Устройство для неразрушающего контроля изделий Советский патент 1986 года по МПК G01N27/90 

10

15

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а имен- . но неразрушагощим методам вихретоко- вого контроля качества промышленной продукции по ее геометрическим пара- метрам или физико-химическим свойствам, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства где применяются изделия из металлов или других электропроводящих материалов, а также изделия, имеющие составные части из таких материалов.

Целью изобретения является повышение точности контроля и расширение диапазона контролируемых параметров за счет отстройки от неконтролируемых параметров.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для не- разрушающего контроля.

Устройство для неразрушающего контроля изделий содержит два измерительных юанала 1 и 2, работающих на разных частотах.

Каждый из каналов состоит из после-25 где довательно соединенных автогенераторов 3 и 4,вихретоковых преобраэрвате- -лей 5 и 6 с подключенными компенсаторами 7 и 8, усилителей 9 и 10, фильтров II и 12 и блоков 13 и 14 обработки сигналов, вторые входы которых подключены к вторым выходам автогенераторов 3 и 4. Кроме того, устройство содержит сумматоры 15 и

20

тирующих сигналов от параметров изделия 19.Через усилители 9 и 10 и фильтры 11 и.12 сигналы передаются к блокам 13 и 14 обработки сигналов. Последние осуществляют первичную переработку электрических, сигналов и являются фазочувствительнь - ми устройствами или амплитудными детекторами, создающими с учетом опорного сигнала автогенераторов 3 и 4 выходные сигналь в аналоговой или 1ЩФРОВОЙ форме, пригодные для использования их вычислительным устройством, куда входят сумматоры 15 и 16 и блок 17 деления.

Рабочие частоты каналов 1 и 2 , и радиусы вихретоковых преобразователей 5 и 6 выбрань из соотношений, обеспечивающих идентичность влияния мешающих измерениям Факторов

RBIR

R

U-I

R

..6/f (51..,

u1 в2

,

ei

(,J/|Rg R(b,+ ,,C3 индексы 1 и 2 относятся

к каналам 1 и 2. Константы С, и С

выбираются в зависимости от решаемой контрольно-измерительной задачи. Так, при измерении толщины диэлектричес- 30 ких покрытий константу С выб ирают

максимально возможной величины (1000 и более), что снижает погрешность от изменений электромагнитных

свойств основа:ния. При контроле удель16, первые и вторые Входы которых под- ной электрической проводимости С

выбирают от 10 до,50, где достигается максимальная чувствительность к удельной электрический проводимости. При контроле ферромагнитного из- 40 делил и значении магнитной проницаемости ферромагнитной части изделия J5oлee 100 константу С выбирают от 0,5 до 3, . когда достигается максимум чувствительности к магнитной

ключены к выходам блоков 13 и 14 обработки сигналов, блок 17 деле- ния, вход делимого которого подклю-; чен к выходу сумматора 15, а вход делителя - к выходу сумматора .16, и индикатор 18, вход которого nof( ключен к вьрсоду блока 17 деления.

Устройство работает следующим образом.

Автогенераторы 3 и 4 создают в преобразователях 5 и 6 и компенсаторах 7 и 8 электрический ток необходимой частоты и амплитуды. Кроме то- го, автогенераторы 3 и 4 соединены с блоками 13 и 14 обработки сигналов для подачи, если необходимо, опорных сигналов.

Вихретоковые преобразователи 5 и 6 взаимодействуют с изделием 19 и преобразуют информацию о нем в параметры электрических сигналов. Компенсаторы 7 и 8 обеспечивают требуемую зависимость выходных резуль45 проницаемости. Константы Сj и С выбирают с учетом геометрических факторов . При контроле толщины диэлектрических покрытий Cg выбирают от 1,3 до 2, что обеспечивает пониженное

50 влияние перекосов и изменений кривизны поверхности изделия. Величину Cj выбирают так, чтобы чувствительность к зазору была наибольшей, что при указанных значениях С соответ55 ствует Сj от 0,3 до 1, когда наблюдается также участок с линейной зависимостью приращения модуля выходного напряжения вихретокового пре

5

5 где

0

тирующих сигналов от параметров изделия 19.Через усилители 9 и 10 и фильтры 11 и.12 сигналы передаются к блокам 13 и 14 обработки сигналов. Последние осуществляют первичную переработку электрических, сигналов и являются фазочувствительнь - ми устройствами или амплитудными детекторами, создающими с учетом опорного сигнала автогенераторов 3 и 4 выходные сигналь в аналоговой или 1ЩФРОВОЙ форме, пригодные для использования их вычислительным устройством, куда входят сумматоры 15 и 16 и блок 17 деления.

Рабочие частоты каналов 1 и 2 , и радиусы вихретоковых преобразователей 5 и 6 выбрань из соотношений, обеспечивающих идентичность влияния мешающих измерениям Факторов

RBIR

R

U-I

R

..6/f (51..,

u1 в2

,

ei

(,J/|Rg R(b,+ ,,C3 индексы 1 и 2 относятся

к каналам 1 и 2. Константы С, и С

выбираются в зависимости от решаемой контрольно-измерительной задачи. Так, при измерении толщины диэлектричес- 0 ких покрытий константу С выб ирают

максимально возможной величины (1000 и более), что снижает погрешность от изменений электромагнитных

45 проницаемости. Константы Сj и С выбирают с учетом геометрических факторов . При контроле толщины диэлектрических покрытий Cg выбирают от 1,3 до 2, что обеспечивает пониженное

50 влияние перекосов и изменений кривизны поверхности изделия. Величину Cj выбирают так, чтобы чувствительность к зазору была наибольшей, что при указанных значениях С соответ55 ствует Сj от 0,3 до 1, когда наблюдается также участок с линейной зависимостью приращения модуля выходного напряжения вихретокового преобразователя от зазора или толщины плохо проводящего покрытия наибольшей длины. Условия выбора констант С, С и Сз можно использовать не только для выбора параметров вихре- токовых преобразователей 5 и 6, но для компенсаторов 7 и 8, варьируя при этом относительно соответствующего преобразователя значения параметров обмоток или образцов, размещаемых около них. Например,для первого канала

Кб1пКи,п..,,|Л

МП

(h

I -2

ЫП чш ain UTri

61К UIK eiK uiK i

где индексы li относятся к преобразователю, а индексы k - к компенсатору.

Кроме того, требование выбора одинаковых условий контроля распространяется и на другие контрольно-измерительные задачи, а также и на дру-. .гие типы вихретоковых преобразователей (проходные, комбинированные и т.д.), от личие состоит лишь в конкретных значениях выбираемых констант С;(, С 5. и Cj .

Устройство на примере контроля толщины диэлектрического покрытия при изменениях электромагнитных свойств основания контролируемого изделия работает следующим образом. В этом случае каналы I и 2 работают на различных частотах f; и f (,Г,) причем частота f выбрана по возможности большой, но ее значение ограничено общими соображениями конструктивного и метрологического порядка. Обмотки вихретоковых преобразователей имеют радиусы, заданные выбранными константами С, С и С. Компенсаторы 7 и 8 в этом случае изготавливают так, чтобы при отсутствии контролируемого изделия 19 выходное напряжение системы вихретоковый преобразователь - компенсатор равнялось нулю. Тогда при помещении изделия 19 в зону контроля приращение амплитуды выходного напряжения пропорционально толщине покрытия изделия (так как это соответствует малому изменению . зазора, а изменение электромагнитных свойств основания изделия проявляется одинаково в обоих каналах ввиду идентичности электрофизических .условий их работы. Напряжения на вы- ixojie системы вихретоковый преобразо223131

ватель - компенсатор в этом случае .для каналов 1 и 2 могут быть записаны следующим образом:

5 у имЛ1+к,ъ).ч (|М.,б );

. и UM,(l+K,b)(,6 ),

0

i

0

5

где

м, UM

К и К

максимально возможные напряжения, получаемые на выходе вихретоковых преобразователей (т.е. при внесении в зону контроля изделия с jM 1 и 6

«):

коэффициенты, характеризующие чувствительность вихретоковых преобразователей к толщине покрытия Ь ; (f- ,б) - комплексная величина,

характеризующая влия- . ние магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости основания.

Так как f т f, радиусы обмоток преобразователей 5 и 6 будут различ

ны и К К,, то U|

и и по разному

зависят от абсолютных приращений зазора и значит несут информацию о толщине покрытия, которая может быть вьщелена независимо от электромагнитных свойств основания изделия. В то. же время идентичность условий работы каналов (сохранение для них соотношений с константами С, С и Cj) обеспечивает одинаковую функциональную зависимость их от электромагнитных свойств изделий при широком диапазоне их изменений. Это позволяет снизить погрешность измерений толщины покрытия от изменений электромагнитных свойств основания, построив соответствующим образом упомянутое вычислительное устройство.

Усилители 9 и 10 и фильтры 11 и 12 увеличивают напряжения U и и, по амплитуде до необходимых значе50 НИИ и аьщеляют составляющую частоФы своего .канала. Блоки 13 и 14 обработки сигналов в данном случае выделя- .ют сигнал , пропорциональный модулю напряжений U и U,, причем в про55 стейшем варианте эти блоки являют- ся выпрямителями. Тогда на их вы- ходах получают два сигнала (ток, напряжение, а в более сложном варианте - сигналы в виде цифровог.о кода) связанные с параметрами изделия

А K ly j-d-fK b) V(f ,6); Аа К, () 4((-,S),

где Kj и К - коэффициенты преобразования усилителя, фильтра и блока об- работки сигналов соответствующего канала. Если теперь сигналы А;, и А ,j подат на сумматор и на блок деления, то получаемый Сигнал на выходе блока деления не будет зависеть от электромагнитных свойств изделия, но зависимость выходного сигнала от толщины покрытия будет гиперболической, что делает необходимым установку линеаризатора, который вносит дополнительную погрешность и должен создаваться под конкретный диапазон измеряемых толщин, что также увеличивает погрешность и сужает диапазон измерений.

В предлагаемом устройстве использовано два сумматора, коэффициенты суммирования которых определяются после решения относительно Ъ выраже- кий для сигналов А, и А . В итоге получаем

Л,А.

Kju« HM Ct,6)l Кз1и„0;1 Сб )

,,

,ич(н,6Я K.iu.iiM d.e) .

в последнем выражении величина Н С/.б) сокращается и влияние свойств электромагнитного основания устраняется. Таким образом, выбрав коэффициенты суммирования с учетом чувствительностей каналов к толщине получаем . 1 1

&-, A,C,-A,Cg.

где Cj и С - коэффициенты суммирования сумматора 15; С и С - коэффициенты суммирования сумматора 16. Аналогично описанному работает устройство при измерении электромагнитных параметров плохо проводяпщх

покрытий. Предложенный вариант выбора одинаковых условий контроля для обоих каналов или для преобразователя и компенсатора может быть реализован для еще более широкого круга контрольно-измерительных задач, в частности при контроле электромагнитных параметров различных монолитных и слоистых изделий.

Формула изобретения

Устройство для неразрушающего контроля изделий, содержащее два измерительных канала, каждый, из которых выполнен в виде автогенератора, подключенных к нему вихретокового преобразователя и компенсатора, подключенных к их выходам последовательно соединенных усилителя, фильтра и блока обработки сигналов, другой вход которого соединен с автогенератором, сумматор, подключенный к выходам блоков обработки, сигналов, и соединенный с сумматором входом делимого блок деления, к выходу которого подключен индикатор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности контроля и расширения диапазона контролируемых параметров, оно снабжено дополнительным сумматором, входы которого соединены с выходами обоих блоков обработки сигналов, выход- с входом делителя блока деления, а параметры преобразователей и каналов выбраны из соот- нрщений .

RB Ru-fl 6&//u. С ,

RB/RU с,

(h« + h,

2 j.

,) Cf;

3

где Rg, I, - средний радиус или дру-; гой характерный размер возбуждающей или измерительной обмотки преобразователя, м; f - частота тока возбуждения преобразователя, Гц; Д( - магнитная постоянная,

г/м;

S - удельная электрическая проводимость материала изделия, см/м; ,

yw - относительная магнитная проницаемость материала изделия;

hi, - кратчайшие расстояния

от центра соответств.ую- щей обмотки до рабочей поверхности преобразователя, м;

Сз - константы, выбираемые в .зависимости от диапазона изменения контролируемых параметров. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины покрытий или качества материалов. Цель изобретения - повышение точности контроля изделий и расширение диапазона измерений. В устройстве использованы два измерительных канала, каждый из которых включает автогенератор, вихретоковый преобразователь, компенсатор, усилитель, который через .фильтр подключен к блоку обработки сигналов. Сигналы с выхода блоков обработки сигналов обоих каналов являются функциями параметров изделий и,.кроме того, имеют одина- ковую функциональную зависимость :от электромагнитных свойств изделий. Для устранения влияния свойств электромагнитного основания использованы два сумматора, подключенные к выходам блоков обработки сигналов, причем коэффициенты суммирования сумматоров выбраны с учетом чувствитель- ностей каналов к толщине. В результате на выходе делителя, связанного с сумматорами, регистрируется сигнал, не зависящий от изменения электромагнитных свойств изделий. I ил.