Проходной вихретоковый преобразователь с вращающимся полем Советский патент 1988 года по МПК G01N27/90 

(61) 1027592

(21)4193671/25-28

(22)11.02.87

(46) 30.08.88. Бюл. № 32

(71)Научно-исследовательский институт интроскопии Томского политехнического института им. С. М. Кирова

(72)П. А. Овсянников

(53)620.179.14(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1027592, кл. G 01 N 27/90, 1983.

(54)ПРОХОДНОЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОЛЕМ

(57)Изобретение относится к неразрушаю- щему контролю качества материалов изделий. Целью изобретения является повышение достоверности контроля. Для достижения цели преобразователь содержит кольцевой каркас L размещенные на не.м обмотку возбуждения, выполненную из четырех повернутых на 90° одна относительно другой секцнй 2, 3 и 4, 5 обмоток возбуждения, из.мерительную обмотку помещенную на обойме 6, и состоящую из секций 7-10, выполненных в виде вытянутых прямоугольных петель, раз.мещенных коаксиально каркасу, и две измерительные об.мотки 11, 12 проходного типа, четыре секции 14, 15 и 16, 17 ко.мпенсирующей об.мотки, по конструкции аналогичные секция.м 7-10 из.меритель- ной обмотки размещенные си.м.метрично относительно соответствующих секций измерительной обмотки. Пары секций 14, 15 и 16, 17 ко.мпенсирующей обмотки включены между собой согласно, а противолежащие секции 7, 8 и 9, 10 измерительной и ко.мпен- сируюи-1ей об.моток включены между собой последовательно-встречно. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

i

W

17

15

3

Фиг.1

1

; Изобретение относится к области нераз- рушающего контроля, в частности к проходным вихретоковых преобразователям для обнаружения дефектов в протяженных изделиях.

Цель изобретения - повышение досто- ;Верности контроля путем повышения стабильности напряжения разбаланса и умень- ;шения влияния радиальных смещений из- :делий.

: На фиг. 1 представлена конструктивная I схема проходного вихретокового преобра- i зователя с вращающимся полем (отдельные элементы разнесены вдоль оси преобразователя для наглядности); на фиг. 2 - схема соединения обмоток преобразователя. Проходной вихретоковый преобразователь содержит кольцевой ферромагнитный каркас 1, размеренные на нем пары секций 2, 3 и 4, 5 обмоток возбуждения, сдвинутых одна относительно другой на 90° и включенных между собой последовательно-встречно, обойму 6, на которой в пазах уложены секции 7-10 первой измерительной обмотки в виде вытянутых прямоугольных петель, пары которой включены согласно между собой, а каждая пара - последовательно встречно другой, две измерительные обмотки 11 и 12, проходного типа, включенные между собой последовательно-встречно, сменную обойму 13, которую охватывает каркас 1, а обойма 13, в свою очередь, охватывает обойму 6, четыре согласно включенные секции 14, 15 и 16, 17 компенсирующей обмотки в виде вытянутых прямоугольных петель, длинные стороны которых коаксиальны системе возбуждения, а все секции компенсирующей обмотки размещены симметрично относительно соответствующих секций 7 и И) первой измерительной обмотки и имеют наружный диаметр, равный внутреннему диаметру секций 2, 3 и 4, 5 обмоток 9 возбуждения.

Противолежащие нары секций 7, 8 и 9, 10 первой измерительной и секций 14, 15 и 16, 17 компенсирующей обмоток включены между собой последовательно-встречно, длина каждой секции 14 -17 компенсирующей обмотки выбрана из соотнощения

1

, 7

где Oi размер длинной стороны секции 1 компенсирующей обмотки;

г - диаметр компенсирующей обмотки, а длина намотки каждой секции обмотки возбуждения выбрана из соотнощения

1 Qi

где , - длина намотки г чдой секции обмотки возбуждении;

Д- внутренний диаметр кольцевого

каркаса.

По оси преобразователя проходит контролируемое изделие 18.

Преобразователь работает следующим

образом.

Пары секций 2, 3 и 4, 5 обмотки возбуждения, сдвинутые на 90° одна относительно другой (фиг. 1} запитываются напряжением

Q одинаковой частоты и амплитуды со сдвигом по фазе на 90° от генератора (не показан), в результате чего в пространстве, ограниченном каркасом 1, образуется вращающееся магнитное поле с вектором магнитной индукции, перпендикулярным оси пре5 образователя. Результирующий магнитный поток, получаемый в зоне контроля при наличии изделия 18 может рассматриваться как сумма возбуждающего потока, образованного токами секций обмотки воздужде.- ния, и потока вихревых токов, наведенных в изделии возбуждающим потоком. Вихревые токи в изделии изменяются не только от возбуждающего потока, но также и от электрофизических свойств контролируе.мого изделия.

5 Изменение магнитного потока преобразователя, вызванное изменением электрофизических свойств изделия, при неизменном возбуждающем потоке равносильно изменению ЭДС секций измерительных обмоток, по

« величине которой определяет параметры контролируемого изделия.

Диаметрально противоположные секции 7, 8 и 9, 10 первой измерительной и секций 14, 15 и 16, 17 компенсирующей обмоток, помещенных во вращающееся магнитное по- ле, включаются попарно-согласно между собой, а противолежащие пары секций 7, 8, 14, 15 и 9, 10, 16, 17 измерительной и ко.мпенса- ционпой обмоток включаются попарно- встречно (фиг. 2), при этом наводимая в паQ pax об.моток секций 7, 8 и 14, 15 ЭДС определяется проекцией вектора магнитной индукции на горизонтальную ось (ось X), а в парах 9, 10 и 16, 17 - на вертикальную ось (ось Y). ЭДС четырех пар секций 7, 8, 9, 10, 14, 15 и 16, 17 первой измерительной

5 и компенсационной обмоток и ЭДС двух измерительных обмоток 11 и 12 проходного типа, включенных между собой последовательно-встречно, равны при отсутствии в зоне преобразователя дефекта изделия 18. Значения этих ЭДС не равны, если в пре образователе находится дефектный участок изделия. Разница между напряжениями этих измерительных обмоток, иодаваемая в блок обработки сигнала (не показан) и определяемая размерами дефекта, выделяется

5 электронной схемой. При появлении в зоне контроля дефектного участка, протяженность которого больше малой стороны вытянутых прямоугольных петель секций 7-10 и 14-17 первой измерительной и компенсирующей обмоток, максимальное изменение ЭДС наблюдается у первой измерительной обмотки, секции 7-10 которой включены попарно-согласно. При этом изменение ЭДС у компенсирующей обмотки минимально вследствие того, что ее секции 14-15 удалены от изделия на большее расстояние, чем первая измерительная обмотка. Разница между напряжениями измерительной и компенсирующей обмоток максимальна, так как они включены между собой встречно, и пропорциональна размерам дефекта. При этом разница между напряжениями второй и третьей измерительных обмоток И, 12 проходного типа минимальна, так как дефектный участок значительной величины находится одновременно под обеими обмотками, включенными между собой встречно. В данном случае и.меет место сравнение двух одинаковых участков изделия.

При появлении в преобразователе короткого дефекта, протяженность которого меньше длины малой стороны вытянутых прямоугольных петель первой измерительной и компенсирующей обмоток, максимальное изменение ЭДС наблюдается у измерительных обмоток 11 и 12, так при движении контролируемого объекта дефектный участок сначала окажется под.одной измерительной обмоткой 12, а затем под другой измерительной обмоткой 11, а разница между напряжениями пар секций первой измерительной и компенсирующей обмоток тем меньше, чем .меньше протяженность дефекта в направлениии оси преобразователя.

Стабильность выходного напряжения каждой пары секций 7-10 первой измерительной обмотки, несущего информацию только об объекте контроля, достигается за счет того, что попарно-согласно включенные секции 7-10 первой из.мерительной обмотки включены встречно с соответствующими попарно-согласно включенными секциями 14- 17 ко.мпенсирующей обмотки, удаленной от объекта контроля на большее расстояние. Начальные ЭДС этих обмоток равны и определяются одним и тем же возбуждающим потоком, и при из.менении вектора магнитной индукции возбуждающего поля напряжение

разбаланса остается неизменным. В данном случае ко.мпенсация напряжения хо,лостого хода происходит включением этих обмоток. Это повышает стабильность напряжения раз- баланса в процессе контроля и уменьшает влияние радиальных смещений изделия на результаты контроля.

Формула изобретения

I,

fa

где Е, - длина намотки каждой секции обмотки возбуждения; внутренний диаметр кольцевого каркаса.

первой измерительной и компенсирующей обмоток включены между собой последовательно-встречно.

1 1г- 2 где Ej- размер длинной стороны секции компенсирующей обмотки; D диаметр компенсирующей обмотки.

К 5flOKan обработки сигналоб

к блоку обработка сигнала

Фиг. 2