Цифровой вихретоковый измеритель электропроводности Советский патент 1984 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных материалов в машиностроении, аваации и других областях техники. Известно устройство для измерения удельного электрического сопротивления немагнитных электропроводящих материалов, содержащее соединенные последовательно возбуждающий генератор синусоидального напряжения, усилитель мощности, вихретоковый датчик, фазовый детектор, генератор импульсов, счетчик импульсов, блок управления частотой возбуждающего генератора. дещифратор, вход которого подсоединен к выходу счетчика импульсов и входу блока управления частотой возбуждающего генератора и цифровой индикатор, соединенный с выходом дешифратора 1. Недостатком устройства является снижение точности измерения, обусловленное наличием зоны нечувствительности и дрейфом порога срабатывания генератора импульсов, а также погрешностью блока управления частотой возбуждающего генератора. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой вихретоковый измеритель электропроводности, содержащий соединенные последовательно генератор качающейся частоты, вихретоковый преобразователь, усилитель-формирователь, первый элемент И и два счетчика, соединенные последовательно второй усилитель-формирователь, подключенный к выходу вихретокового преобразователя и второй элемент И, второй вход которого подключен к первому усилителю-формирователю, а выход подключен к входу вычитания второго счетчика, третий элемент И, инверсные входы которого подключены к выходам усилителей-формирователей, а выход - к входам управления счетчиков, и генератор опорной частоты, подключенный к входам первого и второго элементов И 2. Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы в условиях помех. Целью изобретения является повышение надежности в работе. Поставленная цель достигается те.м, что цифровой вихретоковый измеритель электропроводности, содержащий соединенные последовательно генератор качающейся частоты, вихретоковый преобразователь, усилитель-формирователь, первый элемент И и два счетчика, соединенные последовательно второй усилитель-формирователь, подключенный к выходу вихретокового преобразователя,и второй элемент И, второй вход которого подключен к первому усилителюформирователю, а выход подключен к входу вычитания второго счетчика, третий элемент И, инверсные входы которого подключены к выходам усилителей-формирователей, а выход - к входам управления счетчиков, и генератор опорной частоты, подключенный ко входам первого и второго элементов И, снабжен регистром, подключенным к выходу второго счетчика, элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, а второй предназначен для соединения с гнездом «Пуск, четвертым элементом И, первый и второй входы которого подключены к усилителям-формирователям, а выход соединен с входом установки регистра, первым триггером, вход установки которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а вход сброса - к выходу четвертого элемента И, прямой выход соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И, пятым элементом И, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, а второй - с выходом первого усилителя-формирователя, вторым триггером, вход установки которого подключен к выходу пятого элемента И, а вход сброса предназначен для подключения к гнезду «Пуск, и третьим триггером, вход установки которого соединен с инверсным выходо.м второго триггера, вход сброса подключен к выходу пятого элемента И, вход синхронизации - к выходу первого усилителя-формирователя, а прямой выход - к входу управлекия генератора качающейся частоты и входам первого, второго и четвертого эле.ментов И. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений в контрольных точках. Цифровой вихретоковый измеритель электропроводности содержит соединенные последовательно генератор 1 качающейся частоты, вихретоковый преобразователь 2, усилитель-формирователь 3, первый элемент И 4 и два счетчика 5 и 6, соединенные последовательно второй усилитель-формирователь 7, подключенный к выходу вихретокового преобразователя 2 и второй элемент И 8, второй вход которого подключен к первому усилителю-формирователю 3, а выход подключен к входу вычитания второго счетчика 6, третий элемент И 9, инверсные вход,ы которого подключены к выходам усилителей-формирователей 3 и 7, а выход - к входам управления счетчиков 5 и 6, и генератор 10 опорной частоты, подключенный к входа.м первого и второго элементов И 4, 8. Устройство содержит также регистр 1 1, подключенный к выходу второго счетчика 6, элемент 12 ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика 6, а второй - с гнездом «Пуск, четвертый элемент И 13, первый и второй

входы которого подключены к усилителямформирователям 3 и 7, а выход соединен со входом установки регистра 11, первый триггер 14, вход установки которого подключен к выходу элемента ИЛИ 12, а вход сброса - к выходу четвертого элемента И 13, прямой выход соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И 9, 13, пятым элементом И 15, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера 14, а второй - с выходом первого усилителя-формирователя

3,второй триггер 16, вход установки которого покдключен к выходу пятого элемента И 15, а вход сброса - к гнезду «Пуск,

и третий триггер 17, вход установки которого соединен с инверсным выходом второго триггера 16, вход сброса подключен к выходу пятого элемента И 15, вход синхронизации - к выходу первого усилителяформирователя 3, а прямой выход - к входу управления генератора 1 качающейся частоты и входам первого 4, второго 8 и четвертого 13 элементов И.

Измеритель работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь 2 размещают на поверхности контролируемого изделия (не показано). Все элементы устройства устанавливают в исходное состояние, при котором триггеры 14 и 7 находятся в нулевом, а триггер 16 - в единичном состоянии, генератор 1 генерирует синусоидальное напряжение частотой fmtn , Сигнал с выхода генератора 1 поступает на вход вихретокового преобразователя 2, опорный . ,,и измерительный сигналы, на выходах которого при этом будет сдвинуты один относительно другого на интервал рис. 2, а, б), зависящий от значения электропроводности в материала контролируемого изделия и частоты fmjn, Усилители-формирователи 3 и 7 после усиления сигналов преобразуют положительные полупериоды в логические единицы, а отрицательные - в логические нули (рис. 2 8, г).

Сигнал «Пуск, поступивший на вход измерителя в момент времени 1о,.устанавливает триггер 16 в нулевое, а триггер 14 через элемент ИЛИ 12 - в единичное состояние (фиг. 2, е, д). Единичный потенциал с инверсного выхода триггера 16 поступает на информационный вход триггера 17, который переходит в единичное состояние по заднему фронту измеряемого сигнала, поступающего на его синхронизирующий вход с выхода усилителя-формирователя 3 (фиг. 2 ж). Единичный потенциал с его выхода поступает на входы элементов И

4,8 и 13 и управляющий вход генератора 1., вследствие чего последний начинает плавно изменять частоту от до ftnax. Нулевой потенциал с выхода усилителя-фор.мнрователя 3 откроет элемент И 9, так как на другой его инверсный вход поступает нулевой потенциал с выхода усилителя-формирователя 7 и единичный потенциал с прямого выхода триггера 14, и поступивший на управляющие входы счетчиков 5 и 6 единичный сигнал -(фиг. 2 з) записывает в них соответственно числа, например 7 (при п 3) и 999 (при емкости счетчика в три двоично-десятичных разряда). Появивщийся на выходе усилителя-формирователя 7 единичный уровень опорного сигнала в момент времени ti (фиг. 2в) открывает элемент И 8, и счетчик 6 начинает подсчитывать в обратном коде на протяжении временного интервала tt импульсы генератора 10 частотой fo, поступающие на его вычитающий вход. В момент появления на выходе усилителя-формирователя 3 единичного уровня измеряемого сигнала в счетчике 6 окажется зафиксированным в обратном коде число N, .

Единичный измеряемый сигнал на выходе усилителя-формирователя 3 в момент времени t) закрывает элемент И 8 и открывает элементы И 4 и 13. Единичный сигнал с выхода элемента И 13 поступает на управляющий вход регистра 11, записывая в нем число NJ с выхода счетчика 6, и на сбросовый вход триггера 14. Последний устанавливается в нулевое состояние и закрывает элемент И 13. Через открытый элемент И 4 на вход счетчика 5 поступают импульсы частотой fo. Счетчик 5 обеспечивает деление частоты fp в п раз (вьпие мы положили п 3). Счетчик 6 начинает подсчитывать число NI импульсов частотой fo/n , поступающих на его суммирующий вход с выхода переполнения счетчика 5, при этом он вычитает из зафиксированного ранее числа N/ число Nj.. Так как измерение начинается с наименьшей частоты fmin гармонического сигнала, генерируемого генератором 1, на первых периодах фаза измеряемого сигнала будет меньше заданной величины Y fs4A- момент времени tbf, когда на вход счетчика 6 гюступит (Nj +1)-ный импульс частотой /п единичный сигнал с его выхода переполнения установит через элемент ИЛИ 12 в единичное состояние триггер 14. Единичный потенциал с выхода триггера 14 поступит на входы элементов И 13 и 9, которые остаются в закрытом состоянии благодаря единично.му сигналу, поступающему на инверсный вход первого с выхода усилителя-формирователя 3, и нулевому сигналу, поступающему на вход второго с выхода усилителя-формирователя 7. В момент появления на выходе усилителя-формирователя 3 нулевого потенциала в счетчике 6 оказывается зафиксированным число/iN Ni -Nj. Нулевой потенциал с выхода усилителя-формирователя 3 закрывает элемент И 4 и открывает элемент И 9, сигнал с выхода которого поступает на управляющие входы счетчика 5 и 6. Описанный процесс повторяется до тех пор, пока на i-том периоде в момент t ...число N/ .сравняется с числом N/. Для увеличения помехоустойчиВОС7И измерителя триггер 14 фиксирует выполнение условия . В этом случае в момент ti триггер 14 оказывается в нулевом состоянии, запрещающий потенциал с его прямого выхода поступает на входы элементов И 13, 9, а разрешающий потенциал с его инверсного выхода поступает на вход элемента И 15. Нулевой сигнал с выхода усилителя-формирователя 3 через элемент И 15 устанавливает в единичное состояние триггер 16 и в нулевое состояние триггер 17. Нулевой потенциал с прямого выхода триггера 17 поступает на управляющий вход генератора 1 и на входы элементов И 4, 8 и 13. В регистре 11 при этом оказ)з1вается зафиксированным число NJ N, ,по величине которого определяется электропроводность.

romoSo Пуск Предлагаемый цифровой вихретоковый измеритель электропроводности обладает рядом существенных преимуществ. В данном измерителе равенство сдвига фаз между опорным и измерительным сигналами заданному значению фиксируют при выполнении условия , что обеспечивает получение результата из.мерения в условиях случайных помех. Возможность подключения измерителя к ЭВМ и нахождение численного значения электропроводности позволяет проводить измерения при изменении электропроводности изделий в щироких пределах. При наличии случайных помех использование микро-ЭВМ позволяет увеличить точность измерения путем усреднения результатов многократного измерения электропроводности. Возможность программной обработки позволяет также по результатам измерения электропроводности изделия определить и другие его параметры, связанные с электропроводностью, увеличить точность измерения за счет применения математических методов обработки информации, а также создавать архив данных контроля по каждому изделию.

tsj w

5

Q

ЦИФРОВОЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащий соединенные последовательно генератор качающейся частоты, вихретоковый преобразователь, усилитель-фор.мирователь, первый элемент И и два счетчика, соединенные последовательно второй усилитель-формирователь, подключенный к выходу Бихретокового преобразователя, и второй элемент И, второй вход которого подключен к первому усилителю-формирователю, а выход-к входу вычитания второго счетчика, третий элемент И, инверссные входы которого подключены к выходам усилителей-формирователей, а выход - к входам управления счетчиков, и генератор опорной частоты, подключенный к входам первого и второго элементов И, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, он снабжен регистро.м, подключенным к выходу второго счетчнка. элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, а второй предназначен для соединения с гнездом «Пуск, четвертым элементом И, первый и второй входы которого подключены к усилителям-формирователям, а выход соединен с входом установки регистра, первым триггером, вход установки которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а вход сброса - к выходу четвертого элемента И, прямой выход соединен с третьими в.чодами третьего и четвертого элементов И, пятым элементом И, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого тригё гера, а второй - с выходом первого усилителя-формирователя, вторым триггером, (Л вход установки которого подключен к выходу пятого элемента И, а вход сброса предназначен для подключения к гнезду «Пуск, и третьим триггером, вход установки которого соединен с инверсным выходом второго триггера, вход сброса подключен к выходу пятого элемента И, вход синхронизации - к выходу первого усилителя-формирователя, а прямой выход - к входу управ4 4 О ления генератора качающейся частоты и входам первого, второго и четвертого элементов И.