Вихретоковый структуроскоп Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изделий и может быть использовано при контроле изделий из ферромагнитных материалов по отношению удельной электрической проводимости к магнитной проницаемости.

Цель изобретения - повышение точности контроля путем з еньшения влияния измерений зазора между накладным вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемого изделия,

На чертеже показана структурная схема предлагаемого .вихретокового структуроскопа,

Вихретоковый структуроскоп содержит последовательно соединенные автогенератор 1, накладной вихретоковый преобразователь 2 (НВТП) с возбуждающей и двумя измерительными обмотка- ми (не показаны), расположенными на фиксированном расстоянии, фазовый детектор 3, делитель 4 напряжений, сумматор 5, перемножитель 6 с объединенными входами и индикатор 7, фа- зовые детекторы 8 и 9, по одному из входов которых подключены к первой и второй измерительным обмоткам НВТП другие входы через фазовращатель,10 подключены к выходу автогенератора I а выходы подсоединены к входам перемножителя 11 с выходом, связанным с вторым входом делителя 4 напряжений, блок 12 опорного напряжения, последовательно соединенные аналоговый инвертор 13, вход которого подключен к выходу фазового детектора 9, аналоговый коммутатор 14, второй вход которого подключен к выходу фазового детектора 8, перемножитель 15 с объединенными входами, сумматор 16, второй вход которого подключен к выходу блока 12 опорного напряжения, блок 17 извлечения квадратного корня и делитель 18 напряжения, второй вход которого соединен с выходом аналогового коммутатора 14, а выход под ключен к второму входу сумматора 5.

Вихретоковый структуроскоп работает следующим образом.

Автогенератор 1 питает синусоидальным током возбуждающую обмотку вихретокового преобразователя 2, Сигнал с его измерительных обмо- ток, несущий информацию о параметрах контролируемого изделия, поступает на входы фазового детектора 3, сигнал на выходе которого пропорционален разности фаз входных напряжений «f - tf , а также на входы фазовых детекторов 8 и 9, на которые опорное напряжение, синфазное с током возбуждения НВТП, подается чере фазовращатель 10 с выхода автогенератора 1. В результате на выходах фазовых детекторов 8 и 9 появляются сигналы, пропорциональные созч и cos , соответственно. Эти сигналы перемножаются в перемножителе 11. Сигналы с выходов фазового детектора 3 и перемножителя 11 поступают на входы делителя 4 напряжений, вследствие чего на его выходе сигна пропорционален ( ) /cosif cos f), Сигнал фазового детектора 9 поступает также на вход аналогового инвертора 13, в результате чего на его выходе появляется сигнал, пропорциональный - cos t/, Этот сигнал и выходной сигнал фазового детектора 8 поступают на входы аналогового коммутатора 14, на выходе которого в течение одинаковых промежутков времени присутствуют сигналы, подводимые к его входам, т.е. cos ( или - cos -f (обозначим X) . Сигнал с выход аналогового коммутатора 14 поступае в перемножитель 15, где возводится в квадрат, и далее в сумматор 16, на второй вход которого подается постоянное напряжение от блока 12 опоного напряжения, и в блок 17 извлечения квадратного корня. После этих преобразований на выходе блока 17 извлечения квадратного корня сигнал пропорционален величине Y К + Х2-, гд К const. Этот сигнал поступает на первый вход делителя 18 напряжений, на второй вход которого подается выходной сигнал аналогового комута- тора 14 X, Поэтому на выходе делителя 18 напряжений сигнал пропорционален VK + Х2-, где if или X -cos 1/2 , и он поступает на один из входов сумматора 5, на второй вход которого поступает сигнал с выхода делителя 4 напряжений. Поскольку врмя коммутации входных сигналов аналогового коммутатора 14 одинаковое, то на выходе делителя 18 напряжений средняя величина сигнала пропорциональна среднему арифметическому или сумме выходных напряжений от воздействия сигналов cos t и cosy . Поэтому на выходе сумматора 5 присутствует сигнал, пропорциональный, величине

-1 - г

I cos t COS Ifj

j, V K+cos V-i 2(

V K+cos | i. -cos tf

где C и C2 - постоянные коэффициенты. Этот сигнал возводится в квадрат перемножителем 6 и поступает на индикатор 7, Таким образом, вихре- токовый структуроскоп реализует функцию преобразования сигнала НВТП вида

А I..jji.j.+

(U (ih)/i L cos

+

в котором уже устранено мешающее влияние изменений зазора. Подстановка (3) в (5) и несложные математи .1.. ...I..J..Cl. -J / ПС. У ЛиЛиЮЮ CL 1 С . I П,

vf + f l-j2)cos / V ( l-J cosVi ческие преобразования с заменой tg у

„ / л f, f л ТТд о- Г ;() ЛГТТгЗ fr/ tK ПЛ

cos (f

где (э - удельная электрическая

проводимость материала; /U - относительная магнитная проницаемость материала; uh расстояние между измерительными обмотками НБТП; сО т круговая частота тока

возбуждения; (Jg- магнитная постоянная;

I

sin 1,8

Ч, и 4-2

сов 2 на sin v и с учетом того,

(1) 20 что, в силу незначительного отличия по величине углов фаз V-i и /г sin() /f 2 дают выражение (1), которое и реализов 1но в изобретении.

25 Предлагаемый вихретоковый структуроскоп позволяет значительно повысить точность неразрушающего контроля путем использования функции преобразования сигнала НВТП, в результате ко30 торой исключается влияние изменений зазора между НБТП и поверхностью контролируемого изделия - основного мешающего фактора при неразрушающем контроле с помощью НВТП, Это дает

постоянная величина; углы фаз вносимых напряжений в первую и вторую измерительные обмотки. Эта функция преобразования сигна- 35 возможность проводить контроль из- ла НВТП получена в результате анали- делий, содержащих различные защитные тичейкого анализа известной зависимости, описывающей взаимодействие НВТП сферромагнитным полупррстран40

ством.

Известно, что отношение удельной электрической проводимости к магнит- ной проницаемости, характеризуемое обобщенным параметром л/ f - RV jU с помощью НВТП, содержащего возбуждающую и измерительную обмотки, может быть определено по формуле

/Зо

- ....(2)

неэлектропроводящие покрытия, а также проводить контроль изделий в потоке при автоматическом бесконтактном сканировании их поверхности с помощью НВТП.

ормула изобретения

,R P(f)

yf h+C45 Вихретоковый структуроскоп, содержащий, последовательно соединенные автогенератор, накладной вихретоковый преобразователь с возбуждающей и измерительными обмотками, фазовый

50 детектор, фазовращатель, подключенный к выходу автогенератора, и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет уменьшения влияния

P(tr)V tgif-1- (3)

R - радиус НВТП;

h - расстояние от измерительной обмотки НВТП до поверхности изделия;

- постоянная величина.

13073234

Если вторую измерительную обмотку

+ расположить на расстоянии относительно первой, то аналогично (2) можно записать

.

h+ah+C

(4)

Несложное совместное решение (2) и (4) относительно ft / YLI дает выражение

J PlvkiiEI У.1

(5)

в котором уже устранено мешающее влияние изменений зазора. Подстановка (3) в (5) и несложные математиJ..Cl. -J / ПС. У ЛиЛиЮЮ CL 1 С . I П,

ческие преобразования с заменой tg у

возможность проводить контроль из- делий, содержащих различные защитные

неэлектропроводящие покрытия, а также проводить контроль изделий в потоке при автоматическом бесконтактном сканировании их поверхности с помощью НВТП.

ормула изобретения

Вихретоковый структуроскоп, содержащий, последовательно соединенные автогенератор, накладной вихретоковый преобразователь с возбуждающей и измерительными обмотками, фазовый

детектор, фазовращатель, подключенный к выходу автогенератора, и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет уменьшения влияния

изменений зазора между накладным вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемого изделия, он снабжен включенными между выходом азового детектора и индикатором последовательно соединенными делителем напряжений, сумматором и перемножителем последовательно соединенными вторым фазовым детектором, входы которого подключены к выходу фазовращателя и к первой измерительной обмотке, и вторым перемножителем, выход которого соединен с вторым входом делителя напряжений, последовательно соединенными третьим фазовым детектором, входы которого подключены к выходу фазовращателя и к второй измерительной обмотке, аналоговым коммутатором, третьим перемножителем

вторым сумматором, блоком извлечения квадратного корня и вторым делителем напряжеиий, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, а второй вход - к выходу аналогового коммутатора, а также блоком опорного напряжения, подключенным К второму входу второго сумматора, выход второго фазового детектора соединен с вторым входом аналогового коммутатора , а выход третьего фазового детектора подключен к второму входу второго перемножителя.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества материалов и изделий. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет снижения погрешности, обусловленной влиянием зазора между накладным вихретоковым преобразователем (НВТП) и контролируемым изделием. Сигнал с НВТП 2, запитанного синусоидальным током от автогенератора 1, поступает на входы детекторов 3,8,9, на которых реализованы функции ц -(/ , cos Ч, cos соответственно, где / fо углы фаз напряжений, вносимых в первую и вторую обмотки. Посредством перемножителя 11 и делителя 4 осуществляется преобразование сигнала вида V, - cos 1Л . Сигнал с выхода детектора 9 после инвертирования в инверторе 13 и сигнал с выхода детектора 8 поочередно подключаются коммутатором 14 к перемножителю 15, где возводятся в квадрат, после чего суммируются с постоянным напряжением от блока 12 опорного напряжения в сумматоре 16, а на выходе извлекателя корня получается сигнал, пропорциональный величине К + Х2-, где К const; X принимает поочередно значения cos L( и costA. На выходе делителя 18 напряжений о.б- разуется сигнал, пропорциональный величине V , где K,const. После суммирования в сумматоре 5 и возведения в квадрат в перемножителе 6 на вход индикатора 7 поступает сигнал, реализующий функцию преобра- зования сигнала НВТП следующего вида Сп ( ./cos - cos + + C,2(/TT bos /cos + /K fcos2 / /-cos i/), позволяющую исключить влияние изменений зазора между НВТП и поверхностью контролируемого изделия, т.е. повысить точность контроля, Это дает также возможность контроля изделий в потоке, а также изделий с зaшJiтными неэлектропроводящими покрытиями . 1 ил. (Л 00 о со 1чЭ со

Редактор С. Лисина

Составитель И. Кесоян

Техред л. Сердюкова Корректор С. Шекмар

Заказ 1624/42 Тираж 777Подписное

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

«гг