Магнитный толщиномер покрытий Советский патент 1988 года по МПК G01B7/06 

00

00

со ю

со

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании.

Цель изобретения - повыщение точности измерений и упрощение достигается путем автоматической компенсации нелинейности характеристики первичного магниточувст- вительного преобразователя и исключения цифрового линеаризатора.

На чертеже представлена структурная схема магнитного толщиномера покрытий.

Магнитный толщиномер содержит последовательно соединенные источник 1 питания первичного преобразования, первичный магниточувствительный преобразователь 2, блок 3 предварительной обработки сигнала, блок 4 установки нуля, регулируемый усилитель 5, масштабный усилитель 6, аналого- цифровой преобразователь 7 и индикатор 8, регулируемый усилитель 9 и блок 10 автоматической регулировки усиления. Вход усилителя 9 соединен с выходом блока 3 обработки сигнала, выход усилителя 9 - с входом блока 10 автоматической регулировки усиления, выход блока 10 соединен с управляющими входами регулируемых усилителей 5 и 9.

Первичный магниточувствительный преобразователь 2 может быть выполнен, например, на основе постоянного магнита с чувствительным элементом в виде магнито- резистора, датчика Холла и т. п., или же быть магнито-индукционного типа с ферромагнитным сердечником с обмотками, запи- тываемым переменным током. В соответствии с этим источник 1 питания будет источником постоянного тока или генератором переменного тока. Блок 3 предварительной обработки сигнала содержит усилитель и при питании первичного магниточувствитель- ного преобразователя 2 переменным током детектор.

Регулируемые усилители 5 и 9 могут представлять собой обычные усилители, на входах которых включены управляемые делители, состоящие, например, из постоянного резистора в верхнем плече и полевого транзистора в нижнем. В этом случае управляющее напряжение подается на затвор транзистора. Блок 10 автоматической регулировки управления представляет собой цепь, содержащую усилительную схему, резистив- ный делитель и фильтр (например, С-типа) препятствующий возникновению паразитных колебаний.

Толщиномер работает следующим образом.

Источник 1 запитывает чувствительный элемент первичного магниточувствительного преобразователя 2 постоянным или переменным током, сигнал с преобразователя 2 усиливается в блоке 3 предварительной обработки сигнала и, если надо, детектируется. На выходе этого блока зависимость сигнала

и от измеряемой толщины Л покрытия имеет вид:

5

0

5

(1)

Х+Хо

где Л и ЛГо - некоторые константы.

При величина (У имеет максимальyjное значение, равное г.

АО

В блоке 4 установки нуля из сигнала U вычитается некоторое напряжение Uo такое, чтобы сигнал i/2, имеющийся на выходе блока 4, был равен нулю при 0. Очевидно,

это произойдет при

Установка величины Uo осуществляется при настройке толщиномера перед измерением путем размещения первичного магниточувствительного преобразователя 2 на образце основания без покрытия и вращением ручки, управляющей величиной Uo, до получения нулевых показаний. После этого зависимость сигнала Uz на выходе блока 4 установки нуля будет иметь вид:

г 7 i,

(X+Xo)

(2)

В этой формуле знак не учитывается.

Напряжение U подается на вход регулируемого усилителя 9, охваченного систе- мой автоматического регулирования. Поэтому на выходе регулируемого усилителя 9 получается некоторое напряжение Us, остающееся приблизительно постоянным во всем диапазоне измерения U. т. е.:

35 f/i B const,

(3)

где Куп - коэффициент усиления регулируемого усилителя 9, изменяемый электрически по входу управления.

С учетом (1) получаем из (3)

40

(X + XQ).

(4)

Рассмотрим случай, когда регулируемые усилители 5 и 9 одинаковы. Поскольку их управляющие входы объединены, то коэффициент усиления регулируемого усилителя 5 будет определяться тем же выражением (4). Однако на вход усилителя 5 подается напряжение, описываемое выражением (2). В силу этого напряжение /4 на выходе регулируемого усилителя 5 будет выражаться следующим образом

Л в

t/, ty,./(,-i- .-(Х+Х,}

в .

- тг л. АО

(5)

Отсюда видно, что полученное на выходе усилителя 5 напряжение уже линейно зависит от измеряемой толщины X покрытия.

что и требовалось осуществить. Далее t/i подается на масштабный усилитель 6, в котором осуществляется установка масштаба напряжения таким образом, чтобы в итоге на индикаторе получить показания в едини- цах толщины (мм или мкм).

Калибровка выполняется с помощью меры толщины, соответствующей верхней границе диапазона измерений. После усилителя 6 сигнал подается, на аналого-цифровой преобразователь 7, а с него на индикатор 8, который показывает результат измерений.

Формула изобретения

Магнитный толщиномер покрытий, со- держащий последовательно соединенные источник питания, первичный магниточувствительный преобразователь, блок предварительной обработки сигнала и блок установки нуля, последовательно соединенные масщтабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения, он снабжен двумя регулируемыми усилителями и блоком автоматической регулировки усиления, подключенным входом к выходу второго регулируемого усилителя и выходом - к управляющим входам первого и второго управляемых усилителей, первый управляемый усилитель включен между выходом блока установки нуля и входом масщтабного усилителя, а второй управляемый усилитель входом соединен с выходом блока предварительной обработки сигнала.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании. Повыще- ние точности измерения и упрощение толщиномера достигается путем автоматической компенсации нелинейности характеристики и исключения цифрового линеариза- тора. При изменении толщины покрытия сигнал первичного магниточувствительного преобразователя 2 меняется по гиперболическому закону. В результате преобразования с помощью замкнутой системы управления, включающей управляемые усилители 5 и 9 и блок 10 автоматического регулирования усиления, зависимость сигнала на выходе управляемого усилителя 5 от толщины покрытия линеаризуется и обеспечивается высокая точность измерения. Благодаря этому исключается необходимость в применении цифрового линеаризатора, что упрощает толщиномер. 1 ил. € (Л