Способ измерения электропроводности металлических изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N27/02 

1447753

кеиик) i,444p.4. Процесс срлвигния сдвига фат ионторяют с другим заданным значением и п момент их равенства фиксируют частоту возбуждающего сигнала. Однонременно измеряют его пери1

Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использоиано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов, а также толщины диэлектрического покрытия, нанесенного на поверхность металлического изделия, в машиностроении, авиационной промышленности и других областях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение точностных возможностей и расширение фун кциональных возможностей.

Предлагаемый способ измерения электропроводности основан на поддержании постоянства фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала путем автоподстройки частоты последнего. В идеальном случае, когда преобразователь нечувст вителен к зазору, результат измерения определяют из соотношения

N Сб,(1)

где G - электропроводность материала; N - результат квантования периода возбуждающего сигнала импульсами образцовой частоты; С - коэффициент пропорциональности.

В действительности показания прибора зависят как от величины измеряемой электропроводности, так и зазора:

N С,(5 + , (2) где h - величина зазора; С,иС,,- коэффициенты, определяемые

чувствительностью преобразователя к электропроводности и зазору соответственно. В уравнении (2) неизвестны две величины: б и h. Для определения каждой из них необходимо иметь систему двух уравнений. Ее можно получить, проводя измерения при двух различных значениях заданного сдвига фаз q, иЦ),

од и определяют конечный результат измерения путем умножения постоянного наперед заданного числа на разность измеренных периодов. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

где

I огда

N, К,

N

,G

С,

(3)

,2h;

21 - C,.h,

результат квантования периода Т, возбуждающего сигнала при ср ер, ;

N - результат квантования периода Tj возбуждающего сигнала при i ( .

Измеряемое значение электропроводности будет равно

G -Ji-lI Ji-l- К(С N -Г N ) (4) С„,С,. -С.. С,. -1.

С г

22 и

п

1 21

15

0

Значение зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемого изделия можно определить из соотношения

h К(С„ N - С,, Nj, (5) где К С„ ,- С, Cii .

Коэффициенты С

Г Г

г :

и С

22

определяют из расчетных характеристик вихретокового преобразователя.

Установленный на поверхности контролируемого изделия вихретоковый преобразователь возбуждают синусоидальным током частотой f. Фазу измерительного сигнала преобразователя сравнивают с заданным значением tp, . В зависимости от знака результата сравнения увеличивают или уменьшают частоту возбуждения преобразователя до тех пор, пока фаза измерительного сигнала не сравнится с значением cf, . Квануют период возбуждающего сигнала мпульсами образцовой частоты и запоминают результат N , Т,

Далее

40

фазу измерительного сигнала сравнивают со значением д и в зависимости от знака разности увеличивают или уменьшают частоту возбуждения. При выполнении условия ср прекращают изменение частоты возбуткдения и определяют второй результат квантования N Т,

На основании соотно

шений (4) и (5) по известным коэффициентам С„ , Cjj, С-г, и определяют значения электропроводности контролируемого материала и зазора между датчиком и поверхностью контролируемого изделия.

Значение. ( обычно выбирают из условия максимальной чувствительности преобразователя к изменению электропроводности материала, а значения cfj из условия максимальной чувствительности к зазору.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - алгоритм работы арифметического блока.

Устройство содержит генератор 1 возбуждающих сигналов, генератор 2 образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, триггеры 6-10, элемент И II, блок 12 сравнения фазы, счетчик 13 импульсов и арифметический блок 14.

Выход генератора 1 соединен с входом преобразователя 3, два выхода которого соединены соответственно с входами усилителей-формирователей 4 и 5. Первый вход блока 12 сравнения фазы соединен с выходом первого усилителя-формирователя 4, его второй вход - с выходом второго усилителя- формирователя 5 и входом синхронизации триггера 10, третий вход - с выходом триггера 6, четвертый вход - с выходом триггера 7 и информационны входом триггера 8, его первый и второй выходы - соответственно с управляющими входами генератора 1, третий выход - с входом синхронизации триггера 9 и управляющим входом счетчика 13. Вход сброса триггера 8 соединен со сбросовыми входами триггера и арифметического блока 14, входом синхронизации триггера 6 и клеммой Пуск, его вход синхронизации - с входом синхронизации триггера 7, сбрсовым входом триггера 9 и инверсным выходом триггера 10, инверсный выход со сбросовым входом триггера 6. Информационный вход триггера 10 соединен с выходом триггера 9, его выход с управляющим входом блока 14 и входом элемента И 11, второй вход котот рого соединен с выходом генератора 2 образцовой частоты, а выход - со сченым входом счетчика 13. Разрядные вы

и

0

0

ходы счетчика 13 соединешл с входами арифметического блока 14.

На фиг. 2 представлены эпюры напряжений на выходах следующих элементов: Uj - усилителя-формирователя 5 (а); и - усилителя-формирователя 4 (б); и„- клеммы Пуск (в); U - триггера 6 (г); U, - триггера 7 (д);

в

8 (е); и,

U.2 - тригге- 10 (з); блока 12

и,, срав f, Т

1

фаз с риода риода 1,; 5 га фаз с if.

Т

0

9

2

- триггера

ра 9 (ж); и,р- триггера элемента И 11 (и); нения фазы (к).

На фиг. 2 приняты следующие обоз- 5 начения: Т, - период возбуждающих сигналов при tf cf,; Т - период возбуждающих сигналов при if tf N, - результат квантования периода Т,; Nj - результат квантования периода t, - момент поступления сигнала ti - момент сравнения сдвига

-начало квантования пе-конец квантования пе- момент срванения сдви- t - начало квантования периода t, - конец квантования периода Т.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения в блок 12 сравнения фазы вводят первое О, и второе ср заданные значения фазы и устанавливают в исходное состояние, би- стабильные элементы устройства. Вих- 5 ретоковый преобразователь 3, возбуждаемый синусоидальными сигналами генератора 1, устанавливают на поверхность контролируемого изделия. На выходах преобразователя установятся две последовательности синусоидальных сигналов, сдвиг фаз между которыми будет зависеть от электропроводности контролируемого материала и зазора между преобразователем и поверхностью изделий.

Усилители-формирователи 4 и 5 преобразуют синусоидальные сигналы с со- ответствую1цих выходов преобразсг;аг е- ля 2 в две последовательности прямоугольных импульсов (фиг. 2а,б).

Сигнал Пуск, поступивший на вход устройства, своим нулевым уровнем устанавливает в исходное состояние триггеры 7 и 8, арифметический блок 14 и задним фронтом - в единичное состояние триггер 6 (фиг. 2в,д,е). С поступлением с выхода триггера 6 единичного потенциала блок 12 с учетом 1гулевого потенциала на выходе триггера 7 сравнивает сдвиг фаз между об0

5

5

разцовым и измерительным сигналами с заданным значением ср, . В зависимости от знака результата сравнения соответствующий сигнал, появившийся на первом или втором выходе блока 12, увеличивает или уменьшает частоту генератора 1 до тех пор, пока не выполнится условие q f,. В момент сравнения сдвига фаз между образцовы и измерительным сигналами с первым заданным значением на третьем выходе блока 12 появляется единичный по- тенциал, устанавливающий своим передним фронтом в единичное состояние триггер 9 (фиг. 2ж), единичный потенциал с выхода которого поступает на информационный вход триггера 10. Первый единичный сигнал с выхода усилителя-формирователя 5 устанавливает триггер 10 в единичное состояние (фиг. 2з).

Нулевой потенциал с выхода инверсного выхода триггера 10 устанавливае в нулевое состояние триггер 9 (фиг. 2ж), а единичный потенциал с прямого выхода открывает элемент И 11. Счетчик 13 начинает подсчитывать импульсы образцовой частоты генератора 2, поступающие на его счетный вход через элемент И II (фиг. 2и).Следующий единичный сигнал с выхода усилителя-формирователя 5 устанавливает в нулевое состояние триггер 10. Единичный сигнал, появившийся на инверсном выходе триггера 10, своим передним фронтом подтверждает нулевое состояние триггера 8 и устанавливает в единичное состояние триггер 7 (фиг. 2д). Нулевой потенциал с прямого выхода триггера 10 закрывает элемент И 11 и сигнализирует блоку 14 о необходимости считывания с выходов счетчика 13 результата N, квантования периода Т, возбуждающего сигнала. С приходом единичного сигнала с выхода триггера 7 блок 12 начинает сравнивать сдвиг фаз между образцовым и измерительным сигналами с вторым заданным значением ( , В зависимости от знака результата сравнения соответствующий сигнал, появившийся на первом или втором выходах блока 12, увеличивает или уменьшает частоту возбуждения генератора 1, а нулевой потенциал с его третьего выхода устанавливает в нулевое состояние счетчик 13 (фиг. 2к), Процесс автоподстройки частоты возбуждения и сравнения сдвига фаз

сигналов с вторым заданным значением длится до тех пор, пока не выполнится условие с -Pj . Тогда единичный по- с тенциал, появившийся на третьем выходе блока 12, своим передним фронтом устанавливает в единичное состояние триггер 9, единый потенциал с выхода которого поступает на информационный

Q вход триггера 10. Первый поступивший на вход триггера 10 с выхода усилителя-формирователя 5 единичный сигнал своим передним фронтом устанавливает его в единичное состояние. Нулевой

5 сигнал с инверсного выхода триггера 10 устанавливает в нулевое состояние триггер 9, а единичный потенциал с его прямого выхода открывает элемент И 11, и счетчик 13 начинает счи-

0 тать число импульсов образцовой часто-- ты Гд. С приходом переднего фронта следующего возбуждающего сигнала триггер 10 устанавливается в нулевое состояние, закрывает элемент И II, сиг5 нализирует арифметическому блоку 14 о необходимости считывания с выходов счетчика 13 результата № 2 квантования периода Т возбуждающего сигнала и передним фронтом единичного сигна0 ла со своего инверсного выхода устанавливает в единичное состояние триггер 8. Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 8 устанавливает в нулевое состояние триггер 6 и сигнализирует об окончании процесса измерения .

В начале работы в арифметический блок 14 вводят численные значения коэффициентов С„ , С, , Cj, , С22, за0 висящие от расчетных характеристик применяемого вихретокового преобразователя, и блок по заложенной в его памяти подпрограмме вычисляет численное значение коэффициента К. После

с поступления сигнала Пуск блок 14 находится в состоянии ожидания окончания процесса сравнения сдвига фаз с первым заданным значением ( , автоподстройки частоты возбуждающих сигO налов и квантования периода Т.. При поступлении с выхода триггера 10 сигнала Конец квантования блок 14 считывает с выходов счетчика 13 результат квантования N,, заносит его в

Е оперативную память и ожидает поступления второго сигнала Конец квантования. При поступлении этого сигнала блок 14 считывает результат N3 квантования периода Т возбуждающих сиг-

5

налов, определяет и зависимости oi осуществляемого режима измерения численное значение б и/или h и выводит полученный результат на алфавитно-цифровой индикатор.

С поступлением каждого очередного сигнала Пу.ск описанная последовательность действий повторяется.

Ф о

рмула изобретения 1 . Способ измерения электропроводности металлических изделий, заключающийся в сравнении разности фаз между измерительным и возбуждающим сигналами преобразователя с заданным значением фазы, соответствующим высокой чувствительности преобразователя к изменению электропроводности, в зависимости от знака результата сравне- ния увеличивают или уменьщают частоту возбуждения преобразователя, фиксируют частоту возбуждения в момент равенства указанной разности фаз заданному значению и измеряют период возбуждающего сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональньк возможностей, устанавливают дру. ое заданное значение фазы соответствующее высокой чувствительности преобразователя к изменению зазора, повторяют процесс сравнения сдвига фаз с другим заданным значением и в момент их равенства фиксируют частоту возбуждающего сигнала, измеряют его период и определяют конечный результат измерения путем умножения постоянного наперед заданного числа на разность измеренных периодов,

2. Устройство для измерения электропроводности металлических изделий, содержащее блок сравнения фазы, два управляющих выхода которого соединены

0

5

0

с входами управляемого rcnepaiopa возбуждающих сигналов, тшхретоконый преобразо1 атель, вход кот()рого нен с выходом генератора позбуждаю- 11ЩХ сигналов, два усилителя-формирователя, входы которых соединены с, соответствующими выходами вихретокояо- го преобразователя, а выходы - с нхо- дами блока сравнения фазы, с третьим входом которого соединен выход nep:io- го триггера, и последовательно соединенные генератор образцово частоты, элемент И и счетчик импульсов, информационные выходы которого соединены с входами арифметического блока, отличаю щееся ret-t, что, с целью повышения точности измерения и расщирения функциональных возможностей, в него введены четыре триггера, при этом вход синхронизации первого триггера соединен со сбросовыми входами второго и третьего триггеров, арифметического блока и кнопкой

5 Пуск, вход синхронизации второго триггера соединен с входом синхронизации третьего триггера, сбросовым входом четвертого триггера и инверсным выходом пятого триггера, прямой

0 выход второго триггера соединен с четвертым входом блока сравнения фазы и информационным входом третьего триггера, инверсный выход которого соединен со сбросовым входом

с триггера, вход синхронизации четвертого триггера и сбросовьо вход счетчика импульсов соединены с третьим выходом блока сравнения фазы, выход четвертого триггера соединен с информационным входом пятого триггера, вход синхронизации которог о соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а прямой выход - с вторы ; входом элемента Н и управляющим входом арифметического блока.

0

f, Vl/f

fs ff

С

НачаМ

Редактор E. Копча

Составитель В. Стукан Техред М.Ходанич

Заказ 4122/40 Тираж 776Подписное

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, А

Фи«3

Корректор С. Шекмар

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов. Цель изобретения - повышение точностных возможностей и расширение функциональных возможностей. Устройство, реализующее способ, содержит генераторы 1 и 2 возбуждающих сигналов и образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, элемент И 11, блок 12 сравнения фазы, счетчик 13 импульсов и арифметический блок 14. В устройство введены триггеры 6-10. Способ основан на поддержании постоянства фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала путем автоподстройки частоты последнего. При этом в блок 12 сравнения вводят два заданных значения фазы, одно из которых соответствует высокой чувствительности преобразователя к измеШ (Л Слд со СП СлЭ cpuel