Способ сканирования изделий электромагнитным полем при вихретоковом контроле Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

11

Изобретение относится к контро.пь- но-измерительной технике и может быть использовано для дефектоскопии путем сканирования поверхности металлоизделия электромагнитным полем,

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет создания электромагнитного поля, наибольшая результирующая напряженность которого плавно, с неизменной скоростью и амплитудой перемещается в пространстве, благодаря чему все участки поверхности контролируются, с постоянной чувствительностью.

На фиг, 1 изображена схема расположения катушек возбуждающей электромагнитное поле системы и блок-схема устройства, реализующие способ контроля; на фиг. 2 - графики изменения векторного потенциала возбуждающей системы при различных значениях времени.

Возбуждающая система состоит из однотипных протяженных катушек, про- тяженные края которых представляют собой линейные проводники с током, расположенные параллельно друг другу и сдвинутые в плоскости их расположения на половину (0,5 D) расстояния (D ) между их протяженными сторонами Возбуждающая система катушек подключена к устройству питания, состоящему из генератора 1 высокой частоты, генератдра 2 низкой частоты, фазовра

щателя 3 и двух балансных модулято

ров 4„ Генератор 1 высокой частоты подключен к первым входам балансных модул5 торов 4, к вторым входам которых подключены последовательно соединенные генератор 2 низкой частоты и фазовращатель 3.

Способ осуществляют следующим об- разом.

Система протяженных катушек запирается током высокой частоты генератора 1 и током низкой частоты генератора 2. Причем токи низкой частоты, подаваемые на вторые входы балансных модуляторов, сдвигаются по фазе фазовращателем 3 на 90 один относительно другого. Модуляторы 4 обеспечивают балансную модуляцию токов высокой частоты, питаемых систему катушек токами низкой частоты.

За счет сдвига фаз на 90 модулирующих токов низкой частоты несущая частота исключается, а катушки питаются токами боковых частот, модулиру

382

ющие напряжения кгугорых сдвинуты по фазе на 90 .

Известно, что в балансных модуляторах выходное напряжение равно V th V , где V, и V, - напряжения на его входах. Следовательно, с учетом того, что оба напряжения синусоидальны и различаются частотой,плотность тока в каком-либо из протяженных проводников катушек можно выразить как

J 2MJ thfsin SJt ) sin (ж) t

m

где J - максимальная амплитуда

tT

плотности тока; М - глубина модуляции; Sb, UJ - круговые частоты соответственно низкочастотных и высокочастотных колебаний; t - время,

Обозначим через х расстояние по оси распределения протяженных сторон катушек относительно нулевой точки в центре возбуждающей системы. Так как катушки возбуждающей системы, сдвинутые между собой на D/2, питаются от разньпс балансных модуляторов, то в каждом из протяженных проводников этих катушек фаза низкочастотной составляющей плотности тока отличается на Ti/2, T,e.s относительно центра, в зависимости от х, с учетом того, что расстояние до каждого из проводников X nD/2, где п - номер проводника, эта фаза распределена в 31 23ix

проводниках как --- п

2D

.Рас

ределение плотности тока в проводниках можно тогда записать К-ак

th sin (at - I n)l sinuJt, a так как функция th оказывает свое воздействие на равномерность низкочастотной составляющей, то входы балансных модуляторов необходимо подключать так, чтобы эта функция бралась от высокочастотной составляющей,Тогда в окончательном виде

50

J 2MJ sin(t - -%- n) th(sinujt). f 2

Известно, что напряженность электромагнитного по;гя можно рассматривать через векторный потенциал А. При допущении о том, что непротяженные края катушек удси1ены от объекта на расетоя)1ие, при котором их алиянием можно пренебречь для протяженной стороны катушки, вьфажение А аналогично известному выражению для линейного проводника с током:

А - -2 41Г

J,. ,

где .f o- магнитная постоянная; г расстояние до проводника от точки наблюдения в цилиндрической системе координат.

С учетом принципа суперпозиции, А для всех протяженных проводников возбуждающей системы можно найти как сумму векторных потенциалов каждого из них. Тогда, введя декартову систему координат, произведя нормиl o

ровку к и введя относительные

43Т

2х

г параметры х --- ;

Z --- , где Z - проекция

на ось.

25

ортогональную плоскости распределения проводников возбуждающей системы, получают выражение для векторного потенциала этой системы

Эт А 5II.2MJ - sin( n ) th(sinu3t зо

N-h

fn

(Oj.)J + (x +(0,5 -

Рассчитанные no этой формуле зна- 35 чения для векторного потенциала при

8638-1

7. 1,5; - П /2; :, i п oU - 1 Е различных точках по оси распределения протяженных проводников возбуждающей., системы, для различных значений времени приведены в виде графиков (фиг.2), где кружочками обозначены места расположения проводников. Из графиков видно, что с изменением времени максимальное значение А равномерно, с постоянным шагом, перемещается по оси X. Шаг, а следовательно, и скорость сканирования V 2 /2jr задаются частотой я низкочастотных колебаний.

10

J5

Ф о р мула изобретения

Способ сканирования изделий электромагнитным полем при вихретоковом контроле, заключающийся в возбуждении электромагнитного поля системой протяженных катушек, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на половину расстояния между их про- тяженными сторонами, путем пропускания токов высокой частоты, промодули- рованных с ;винутыми по фазе токами низкой частоты, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности контроля, осуществляют балансную модуляцию токов высокой частоты токами низкой частоты, сдвинутыми по фазе на 90, исключая несущую частоту, а катушки питают токами боковых частот, модулирую1цие напряжения которых сдвинуты по фазе на 90.

иг.1

Vuz.l

) Изобретение может быть использовано при токовихревой дефектоскопии протяженных металлоизделий с применением сканирующих электромагнитных полей. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет получения высокостабильного результирующего возбуждающего электромагнитного поля неизменной амплитуды, которое плавно с заданной или регулируемой скоростью перемещается по всей контролируемой поверхности изделия. Возбудитель поля в виде системы протяженных катушек, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на половину расстояния между протяженными сторонами катушек, питают токами, высокой частоты и осуществляют балансную модуляцию их токами низкой частоты, сдвинутыми друг относительно друга по фазе на 90°, чем исключают несущую частоту, а катушки питают только токами боковой частоты, модулирующие напряжения которой сдвинуты по фазе на 90 . 2 ил. (Л с N5 СО 00 О5 СО ОО