение расстройки контуров вследствие ограниченной добротности контуров оказывает малое влияние на выходное напряжение. В этом случае кривые для ферромагнитных материалов и материалов с высокой электропроводностью расположены выше, так как указанные материалы вызывают меньшее изменение добротности контура 1 по сравнению с (eppoмaгнитными материалами. Пля малых зазоров вклад величины расстройки контуров в уменьшение коэффициента передачи в цепи положительной обратной связи для этих материалов становится

более существенным, поэтому при заэррах меньших Н кривые 1,2 и 5 раС положены ниже кривых 3 и 4.

Таким образом, при настройке ч контуров на одну частоту обеспечивается отстройка от влияния электрофизических свойств объекта контроля практически для всех ферромагнитных сталей. Дополнительным преимуществом такой настройки для целей дефектоскопии является возможность применения устройства при зазоре равном Н, при котором отстройка от электрофизических свойст объекта контроля наблюдается практически для всех электропроводных объектов контроля.

Зависимости выходного напряжения амплитудного детектора 17 от зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля для случая настройки контура 5 на частоту, меньшую резонансной частоты колебательного контура1, представлены на фиг.5. В средних величинах расстройки колебательных конту- ров 1 и 5 наблюдается совмещение кривых 1 и 2, перекралвающих практически все случаи электропроводных неферромагнитных объектов контроля, начиная от титана (кривая 2) и кончая медью (кривая 1). При больших величинах расстройки колебательных контуров 1 и 5 кривая 1 для меди располагается ниже., так как медь сильнее, чем титан, влияет на.изменение частоты к., лебатёльного контура 1. При, меньших величинах расстройки контуров 1 и 5 кривая для титана располагается ниже, так как титан сильнее, чем медь, влияет на изменение добротности колебательного контура 1.

Вьщеление постоянного напряжени пропорционального амплитуде генерируемого напряжения и, следовательно, пропорххиональное контролируемому зазору, происходит следующим образом. На выходе одного из ограничителей 10-12 напряжение представляет собой синусоиду с отсечкой, привязанную к нулевому уровню. Постоянная составляющая напряжения в этой точке изменяется пропорционально генерируемому напряжению, что позволяет избежать применения отдельного амплитудного детектора, заменив его фильтром ниних частот, что увеличивает частотный диапазон измеряемых переменных зазоров, уменьшает время измерения постоянных зазоров и повышает точность измерения.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность и надежность контроля в автоматизированных системах технической диагностики механического состояния турбоагрегатов и дефектоскопии изделий за счет отстройки от электрофизических свойств поверхности объекта контроля и линейной обработки выводного сигнала преобразователя.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ, содержащее первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобразователем, усилитель, второй колебательный контур, амплитудный детектор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля , оно снабжено нелинейным четырехполюсником, выполненным в виде группы парсшлельно включенных двухдиодных ограничителей, первые входы которых соединены с выхгдом усили теля, источником опорных напряжений соединенным с вторыми входами двухдиодных ограничителей, выходы которых через резисторы соединены с первым колебательным контуром, а выход одного из двухдиодных ограничителей подключен к входу амплитудного детектора, а также резистором, включенным между первым колебательным контуром и входами нелинейного усилителя и второго коле(Л бательного контура, образуя с ним частично-зависимый делитель напряжения.

IS

17

-кн

KJ-

10

KJ-

iJh

Л

-кь

;/

-кьЧ

|

12

4СЬ

фиг.1

гг2 г «

Hj Н2 Mj Hfy Ну фиг.2

HI ff2

3 М 5 Фиг.З

фиг