Многослойный матричный вихретоковый преобразователь для неразрушающего контроля Советский патент 1987 года по МПК G01N27/90 

. 1

Изобретение относится к вихрето- ковой дефектоскопии и может найти применение в качестве первичного преобразователя в системах мелкокадрового телевидения для неразрушающего контроля электропроводящих объектов.

Цель изобретения - повьшение точности контроля за счет снижения шага дискретизации рельефа электромагнитного поля дефектов.

На фиг. 1 показан многослойный матричный вихретоковый преобразователь, содержащий три слоя катушек;на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - дефектоскоп, в состав которого входит преобразователь.

Многослойный матричный вихретоковый преобразователь (ММВТП) содержит спиральные катущки 1 индуктивности, установленные слоями (N 3) на гибкой подложке 2 и покрытие диэлек- -3 N-1 трическои пленкой 3, --- слоев

4 матрицы (в данном случае один слой смещены относительно первого слоя 5

по координате X на величину

2дХ N+1

,а

1

N-1

динате

на величину

JAY N+1

где

35

40

ции по полученному изображению де- слоев 6 (один слой) - по коор- о фекта. Эту задачу позволяет решить

применение ММВТП. Необходимо не только определить адекватную частоту дискретизации,но эта частота должна быть минимальна, так как неоправданное завьш1ение частоты дискретизации ведет к значительному увеличению времени синтеза изображения, что может привести к неспособности системы контроля работать в реальном масштабе времени. Эту задачу также позволяет решить применение ММВТП.Одним из возможных методов оптимизации частоты дискретизации является градиентный метод, заключающийся в анализе пространственной производной синтезируемого изображения. Если интервал квантования равен целому полутону, то при достижении минимума пространственной производной дальнейшее уменьшение шага дискретизации не ведет к увеличению точности контроля. Пространственная производная в данном случае является дискретной функцией и представляется в виде

ЛХ и uY - шаг элементов матрицы со ответственно по координате X и Y.

Дефектоскоп, в состав которого в качестве первичного преобразователя входит ММВТП 7, содержит последовательно соединенные мультиплексор 8, входы которого подключены к выходам ММВТП 7, ЭВМ 9, телеиндикатор Ю, анализатор 11 изображения и блок 12 разверток, выход которого подключен к мультиплексору 8.

Возбудитель (не показан) возбуждает вихревые токи в объекте контроля (не показан), которые генерируют ЭДС в катушках индуктивности слоев П1, П2,...,ПК КМВТП 7. В начальный момент мультиплексор 8 управляется блоком 12 разверток таким образом, что опрашиваются элементы катушки только одного слоя,например П1.Значения ЭДС,считанные с элементов (П1) вводятся в ЭВМ 9, которая обрабатывает этот массив и синтезирует изображение на экране телеиндикатора 10. Необходимо убедиться,насколько адек- тивно полученное изображение.Чтобы

45

50

55

4(N7M,,j(N;,.,-N;,j

тг;

(1)

25

597312

синтезируемое изображение было адек- тивно, частота дискретизации, определяемая шагом элементов ММВТП, не должна быть меньше найквистовской. Найквистовская частота определяется наивысшей гармоникой, присутствующей в пространственном спектре элек- тромагнитного поля дефекта. Таким

10 образом, чтобы убедиться,приемлем

ли шаг дискретизации,необходимо априорно знать пространственный спектр дефекта.Однако это осуществить не представляется возможным по следую15 щим причинам. Во-первых,в теории

электромагнитного поля не существует метода, позволяющего аналитически определить хотя бы одномерные пространственные спектральные характерис20 тики даже дефектов простейшей формы. Во-вторых,аналитическое определение спектральных характеристик требует априорных сведений о типе дефекта, что невозможно сделать на начальном этапе контроля.

В результате возникает необходимость в разработке методов определения адекватности частоты дискретиза4(N7M,,j(N;,.,-N;,j

тг;

(1)

где

0

N

О

-1.J

N

,Г ЛХи дУ

пространственная производная в ячейке растра с координатой i, j; номер полутона в точке

ijномер полутона в точке

i-1, J;

номер полутона в точке

i, j-1;

шаг дискретизации по координате X и Y соот- вественно.

Отметим,что функция (1) в общем случае зависит от направления обхода ячеек растра и может быть неоднознач на. Очевидно, что минимум функции (1) достигается в нуле. Следовательно, если функция (1) обратилась в нуль, то дальнеЙ1 ее снижение шага дискретизации не ведет к повышению точности контроля. Таким образом, ус ловием оптимальности шага дискретизации является обраш;ение в ноль прос транственной производной, т.е.

«g m

У (f(X-; Yj) j

хфСХ , Yj)

Задача проверки условия (2) выпол няет анализатор 11 изображения. В простейшем случае функции анализатора 11 изображения может выполнять оператор. Если изображение, полученное на экране телеиндикатора 10,не удовлетворяет условию (2), то анализатор 11 изображения переключает блок 12 разверт ок, последний управляет мультиплексором 8 таким образом, что на вход ЭВМ 9 поступает информация со второго слоя П2.Так как слой П2 сдвинут относительно

слоя П1 на величину

2йХ N+1

,то шаг

дискретизации по координате X уменьшается. Например, при N 3 в два раза.

После того, как шаг дискретизации уменшился в два раза анализатор 11 изображения опять определяет, удовлетворяет ли полученное изображению условию (2), и если условие (2) не выполняет ся,то блок 12 разверток опрашивает мультиплексор 8 таким образом,что информация в ЭВМ

3597314

9 считывается уже с трех слоев ГП - ПЗ,чтобы шаг дискретизации по координате Y также уменьшился в два ра5

Описанные действия повторяют,пока

условие (2) не выполнится.

Предлагаемое устройство может быть использовано в иерархической

10 системе контроля, т.е. в системе,

в которой шаг дискретизации не уменьшается, а увеличивается. В этом случае мультиплексор 8 вначале вводит информацию в ЭВМ 9 со всех слоев

15 ММВТП 7. Затем шаг дискретизации увеличивают посредством исключения определенных слоев.

ММРТП 7 из числа опрошенных и таким образом формируют наборы изобра20 жений с последовательно ухудшающимся разрешением. Для сравнения полученных изображений могут быть использованы различные критериальные функции, как было показано в примере.Иер25 архическая обработка начинается с

анализа изображений, имеющих самый X низкий уровень разрешения. При обработке изображений выбирается ряд наиболее вероятных точек локализации

30 дефекта на каждом уровне. На последующих уровнях вычисления производятся только для тех точек, которые были выбраны на предыдущих уровнях. Поэтому число обрабатываемых точек

35 быстро уменьшается, что обеспечивает высокую вычислительную эффективность иерархических алгоритмов.

40

Формула изобретения

Многослойный матричный вихретоко- вый преобразователь для неразрушающего контроля, содержащий спиральные катущки индуктивности,установленные N слоями на гибкой подложке и покрытие диэлектрической пленкой,о т - личающийся тем,что, с целью повышения точности контроля, N-1

слоев матрицы смещены относи

тельно первого слоя по координате

X на величину

2дХ

N-1

слоев N+1 2 по координате Y на величину 5 2AY

где

ДХ и uY - шаг элеN+1

ментов матрицы соответственно по координате X и координате Y, а число N слоев в матрице нечетное.

Фиг.З

Изобретение может быть использовано в системах малокадрового телевидения для неразру1мающего контроля электропроводящих объектов. Цель изобретения - повышение точности контроля. На общую подложку 2 устанавливают слоями диэлектрические пленки 3 со спиральными катушками 1 индуктивности. Слои с катуи1кам11 1 индуктивности установлены таким образом, что (N+1)/2 слоев сдвинуты относительно первого слоя 5 на величину 2uX/N+1 по координате X, а (N+1)/2 слоев сдвинуты относительно того же слоя 5 на величину 2uY/N+1 по координате Y, где N - число слоев преобразователя; х и ДУ - таг элементов матрицы по координатам X и Y соответственно. Считывая информацию с катушек индуктивности только определенных слоев преобразователя, можно изменить частоту дискретизации рельефа электромагнитного поля дефектов. 3 ил. (О сл со сл со 1 оо