Устройство для вихретокового контроля электропроводящих материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушахицему Тконтролю качества опабопроводяцих материалов методом вихревых токов по величине их электропроводности и может быть кспользовано в машиностроительной и химической промАшенности. Известно устройство для контроля электропроводности немагнитных сред содержащее трехточечный и кварцевьб} двухконтурный автогенератс ы с обще резонансной системой в коллекторных цепях, вихретоковый преобразователь корректирующие цепи, состоящие из двух полевых транзисторов, использу мых в качестве управляемых резисторов, варикап с разделительным конде сатором, подключенных параллельно конденсатору внутреннего контура ква{ цевого автогенератсчра, причем затвор одного из транзист( и точ соединения варикапа с разделительны конденсатором через согласуюадие резисторы подключены к Э1«1ттеру транзистора трехточечного автогенератора два амплитудных детектора, подключеннных к выходам автогенераторов. блок деления амплитудных сигналов и регистрирующий прибор ij . Недостатком данного устройства является невысокая точность контроля обусловленная тем, что при контроле композиционных материалов и материалов с высокой электропр1оврдностью изменения толщины материала сказываются на результатах контроля. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для вихретокового крнтроля электропроводящих материалов, содержащее трехточечный с цепью поло жительной обратной связи и кварцевый автогенераторы с общей резонансной Системой, индуктивность кот(ой состоит из последовательно соединенных вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности а вихретоковый преобразователь включен в нагрузочный контур кварцевого автогенератора, управляемые резисторы, включенные параллельно резонанс ам контурам автогенераторов ив цепь фиксированного смещения трехточечного автогенератора, амплитудный детектор с резонансным фильтром, вход которого связан с точкой соединения вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности, выход - с цепью положительной обратной связи трехточечного автогенератора, и регистратор, з управляемый резистор в контуре кварцевого автогенератора соединен с выходом трехточечного автогенератора 2. Контроль проводящих свойств материала осуществляется по сигналу Tpelfrочечного автогенератора, работевющего в недонапряженном режиме. С помощью кварцевого автогенератора работающего в перенапряженном режиме, регистрируется изменение зазора. Полученный сигнал о величине зазора используется для коррекции сигнала трехточечного автогенератора путем изменения режимов его. работы по переменному и постоянному току. Недостатком известного устройства является низкая точность контроля, связанная с тем, что использование с целью отстройки от зазора вихретокового преобразователя в виде ряда ячеек, распределенных по поверхности образца, снижает раз{)ешающую спо-, собность устройства из-за большой .площади занимаемой таким преобразователем. Кроме того, контроль изделий, име1Ш1их различную толщину, при больших jf SMepax преобразователя приводит К значительному изменению вели ян зностнах активного и реактивного сойротивлеяий, влияющих на сигнал преобразователя и точность контроля. Целью изобретения является повышение точности контроля. Поставленная цель достигается тем, что устройство для. вихретокового контроля электропроводящих материалов, содержащее трехточечный с цепью положительной обратной связи и кварцевый автогенераторы с общей резонанснсй системой, индуктивность которой состоит из последовательно соединенных вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности, а вихретоковый преобразователь включен в нагрузочный контур кварцевого автогенератора, управляемые резисторы, включенные параллельно резонансным контурам автогенера- . торов и в цепь фиксированного смещения трехточечного автогенератора, амплитудный детектор с резонансным фильтром, вход которого связан с точкой соединения вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности, выход - с цепью положительной обратной связи трехточечного автогенератора, и регистратор, а управляемый резистор в контуре кварцевого автогенератора соединен с выходом трехточечного автогенератора, оно снабжено последовательно соединенными генератором линейного напряжения, генератором изменяющейся частоты и второй катушкой индуктивности, последовательно соединенными функциональным преобразователем и блоком сравнения, первый вход функционального преобразователя соединен с выходом генератора линейного напряжения, а второй вход - с выходом трехточечного генератора, амплитудным детектором с полосовым фильтром, подключенным входом к точке соединения вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности а выходом к входу .блока сравнения, выход которого подключен к управляющим резисторам трехточечного автогенератора в цепях его резонансного контура и фиксированного смещения, элементом задержки, включенным между вторам входом функционального преобразователя и регистратором

На чертеже приведена функциональньм электрическая схема устройства.

Устройство содержит кварцевый автогенератор 1 и трехточечный автогенератсч 2 с общей резонансной системе в коллекторных цепях, индуктивность которой состоит из последовательно соединенных вихретокового преобразователя ВТП 3 и дополнительной катушки 4 индуктивности, амплитудный детектор 5 с резонансным фильтром, вход котсч ого связан с точкой соединения вихретокового преобразователя 3 и дополнительной катушки 4 индуктивности, последовательно соединенные генератор б линейного напряжения, генератор 7 изменяющейся частоты и вторую катушку 8 индуктивности, последовательно соединенные функциональный прео Н; аэователь 9 и блок 10 сравнения, первьб) вход функционального преобразователя Э соединен с выходом генератора 6 линейного напряжения, а второй - с выходом трехточечного генератора 2, амплитудный детектор 11 с полосовьм фильтром включенный входом к точке соединения вихретокового преобразователя 3 и дополнительной катушки 4 индуктивности, а выходом - к второму входу блока 10 сравнения, yпpaвляe вJe резисторы 12 и 13, включенгеле параллельно резонансным контурам автогенераторов, управляеккдй резистор 14 в цепи фиксированного смещения трехточечного автогенератора 2, причем управляемые резисторы 13 и 14 подключены к выходу блока 10 сравнения, а управляемый резистор 12 - к выходу трехточечного автогенератора, элемент 15 задержки, подключенный к BTop(iy входу функционального преобразователя 9, и регистратор 16, связанный с выходом элемента 15 задержки.

Кварцевый и трехточечный автогенераторы выполнены соответственно на транзистс ах 17 и 18 по схеме с общей баэой и содержат элементы фиксированного и автоматического смещегния.

Цепь положительной обратись) связи трехточечного автогенерат( состоит из последовательно соединенных варикапа 19 и конденсатора 20, включенных между коллектором и эмиттером транзистора 18, средняя точка которой подключена к выходу амплитудного детектс а 5 с резонансным фильтром.

Устройство работает следующим образом.

При взаимодействии вихретокового преобразователя (ВТП) 3 с электропроводящей средой трехточечный автогенератор 2, работающий на относительно низкой фиксированной частоте кГц if его колебательный контур состоит из индуктивностей 3 и 4), вырабатывает сигнеш, определяемый вели чиной электропроводности материала изделия. Полученный сигнал через элемент 15 задержки, компенсирующий переходные процессы в системе при изменении частоты, поступает на регистрирующий прибор 16. Однако при контроле электропроводности материала изменение величины зазора Ь и толщита Т изделия приводит к значительней погрешности измерения.

Коррекция погрешности от влияния вариаций зазсчра осуществляется путем воздействия на колебательную и нагруэочную характеристику трехточечного автогенератора 2 с помощью изменения глубины положительной обратной связи сигналом, снятьвд с кварцевого автогенератора 1. Генератор 1 работает на высокой частоте fj 50 МГц, и электромагнитное поле, возбуждаемое ВТП 3, практически не проникает в материал изделия. Амплитуда высокочастотных колебаний, определяемая величиной между ВТП 3 и контролируемой поверхностью, через амплитудный детектор 5 с резонансным фильтром подается на варикап 19 в цепи псхпожительной обратной связи низкочастотного автогенератора. Емкость варикапа, а следовательно, и глубина положительной обратной связи автогенератора 2, иэменяется компенсируя изменения зазора на сигнал ВТП 3. Амплитуда колебаний кварцевого автогенератора 1, определяемая вэличинсЛ между ВТП и изделием, зависит от электропроводности поверхностного слоя контролируемого материала, чтб вносит погрешность в измерение электропроводности материала. Для коррекции этой погрешности часть сигнала, снимаемая с вьрсода трехточечног} автогенератора 2, подается на управляемый резистор 12, включенный параллельно резонансному контуру кварцевого автогенератора 1.

Для коррекции погрешности от изменения толщины Т контролируемого материала на сигнал низкочастотного автогенератора 2 с генератора 6 линейного напряжения управляющий сигнал подается на генератор 7 изменяющейся частоты и функциональный преобразователь 9..Генератор 7 изменяющейся частоты питает напряжением постоянной амплитуды и частоты (где i, i ii) индуктивный делитель, состоящий из второй катушки 8 индуктивности и ВТП 3. Исходную частоту i выбирают достаточно высокой, при которой глубина проникновения электромагнитного поля намного меньше толщины образца, а затем частоту снижают/ зондируя изделие по глубине

С индуктивного делителя сигнал после детектирования амплитудным детектором 11 с полосовым фильтром подается на второй вход блока 1Q сравнения. Одновременно на первый вход блока 10 сравнения поступает тестовый сигнал с функционального преобразователя 9. Тестовый сигнал представляет собой монотонную функциональную зависимость вносимого в ВТП 3 реактивного ссмшротивления (Хвм) от частоты электромагнитной волны, когда толщина образца больше д иаметра ВТП.

В результате сравнения рабочего сигнала, поступившего е преобразователя, и тестового в блоке сравнения вырабатгывается управляюошй сигнал для управляемых резисторов 13 и 14. В случае, когда толщина изделия равна или больше диаметра ВТП (глубина проникновения поля не превышает тая1цину изделия),, сигнал с индуктивного делителя аналогичен тестовому сигналу с функционального преобразователя 9, и на выходе блока 10 сравнения управлякнций сигнал отсутствуёт. Если же глубина проникновения электромагнитного поля превынает толщину изделия, на затворы управляешлх резисторов 13 и 14 поступает сигнал от блока 10 сравнения. При этсм восстанавливается режим трехточечного автогенератора 2 по переменному току путем воздействия на нагрузочную характеристику автогенератора с помощью управляемого резистора 13, а также по постоянному току с помощью управляемого резистора 14. Это приводит к деформации колебательной и нагрузочной характеристик трехточечного автогенератора 2, что позволяет исключить влияние изменения толщины материала на результаты измерения электропроводности материала.

Тестовый сигнал, подаваемый на первый вход блока 10 сравнения, зависит от изменения электропроводности материала. Для коррекции его на второй вход функционального преобразователя 9 подается постоянное напряжение, определяемое электропроводностью с выхода автогенератора 2.

Благодаря компенсации влияния толщины изделия и изменений величины зазора, сигнал преобразователя 3 определяется практически только величинЪй электропроводности материала изделия.

Использование изобретения повышает точность контроля за счет исклйч,ения влияния на сигнал преобразователя мешающих факторов, а также позволяет исключить необходимость применения дополнительного толщиномера при проведении контрольных операций.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТЮПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее трехточечный с цепью положительной обратной связи и кварцевый автогенераторы с общей резонансной системой, индуктивность которой состоит из последовательно соединенных вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности, а вихретоковой преобразователь включен в нагрузочный контур кварцевого автогенератора, управляе}«лё резисторы, включенные параллельно резонансным контурам автогенераторов и в цепь фиксированного смещения трехточечного автогенератора, амплитудный детектор с резонансным фильтром, вход которого связан с точкой соединения вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности, выход - с цепью положительной обратной связи трехточечного автогенератора, и регистратор, а управляемый резистор в контуре кварцевого автогенератора соединен с выходом трехточечного автогенератора, отличающеес я тем, что, с целы повьниения точности контроля, оно снабжено последовательно соединенными генератором линейного напряжения, генератором изменяющейся частоты и второй катушкой индуктивности, последовательно соединенными функциональным преобразователем и блоком сравнения, первый вход функционального преобра- Q зователя соединен с выходом генерато-55 ра линейного напряжения, а второй --. вход - с выходом трехточечного гене- С// ратора, амплитудным детектором с полосовым фильтром, подключенным входом к точке соединения вихретокового преобразователя и дополнительной катушки индуктивности, а выходом - к второму входу блока сравнения, выход которого лодключен к управляющим резисторам трехточечного автогенератора в цепях его резонансного контура, и фиксированного смещения, элементом задержки, включенным между вторым входом функционального преобразователя и регистратором.