Способ неразрушающего контроля изделий из электропроводящих материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01N27/90 

N

О

ьо

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля качества материалов и изделий и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, например для контроля толщины проводящих покрытий на электропроводящих материалах, толщины или удельной электрической проводимости материала.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет исключения временной и частотной нестабильности опорного напряжения.

На фиг. 1 представлен годограф выходного сигнала вихретокового преобразователя; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие способ и работу устройства; на фиг. 3 - структурная схема устройства, реализующего способ.

Устройство для неразрушающего контроля изделий из электропроводящих материалов содержит последовательно соединенные генератор 1, выполненный в виде последовательно соединенных мультивибратора 2 и триггера 3, перемножитель 4, вихретоковый преобразователь 5 с компенсатором, первый усилитель 6, синхронный детектор 7, опорный вход которого подключен к выходу генератора I, второй усилитель 8 и индикатор 9 и последовательно соединенные источник 10 постоянного напряжения и модулятор 11, второй и третий входы которого подключены, соответственно, к выходу второго усилителя 8 и мультивибратора 2, а его выход - к второму входу перемножителя 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Вихретоковый преобразователь 5, питаемый сигналом постоянной частоты, вводят во взаимодействие с контролируемым изделием. Возникающее напряжение вихретокового преобразователя 5, определяемое величинами контролируемого параметра изделия и мешающего параметра, суммируют с компенсирующим напряжением УК (фиг. 1), параметры которого подбираются в процессе калибровки, и обеспечивают компенсацию погрешности от влияния мешающего фактора, например зазора h (фиг. 1), между вихретоковым преобразователем 5 и контролируемым изделием. Измеряют составляющую Uynp. (фиг. 1) результирующего выходного напряжения ивых.рез вихретокового преобразователя 5 с компенсатором, синфазную с опорным напряжением Uon, или, что одно и то же, измеряют проекцию ивых.рез на реальную ось системы координат на комплексной плоскости, в которой изображен годограф ивых.рез преобразователя (фиг. 1).

Из сигнала Uynp формируют вспомогательный сигйал UBCII, с помощью которого создают фазовый сдвиг основной гармоники возбуждающего сигнала ивозв. (фиг. 2е). Вспомогательный сигнал UBCR (фиг. 2д)

0

5

0

5

Q

формируют путем модуляции постоянного напряжения Uynp. (фиг. 26) прямоугольным напряжением U (фиг. 2а), частота которого в два раза больше частоты Uon (фиг. 2а), и суммирования его с некоторым постоянным напряжением U (фиг. 2г). Сигналом Uynp (фиг. 26) изменяют соотнощение амплитуд переменной (Uscn К- Uynp, где К - коэффициент пропорциональности) и постоянной (Uacn и.) составляющих сигнала ивсп (фиг. 2 д). Сигналом Uecn модулируют Uon (фиг. 2а), при этом формируется сигнал возбуждения ивозб. (фиг. 2е) вихретокового преобразователя 5, основная гармоника которого имеет фазовый сдвиг ф относительно основной гармоники возбуждающего сигнала, выделенной из Uon.

Созданный фазовый сдвиг ср на комплексной плоскости отображается поворотом на угол ф системы координат, в которой проекция ивых.рез (фиг. 1) на реальную ось новой системы координат равна нулю Uynp 0. Величина Uynp остается постоянной и примерно равно нулю при изменении h в заданном диапазоне его изменения и значительно меняется только при изменении величины контролируемого параметра, например, удельной электрической проводимости в материала. При этом создается новый фазовый сдвиг основной гармоники возбуждающего сигнала (новый фазовый сдвиг системы координат). По измеренной величине фазового сдвига определяют величину контролируемого параметра.

Устройство работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь 5 с компенсатором устанавливают на контролируемое изделие (на фиг. 3 не показано). Возникшее выходное результирующее напряжение (векторная сумма вносимого и компенсирующего напряжений) преобразователя ивых.рез после усиления усилителем 6 поступает на синхронный детектор 7, на другой вход которого поступает опорное напряжение Uon, представляющее собой последовательность прямоугольных импульсов, вырабатываемых триггером 3 генератора 1 (фиг. 2а). С выхода синхронного детектора 7 постоянное напряжение Uynp, равное составляющей ивых.рез преобразователя 5 с компенсатором, синфазной с Uon, поступает на усилитель 8 в виде К- Uynp, где К - коэффициент усиления усилителя 8, и далее на индикатор 9 и модулятор 11, на два других входа которого поступают постоянное напряжение источника 10 постоян- 0 ного напряжения (фиг. 2г) и прямоугольное напряжение U с мультивибратора 2 генератора 1 (фиг. 2в). Перемножение выходного сигнала модулятора 11 ивсп с Uon с помощью перемножителя 4 обеспечивает фор мирование выходного сложного импульсного сигнала (фиг. 2е), обеспечивающего сдвиг основной гармоники сигнала возбуждения вихретокового преобразователя 5 с компен0

5

5

5

сатором на величину, пропорциональную

Uynp.

Таким образом, на выходе синхронного детектора 7 остается напряжение, близкое к нулю. Приближенное равенство к нулю Uynp на выходе синхронного детектора 7 при изменении величины контролируемого параметра изделия поддерживается автоматически с помощью замкнутого контура статической системы автоматического регулирования, состоящего из синхронного детек- тора 7, усилителя 8, модулятора 11, перемножителя 4, вихретокового преобразователя 5 и вновь синхронного детектора 7.

При изменении величины контролируемого параметра изменяется выходное напряжение К- Uynp усилителя 8, которое всегда пропорционально углу сдвига фазы основной гармоники возбуждающего сигнала (углу поворота фазы), относительно предыдущего значения фазы основной гармоники возбуждающего сигнала. Таким образом на индикатор 9 выводится напряжение К- Uynp, пропорциональное возникшему сдвигу фазы возбуждающего сигнала.

Формула изобретения

1. Способ неразрущающего контроля изделий из электропроводящих материалов, заключающийся в том, что в контролируемом изделии с помомощью преобразователя возбуждают вихревые токи, формируют суммарный выходной сигнал преобразователя сложением его выходного сигнала с компенсирующим напряжением и измеряют составляющую суммарного выходного сигнала, синфазную с опорным напряжением, смещенным на заданный угол относительно сигнала возбуждения преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повыще

0

0

5

,.

5

ния точности контроля, формируют вспомогательное напряжение суммированием постоянного напряжения фиксированной величины и переменного напряжения, полученного модуляцией синфазной с опорным напряжением составляющей суммарного выходного сигнала, прямоугольным напряжением, частота которого в два раза боль- ще частоты опорного напряжения и «Частоты основной гармоники сигнала возбуждения преобразователя, модулированием опорного напряжения вспомогательным напряжением изменяют фазу основной гармоники сигнала возбуждения до момента равенства нулю составляющей суммарного выходного сигнала преобразователя и измеряют приращение фазы сигнала возбуждения, по которому определяют величину контролируемого параметра.

2. Устройство для неразрущающего контроля изделий из электропроводящих материалов, содержащее генератор, последовательно соединенные вихретоковый преобразователь с компенсатором, усилитель и синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом генератора, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности, оно снабжено включенным между выходом синхронного детектора и входом индикатора вторым усилителем и последовательно соединенными источником постоянного напряжения, модулятором, второй вход которого подключен к выходу второго усилителя, и перемножителем, выход которого подключен к входу вихретокового преобразователя, а генератор выполнен в виде последовательно соединенных мультивибратора, выход которого соединен с третьим входом модулятора, и триггера, выход которого подключен к второму входу перемножителя.

Изобретение относится к неразрушаю- шим методам контроля и позволяет повысить точность контроля за счет исключения временной и частотной нестабильности опорного напряжения. При введении вихретокового преобразователя 5 во взаимодействие с контролируемым изделием формируют выходной сигнал преобразователя 5 с помо- шью компенсируюшего напряжения, изменяют фазу основной гармоники возбуждаю- ш,его сигнала, добиваясь равенства нулю составляюшей выходного сигнала преобразователя, синфазной с опорным напряжением. По величине сдвига фазы основной гармоники возбуждаюшего сигнала определяют контролируемый параметр. При этом фазовый сдвиг осушествляют напряжением с выхода синхронного детектора 7, меняюш,им соотношение амплитуд, поступаюш,их на модулятор 11 прямоугольного напряжения с мультивибратора, частота которого в 2 раза больше частоты сигнала возбуждения вихре- токового преобразователя 5 и постоянного напряжения, и формируюшим выходной сигнал модулятора 11, который перемножается с опорным напряжением в перемножителе 4. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. (О (Л

fPuBj

Bcn

cJt

Tj