Способ измерения толщины электропроводящих изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N27/90 G01B7/06 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и может быть использовано для измерения тол пщны плоских электропроводящих изделий, например листов проката, в машиностроительной, металлургической и других отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности измерения толщины ПЛОСКИХ электропроводя1цих изделий путем исключения погрешности в определении толщины изделия, возникающе за счет неоднозначной зависимости электропроводности материала на низких и высоких частотах.

На фиг,1 приведена структурная схема измерения толщины электропроводящих изделий, поясняющая способ; на фиг,2 - гадографы вносимых напряжений j поясняющие работу блока стабилизации фазового угла; на фиг.З - структурная схема блока стабилизации фазового угла.

Устройство содер5кит генератор 1 высокой частоты, генератор 2 низкой частоты, подключенный к выходам генераторов высокой и низкой частот сумматор 3, подключенный одним входом и выходом соответственно к выходу и входу генератора 2 низкой частоты - блок А стабилизации фазового угла, вихретоковый преобразователь, включающий возбуждающую катушку 5, подключенную к выходу сумматора 3, возбуждающая катушка выполнена плоской и прямоугольной формы и расположена перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя измерительные катушки 6, 7 и включенные с ними последовательно-встрено компенсационные катушки 8 и 9 , измерительные и компенсационные катушки выполнены плоскими прямоугольной формы, взаимно перпендикулярными, одна пара, состоящая из компенсационной и измерительной катушек, расположена параллельно, а другая пара - перпендикулярно рабочей поверхности преобразовате-пя, подключенные входом к выводам измерительных и компенсационньгх катушек 6, 7, 8 и 9,первый блок 10 и второй блок компенсации, причем первый вход первого блока 10 компенсации соединен с измерительной катушкой 7,, расположенной перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, второй

608332

вход - с cooтвeтcтвyюп eй компенсационной катушкой 9, первый вход второго блока 11 компенсации соединен с чзмерительной катушкой 6, распо5 ложенной параллельно рабочей поверхности преобразователя, второй вход - с соответствующей компенсационной катушкой 8, первый фильтр 12 высокой частоты и первый фильтр 13 низкой

О частоты, входом подключенные к выходу первого блока 10 компенсации, последовательно соединенные и подключенные к выходу второго блока 11 компенсации второй фильтр 14 высо-

5 кой частоты и блок 15 определения направления напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 12 высокой

20 частоты, последовательно соединенные и подключенные к выходу второго блока 11 компенсации второй фильтр 16 низкой частоты и блок 17 определения направления вектора напряженности

25 низкочастотного магнитного поля вихревых токов, второй вход которого соединен с первым фильтром 13 низкой частоты, а выход второго фильтра 16 низкой частоты подключен к вто30 рому входу блока 4 стабилизации фазового угла, последовательно соединенные блок 18 вычитания и индикатор 19, причем блок 18 вычитания обоими входами подключен к вьпсодам

35 блоков 15 и 17 определения направления вектора напряженности соответственно низкочастотного и высокочастотного магнитного поля вихревых токов, возникающих в изделии 20.

40 Блок 4 стабилизации фазового угла (фиг.З) содержит последовательно соединенные преобразователь 21 фазового угла в напряжение и блок 22 сравнения, подключенный к второму

45 входу блока 22 сравнения блок 23 опорного напряжения, причем один вход преобразователя 21 подключен к генератору 2 низкой частоты, другой - к выходу второго фильтра 16 низкой

JP частоты, а выход блока 22 сравнения подключен к генератору 2 низкой частоты.

На фиг.1 приняты следующие обозначения:

55 А - сечение рабочей стороны воз- ; буждающей катушки 5; А - фиктивный возбудитель вихревых токов, эквивалентный возбудителю вихревых то.я

ков на высокой частоте; А - фиктивный возбудитель вихревых токов, эквивалентный возбудителю вихревых токов на низкой частоте; I - расстояние от линии пересечения измеритель ных катушек 6 и 7 до возбуждающей 1катушки 5, соизмеримое с удвоенной (толщиной изделия 20; h - расстояние между центром сечения рабочей стороны возбуждающей катушки 5 и изделием 20; дЬ - расстояние между расположением фиктивных возбудителей вихревых токов, эквивалентных вихревым токам на высоких и низких частотах; Н, Н - векторы напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных.полей вихревых токов, наводимых рабочей стороной возвстречно. Блок 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых Токов предназначен для определения пространственного угла Ч . Блок 17 определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов предназначен для определения пространст10

венного угла ч . Блок 18 вычитания

2

буждающей катушки 5, их можно разложить на нормальные Н„, Н и тан- 20

генциальные Н , h составляющие; У| - направление вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов; - направление вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов; t - толщина изделия 20.

На фиг.2 введены, следующие обозначения: о(.,- фазовый угол вносимо- |го напряжения в измерительную катуш- :ку 6 на низкой частоте для тонких ;изделий; oL,- фазовый угол вносимо- го напряжения в измерительную катушку 6 на низкой частоте для более толстых изделий; V вносимое в измерительную катушку 6 напряжение.

Сумматор 3 предназначен для сложения частот, поступающих с выхода генератора 1 высокой частоты и с выхода генератора 2 низкой частоты. Блок 4 стабилизации фазового угла предназначен для управления работой генератора 2 низкой частоты таким образом, чтобы фазовый угол об вно- . симого напряжения в измерительную катушку 6 был постоянным для конкретного диапазона толщины t изделия 20 независимо от его электропроводности. Первый блок 10 компенсации предназначен для балансировки измерительной катушки 7 и компенсационной катушки 9, включенных последовательно и встречно. Второй блок 11 компенсации предназначен для балансировки измерительной катушки 6 и компенсационной катушки 8, также включенных последовательно и

предназначен для вычитания из сигнала, поступающего с выхода блока 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов, сигнала с выхода блока 17 определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов. Индикатор 19 предназначен для индикации толщины изделия 20. Преобразователь 21 фазового угла в напряжение предназначен для измерения фазы сигнала с измерительной катушки 6 относительно фазы сигнала возбуждающей катушки 5 на низкой частоте и преобразования разности этих фаз в. соответствующее напряжение. Блок 22 сравнения предназначен для сравнения напряжений с выхода преобразователя 21 фазового угла в напряжение и блока 23 опорного напряжения и формирования в зависимости от этого соответствующего напряжения, поступающего на управляющий вход генерато- нормированное,- ра 2 низкой частоты. Блок 23 опорно- ,

го напряжения предназначен для форьда- рования напряжения, эквивалентного оптимальному значению фазового угла

0.

25

30

40

или оС. для конкретного диапазона изменения толщины изделия 20,

Способ измерения .толщиныэлектропроводящих изделий осуществляют : следующим образом.

В изделии 20 с помощью возбуждаю- 45 щей катушки 5, на которую через сумматор 3 поступают сигналы с выхода генератора 1 высокой частоты и с выхода генератора 2 низкой частоты, возбуждают вихревые токи. Далее, с 50 помощью первого и второго фильтров 12 и 14 высокой частоты и блока 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов определяют, 55 направление у, вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов. С помощью первого и второго фильтров 13 и 16 низкой часто8334

встречно. Блок 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых Токов предназначен для определения пространственного угла Ч . Блок 17 определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов предназначен для определения пространст10

венного угла ч . Блок 18 вычитания

2

25

30

0.

или оС. для конкретного диапазона изменения толщины изделия 20,

Способ измерения .толщиныэлектропроводящих изделий осуществляют : следующим образом.

В изделии 20 с помощью возбуждаю- щей катушки 5, на которую через сумматор 3 поступают сигналы с выхода генератора 1 высокой частоты и с выхода генератора 2 низкой частоты, возбуждают вихревые токи. Далее, с помощью первого и второго фильтров 12 и 14 высокой частоты и блока 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов определяют, направление у, вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов. С помощью первого и второго фильтров 13 и 16 низкой часто51

ты и блока 17 определения направле-- ния вектора натгряженностн низкочастотного магнитного поля вихревых jo- ков определяют направление f вектора налряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов. геометрических соображений

tg f

t8%

(1)

(2) Н.

Значения тангенциальной Н, , ч и нормальной Н, Н„ составляющих векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов пропорциональны значениям напряжений, наводимых в измерительных катушках 7 и 6. Зна- )Чение толщины изделия 20 t однозначно связано со значением лЬ, Из уравнения (2) имеют

ia.

(3)

так как пространственный угол f, является функцией зазора,толщины изделия и электропровод;йости его материала. Откуда толщина t изделия

, . (...

Ии Н

(4)

Для того, чтобы отношение .

однозначно определялось только толщиной изделия 20 и независимо от электропроводности его материала и зазора, поддерживают постоянным отношение действительной и мнимой сое- тавляюн1их вносимых напряжений на низкой частоте, т.е. поддерживают постоянным фазовый угол ot, или ot . По разности направлений векторов напряженности магнитного поля вихревых токов на высокой и низкой частотах, получаемых с выхода блока 18 вычитания, и индикатору 19 судят о толщине изделия.

Поддержка постоянньш фазового угла oi осуществляется следующим образом. Из годографов определяют оптимальное значение фазового угла ы. ,щя конкретного диапазона изменения толщины изделия 20. В блоке 23 опорного напряжения сформировано нап608336

ряжение, эквивалетное пначению cxf для определенного изменения толщины изделия 20, Текущее значение с изделия 20 опреде.ггяют с помощью преобразова- 5 теля 21 фазового угла в напряжение, на первый вход которого поступает напряжение с выхода генератора 2 низкой частоты, а на второй - с выхода второго фильтра 16 низкой час10 тоты. Преобразователем 21 фазового угла в напряжение определяется значение of и формируется напряжение, эквивалентное этому значению. В блоке 22 сравнения происходит сравнение

15 напряжений, поступающих с выхода преобразователя 21 фазового угла в напряжение и с выхода блока 23 опорного напряжения. Если эти напряжения равны между собой, то на выходе

20 блока 22 сравнения не формируется управляющий сигнал и частота генератора 2 низкой частоты не меняется. Если же эти напряжения не равны между собой, то с выхода блока 22 срав25 нения поступает сигнал на управляющий вход генератора 2 низкой частоты, который изменяет частоту последнего до тех пор, пока напряжение с выхода преобразователя 21 фазового угла

30 в напряжение и блока 23 опорного

напряжения не будут равны. Таким об- . разом, происходит стабилизация фазового угла о, или о независимо от электропроводности, зазора и толщи35 ны материала.

Формула изобретения

1. Способ измерения толщины эле,к- тропроводящих изделий, заключающийся в том, что в изделии возбуждают вихревые токи одновременно на высокой и низкой частотах и по разности амплитуд сигналов, принятых на каждой частоте, определяют толщину изделия.

отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, поддерживают постоянным отношение действительной и мнимой составляющих вносимых напряжений на низкой частоте, определяют направления векторов напряженности магнитного поля вихревых токов на высокой и низкой частотах в некоторой точке пространства, рас- положенной около возбудителя вихревых токов, и учитывают эти направления при определении разности амплитуд сигналов.

,2, Устройство для измерений толщины электропроводящих изделий, содержащее генератор высокой частоты, генератор низкой частоты, вихрето- ковый. преобразователь, включающий возбуждающую, измерительные катушки и включенные с ними последовательно- встречно компенсационные катушки, первый и второй блоки компенсации, входом подключенные к вьюодам измерительных и компенсационных катушек, первый фильтр высокой частоты и первый фильтр низкой частоты, входом подключенные к выходу первого блока компенсации, и последовательно соединенные блок вычитания и индикатор, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности измерения, возбуждающая катушка преобразователя выполнена плоской и прямоугольной формы и расположена перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, измерительные и компенсационные катушки выполнены плоскими прямоугольной формы, взаимно перпендикулярными одна пара, состоящая из компенсаци- онной и измерительной катушек, расположена параллельно, а другая па- .ра - перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, причем первый вход первого блока компенсации соединен с измерительной катушкой, расположенной перпендикулярно рабоче поверхности преобразователя, второй

вход - с соответствующей компенсационной, катушкой, первый вход второго блока компенсации соединен с измерительной катущкой, расположенной параллельно рабочей поверхности преобразователя, второй вход - с соответствующей компенсационной катушкой, а устройство снабжено сумматором, входом подключенным к генераторам высокой и низкой частоты, а выходом - к возбуждающей катушке преобразователя, блоком стабилизации фазового угла, подключенным одним входом и выходом к входу и выходу генератора низкой частоты, последовательно соединенными и подклю- ченМыми к выходу второго блока ком- пенсации вторым фильтром высокой частоты и блоком определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихрев.ых токов, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра высокой частоты, последовательно сое- диненными и подключенными к выходу второго блока компенсации вторым фильтром низкой частоты и блоком определения направления вектора нап- ряженности низкочастотного магнитно-

го поля вихревых токов, второй вход которого соединен с первым фильтром низкой частоты, а выход второго фильтра низкой частоты подключен к второму входу блока стабилизации фазового угла.

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий для измерения толщины плоских электропроводящих изделий, например листов проката в металлургической промышленности и др. отраслях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение точности измерения толщины электропроводящих изделий за счет использования в качестве информативного параметра направления векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов при поддержке постоянным отношения . действительной и мнимой составляющих вносимых напряжений на низких частотах. Для осуществления этого устройство содержит генератор высокой частоты, генератор низкой частоты, сумматор, блок стабилизации фазового угла, вихретоковый преобразователь, блок разделения частот, блок определения направления векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей Ei-гхревых токов и блока вычитания. Использование в качестве информативного параметра направления вектора напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных пьлей вихревых токов осуществляется за счет конструкции вихретокового преобразователя и введения блока определения направления векторов напряжен- мости высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревьсх токов. Постоянное отношение действительной и мнимой составляю1цих вноси- мьк напряжений на низкой частоте поддерживается за счет введения блока 4 стабилизации фазового угла совместно с reHepaTof)OM низкой частоты вихретокового преобразователя и блока разделения частот, информация о толщине изделия снимается с выхода блока вычитания, 2 ,ф-лы, 3 ил. (/)

О т IS

OmJ

21

К2

22

23

fpuz. 2

Редактор Л.Повхан

Составитель А.Бодров Техред Л.Сердюкова

Заказ 5223/44Тираж 778Подписное

. ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг.З

Корректор М.Шароши