Электроконтактный дефектоскоп для контроля проводящих сред Советский патент 1985 года по МПК G01N27/20 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в устройствах отбраковки по физическим признакам неоднородности преимущественно для хорошо проводящих сред, например, при контроле сварных соединений а также заклепок, резьбовых соединений и т.д., при контроле качества покраски.

.Известен электррконтактный дефектоскоп для контроля лакокрасочных покрытий, содержащий блокинг-генератор, щуп и индикатор в виде звукового переменно-тонального сигнализатора 1.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности воспроизведения характера измерения проводимости в зоне дефекта.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для количественного учета движущихся объектов, способное осуществлять контактным методом контроль состояния проводящих сред, содержащее генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу регистра сдвига, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков умножения, а третий выход регистра сдвига соединен с входом первого преобразователя напряжения в ток, первые и вторые пары электродов, расположенных параллельно и соосно с межэлектроднЫм расстоянием в парах, соизмеримым с линейным поперечным размером неоднородности, измеренным относительно направления его контроля, первый и второй параллельные электроды первой пары соединены соответственно с первым и вторым входами первого усилителя, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, выход которого через последовательно соединенные фильтр нижних частот и первый делитель напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя, первый и второй параллельные электроды второй пары соединены соответственно с первым и вторым входами второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения, выход которого через последовательно соединенные вторйй фильтр нижних частот и второй делитель напряжения соединены с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого через последовательно соединенные компаратор, дифференци рующий элемент соединен с входом блока регистрации. Кроме того, четвертый выход регистра сдвига соединен с входом второго преобразователя напряжения в ток, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами второго усилителя, а первый и второй вых,оды первого преобразователя напряжения в ток соединены соответственно с первым и вторым входами первого усилителя 2.

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность при контроле дефектов, например, сварного щва изза влияния контактных сопротивлений на электродах, а также отсутствие локализации неоднородности по длине дефекта.

Целью изобретения является повыщение чувствительности и обеспечение локализации неоднородности по длине дефекта.

Эта цель достигается тем, что в электроконтактный дефектоскоп для контроля проводящих сред, содержащий генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу регистра сдвига, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков умножения, а третий выход регистра сдвига соединен с входом преобразователя напряжения в ток, первые и вторые пары электродов, расположенных параллельно и соосно с межэлектродным расстоянием в парах, соизмеримым с линейным

0 поперечным размером неоднородности, измеренным относительно направления его контроля, первый и второй электроды первой пары соединены соответственно с первым и вторым входами первого усилителя, выход

5 которого соединен с вторым входом блока умножения, выход которого через последовательно соединенные фильтр нижних частот и первый делитель напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя, первый и второй электроды вто0рой пары соединены соответственно с первым и втopым входами второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения, выход которого через последовательно соединенные второй фильтр нижних частот и второй делитель напряже5ния соединены с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого через последовательно соединенные компаратор, дифференцирующий элемент соединен с входом блока регистрации, введены интегратор,

0 блок видеоиндикации, два токовых электрода, причем выход дифференциального усилителя через интегратор соединен с входом блока видеоиндикации, первый и второй выходы преобразователя напряжения в ток

5 соединены соответственно с первым и вторым токовыми электродами, первые и вторые пары электродов расположены параллельно линии, соединяющей первый и второй токовые электроды, а расстояние между указанными парами электродов составляет

0 дифференциал от длины неоднородности, из меренной в направлении ее контроля.

На фиг. 1 представлена структурная схема дефектоскопа; на фиг. 2 и 3 - вре. менные эпюры соответствующих напряжении.

Дефектоскоп (фиг. 1) содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу регистра 2 сдвига, преобразователь 3 напряжения в ток, первые 4.1 и 4.2 и вторые 5.1 и 5.2 пары электродов, расположенные параллельно и соосно, электроды 6.1 и 6.2. Причем 4.1 и 5.1 - первые электроды соответственно первой и второй пары, а 4.2 и 5.2 - вторые электроды соответственно первой и второй пары. Первый и второй выходы преобразователя 3 напряжения в ток соединены соответственно с первым 5.1 и вторым 5.2 токовыми электродами. Первый 4.1 и второй 4.2 электроды первой пары соединены соответственно с первым и вторым входами первого усилителя 7. Первый 5.1 и второй 5.2 электроды второй пары соединены соответственно с первым и вторым входами второго усилителя 8; Выход первого усилителя 7 соединен с одним из входов первого блока 9 умножения. Выход второго усилителя 8 соединен с одним из входов второго блока 10 умножения. Один из входов первого блока 9 умножения соединен с первым выходом регистра 2 сдвига, а один из входов второго блока 10 умножения соединен с вторым выходом регистра 2 сдвига, третий выход которого соединен с входом преобразователя 3 напряжения в ток. Выход первого блока 9 умножения через последовательно соединенные первый фильтр 11 нижних частот и первый делитель 12 напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя 13. Выход второго блока 10 умножения через последовательно соединенные второй фильтр 14 нижних частот и второй делитель 15 напряжения соединен с вторым входом дифференциального усилителя 13. Выход дифференциального усилителя 13 через последовательно соединенные компаратор 16 и дифференцирующий элемент 17 соединен с блоком 18 регистрации. Кроме того, выход усилителя 13 соединен через интегратор 19 с входом блока 20 видеоиндикации. На фиг. 1 изображена также контролируемая неоднородность 21.

Генератор 1 предназначен для создания импульсного напряжения прямоугольной формы. Нижняя частота импульсного сигнала генератора в 3-5 раз выше максимально возможной линейной скорости контроля объектов, а верхняя частота определяется условиями затухания сигнала (или его распространения) в соответствующей среде. Регистр 2 сдвига предназначен для обеспечения поочередной выдачи прямоугольных импульсов, обеспечивая развязку по времени процесса измерения на nepBoji 4.1 и 4.2 и второй 5.1 и 5.2 парах электродов. Преобразователь 3 предназначен для обеспечения заданной величины тока, проходящего через неоднородность в контролируемой среде. Первый 6.1 и второй 6.2 токовые электроды предназначены для согласованной передачи тока в среду и для обеспечения надежного контакта со средой, в которой контролируется неоднородность. Электроды 4.1, 4.2, 5.1 и 5.2 представляют собой электрические

щупы, обеспечивающие контакт с материалом среды, например с металлической поверхностью, достаточной для измерения напряжений прибором с больщим входным сопротивлением. Конструктивно указанные электроды могут быть расположены по верщинам прямоугольной каретки, длина которой соизмерима с поперечным разменом контролируемой неоднородности, например щириной сварного щва, а щирина соизмерима

0 с дифференциалом длины неоднородности, например, сварного щва по его длине. При этом электроды могут быть выполнены в виде вращающихся колесных контактов подвижной каретки, посаженных на пружинные опоры, изолированные друг от друга. Усилители 7 и 8 предназначены для усиления сигналов по напряжению, возникающих на электродах 4.1, 4.2, 5.1 и 5.2, например, при прохождении неоднородности между электродами каждой пары. При этом входное

0 сопротивление усилителей должно быть значительно больше возможно больщего сопротивления каждого из контактов электродов 4.1, 4.2, 5.1 и 5.2 с поверхностью объекта. Блоки 9 и 10 умножения предназначены для выделения информационного сигнала, возникающего в случае изменения между электродами 4.1, 4.2, 5.1 и 5.2 за счет неоднородной проводимости по длине.

Фильтры 11 и 14 нижних частот предназначены для выделения и формирования низQ кочастотных информационных сигналов. Постоянная времени указанных фильтров выбирается такой величины, чтобы усреднить величины импульсных напряжений, поступающих с соответствующих выходов перемножителей, т.е. чтобы преобразовать

5 импульсные информационные сигналы в непрерывный токовый сигнал.

Делители 12 и 15 напряжения предназначены для симметрирования сигналов, поступающих с фильтров 11 и 14, чтобы при от сутствии каких-либо возмущений в зоне, где расположены электроды, на выходе усилителя 13 было нулевое напряжение. В качестве указанных делителей напряжения могут использоваться резистивные потенциометры.

5 Дифференциальный усилитель 13 обеспечивает сравнение сигналов, поступающих (через соответствующие блоки) соответственно с первой 4.1 и 4.2 и второй 5.1 и 5.2 пары электродов.

Компаратор 16 формирует сигнал постоянной амплитуды, знак которого определяется знаком фазы разностного сигнала на выходе усилителя 13. Дифференцирующий элемент 17 формирует импульсы, полярность которых определяется знаком наклона (перепада) по напряжению сигнала, поступающего с выхода компаратора в моменты его изменения по фазе.

Блок 18 регистрации предназначен для индикации результата счета импульсов, поступающих с дифференцирующего элемента 17.j

Интегратор 19 формирует огибающую (функцию изменения проводимости, например, по длине сварного щва).

Блок 20 вндеоиндикации предназначен для индикации функции изменения проводимости по длине дефекта, в качестве которого может использоваться осциллограф с горизонтальной разверткой, соизмеримой со скоростью относительного движения каретки с электродами. В блоке 20 индикации предусмотрена также звуковая сигнализация. Электроконтактный дефектоскоп работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает прямоугольные разнополярные симметричные импульсные сигналы, поступающие на регистр 2 сдвига. Импульсный сигнал Ui (фиг. 2о) с соответствующего выхода регистра 2 поступает на вход преобразователя 3 напряжения в ток, а затем через токовые электроды 6.1 и 6.2 - в зону контроля неоднородности 21, образуя объемную структуру распределенных токов и соответственно поля потенциалов в среде. Причем указанные токовые электроды целесообразно располагать на лиНИИ, перпендикулярной к траектории неоднородности, например, сварного шва. Импульсные сигналы Uj и U;j, сдвинутые на по ловину тактовых импульсов U j. (фиг. 26 и в), с соответствующих выходов регистра 2 поступают наа первые входы соответствующих блоков 9 и 10 умножения. Напряжения U (фиг. 2г) и Uj (не показано), образующиеся на электродных парах 4.1 и 4.2, 5.1 и 5.2, усиливаются соответственно усилителями 7 и 8 и преобразуются по спектру в блоках 9 и 10 умножения..

Каждый из указанных блоков работает в режиме смесителя так, что при условии отсутствия межэлектродной проводимости в какой-либо паре электродов на выходе соответствующего блока умножения формируются разнополярные импульсы Ug (фиг. 2д). В слу чае наличия межэлектродной проводимости напряжение U принимает вид напряжения Ufi (фиг. 2е). Импульсные напряжения с выходов блоков 9 и 10 умножения поступают на входы соответствующих фильтров 11 и 14 нижних частот. Напряжение симметричных импульсов на выходе соответствующего блока умножения (фиг. 2д) после соответствующего фильтра нижних частот принимает нулевое значение, а напряжение несимметричных импульсов (фиг. 2е) преобразуется, в соответствующий уровень постоянного напряжения и (фиг. 2ж:.) С выходов фильтров 11 и 14 напряжения через соответствующие делители 12 и 15 напряжения (потенциометры) подаются на входы дифференциального усилителя 13. При отсутствии в межэлектродной зоне неоднородности на обоих входах усилителя 13 - одинаковые напряжения, которые складываются в противофазе так, что на выходе указанного усилителя отсутствует напряжение (в противном случае регулировкой потенциометров добиваются полного равенства напряжений на обоих входах усилителя 13). При наличии, например, в-качестве контролируемого объекта сварного щва и условии перпендикулярности к нему токовых линий электрического поля токов в зоне щва образуется неоднородное электрическое поле. Измерение разности потенциалов этого поля вблизи и вдоль щва в каждой из электродных пар 4.1 и 4.2, 5.1 и 5.2 определит соответствующие напряжения U(x), и{х + лх), где X - координата траектории щва. На фиг. 2з показан вариант изменения разности потен-, циалов Ug в первой паре электродов 4.1 и 4.2 при перемещении ее вдоль сварного шва (указанная пара электродов расположена перпендикулярно к сварному шву). На фиг. За и б соответственно показаны сигналы Ug и Uio , пропорциональные изменению напряжений на соответствующих парах электродов. Оба сигнала после суммирования в усилителе 13 образуют разностный сигнал Un (фиг. Зв). При .близком (л ) и параллельном расположении пар электродов на выходе получается функция дифференцирования 3(х), описывающая разнополярный сигнал в зависимости от соотнощения напряжений на первой 4.1 и 4.2 и второй 5.1 и 5.2 парах электродов. Разностный сигнал Uij после компаратора 16 (фиг. Зг) поступает на вход дифференцирующего элемента 17, на выходе которого формируется импульс счета Ua (фиг. 3d), поступающий в блок 18 регистрации. Полярность указанных импульсов счета в блоке 18 регистрации согласована со знаком изменения функции. Количество положительных или отрицательных импульсов характеризуется количеством максимумов приращения или уменьшением проводимости вдоль сварного шва на единицу его длины. Поступающее напряжение и (х) с выхода усилителя 13 несет информацию о скорости изменения проводимости между электродами. Закон изменения проводимости U(x) получается путем интегрирования функции (х) в интеграторе 19. В результате операции интегрирования по вр.емени (при равномерном движении карет.ки с электродами вдоль сварного щва) на выходе интегратора 19 получается функция Ui4 (фиг. Зе). С выхода интегратора 19 сигнал поступает в блок 20 видеоиндикации который позволяет по видео- и звуковым сигналам, а также по стрелочному индикатору качественно и количественно судить о степени неоднородности объекта, например, сварного щва.

Предлагаемое устройство повыщает точность дефектоскопии за счет использования метода дифференцирования по пространственным координатам при перемещении измерительной системы за счет использования счетчика максимумов изменения проводимости, а также обеспечивает возможность визуального наблюдения проводимости по всей длине дефекта.

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОВОДЯЩИХ СРЕД, содержащий генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу регистра сдвига, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго блоков умножения, а тре-, тий выход регистра сдвига соединен с входом преобразователя напряжения в ток, первые и вторые пары электродов, расположенных параллельно и соосно с межэлектродным расстоянием в парах, соизмеримым с линейным поперечным размером неоднородности, измеренным относительно направления его контроля, первый и второй электроды первой пары соединены соответственно с первым и вторым входами первого усилителя, выход которого соединен с вторым входом блока умножения, выход которого через последовательно соединенные фильтр нижних частот и первый делитель напряжения соединен с первым входом дифференциального усилителя, первый и второй электроды второй пары соединены соответственно с первым и вторым входами второго усилителя, выход которого соединен с вторым входом второго блока умножения, выход которого через последовательно соединенные второй фильтр нижних частот и второй делитель напряжения соединены с вторым входом дифференциального усилителя, выход которого через последовательно соединенные компаратор, дифференцирующий элемент соединен с входом блока регистрации, отличающийся тем, что, с целью S повышения чувствительности и обеспечения локализации неоднородности по длине дефекта, в него введены интегратор, блок видеоиндикации, два токовых электрода, причем выход дифференциального усилителя через интегратор соединен с входом блока видеоиндикации, первый и второй выходы преобразователя напряжения в ток соединены соответственно с первым и вторым токовыО5 ми электродами, первый и вторые пары электсд родов расположены параллельно линии, соединяющей первый и второй токовые электро;о о: ды, а расстояние между указанными парами электродов составляет дифференциал от о длины неоднородности, измеренной в направлении ее контроля.

21

4/

/

О

и,

О

ЧЛ

о

«

о

Ьо

.

Ь

О

Щ

О б.г

я

и,

10,

О

7

и

S

у

и,

13

в

Y