Вихретоковое измерительное устройство Советский патент 1988 года по МПК G01B7/06 G01N27/90 

Изобретение относится к контроль- но-измерительной технике и может быть использовано для измерений перемеще- ,ния металлических изделий, а также для измерения толщины диэлектрических покрытий на неферромагнитных материалах.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазо- на измерений за счет более точного формирования функции преобразования. На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит соединенные последовательно генератор.1, вихре- токовый преобразователь 2, состоящий из расположенных сорсно возбуждающей катушки 3, основной измерительной катушки 4 индуктивности и двух дополни- тельных измерительных катушек 5 и 6 индуктивности, расположенных соответственно на расстоянии Л и 2д от основной измерительной катушки 4, коммутатор 7, усилитель 8 мощности, ам- плитудный детектор 9 и второй коммутатор 10. Устройство содержит также генератор 11 тактовых импульсов, выходы которого подключены к входам управления коммутаторов 7 и 10, три блока 12-14 памяти, подключенные к выходам коммутатора 10, последовательно соединенные первьй блок 15 возведения в квадрат, подключенный к выходу первого блока 12 памяти, первый масштабный преобразователь 16 и блок 17 деления, последовательно соединенные второй блок 18 возведения в квадрат, подключенный к выходу второго блока 13 памяти, и первый блок 19 вычитания, второй вход которого подключен к выходу первого блока 15 возведения в квадрат, а выход к второму входу блока 17 деления.

Устройство содержит также после- довательно соединенные третий блок 20 возведения в квадрат, подключенный к выходу третьего блока 14 памяти, сумматор 21, второй вход которого подключен к выходу первого блока

15 возведения в квадрат, второй блок 22 вычитания, второй вход которого через масштабный преобразователь 23 с кoэффициeнтo ; преобразования, равным двум, подключен к выходу второго блока 18 возведения в квадрат, четвертый блок 24 памяти, блок 25 управления и компенсатор 26, второй вход которого подключен к выходу ге

д

5

0

нератора 1, а выход - к входу усилителя 8. Преобразователь 2 размещается на поверхности контролируемого изде1лия 27.

Устройство работает следующим образом.

Возбуждающая катушка 3 вихретоково- го преобразователя 2 запитывается от генератора 1, частота которого выбирается из условия оптимального измерения толщины X диэлектрического покрытия контролируемого изделия 27. Измерительные катушки 5 и 6 расположены от основной измерительной катушки 4 на расстояниях соответственно Д и 24. Измерительные катушки 4,5 и 6 по очереди с помощью коммутатора 7 подключаются к усилителю 8 и их сигналы векторно суммируются с некоторым выходным компенсирующим напряжением UK компенсатора 26. При этом возникают суммарные результирующие напряжения U. , U и U, которые при некотором оптимальном значении ком- пенсируняцего напряжения Ux.onr будут соответственно равны U| a(i)J, Ug а, (i) и Uj а (DfTTir, где U, V и и, - суммарное результирующее напряжение при подключении катушек 4,5 и 6 соответственно, а

.а(1) - коэффициент пропорциональности на i-M участке. Если величина U; не равна и., суммарное ре- зультирующее напряжение отличается от ожидаемого на некоторую величину ад(1), независящую от измеряемого параметра.

Для обеспечения высокой степени соответствия выражения функции преобразования устройства заданному виду уравнения U a(i) /)Г, измерения проводятся в три такта.

В первом такте измерения генератор 11 тактовых импульсов приводит коммутаторы 7 и 10 в положение, при которых выходное напряжение с измерительной катушки 4 векторно суммируется с и,,, усиливается усилителем 8, детектируется в амплитудном детекторе 9 и через коммутатор 10 поступает в блок 12 памяти.

Во втором и третьем тактах измерения производятся аналогичные операции соответственно с выходными напряжениями катушек 5 и 6 индуктивности, которые запоминаются соответственно в блоках 13 и 14 памяти. После проведения трех тактов измерения

в блоке 12 памяти будет.храниться величина и а (i)irx + ap(i),B блоке 13 - величина U/, а, (i) |/Х +4 +

+ ад(1), в блоке 12 - величина U

а (i)/Х+2л + а(i). Величина 2U, сформированная с помощью блока 18 возведения в квадрат и масштабного преобразователя 23 с коэффициентом преобразования, равным двум, поступает на второй вход блока 22 вычитания. Величина (U + tJ), сформированная с помощью блоков 20,15 возведения в квадрат и сумматора 21, посту- пает на первый вход блока 22 вычитания. Величина 11-. U + 2V с выхода блока 22 вычитания поступает в блок 2А памяти и запоминается в нем. Блок 25 шравления, представляющий

Я

,

5

10

15

ка 17 деления в виде U. .4 . Величина

2I

Uj поступает на первый вход блока 19 вычитания, на второй вход которого поступает величина Uy , Таким образ ом, на входы блока 17 деления поступают, сигналы } а (i) а и uf 4 .а (i)X-u , Выходной сигнал блока 17 деления X (u-Vf)/(jf- U) не зависит от величины и стабильности a/i).

Таким образом, устройство формирует необходимый вид функции преобразования, что обеспечивает высокую точность измерения. Точность измерения не зависит от соотношения величин и и X, что позволяет уменьшить требования к точности изготовления датчик й (за счет увеличения величи

Изобретение относится к контрольно-измерительной техн ике. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений. Схема устройства позволяет для каждого рабочего участка измерения толщины X неэлектропроводящего покрытия реализовать функцию и а, (1)ЛГ, где а.(i) -коэффициенты пропорциональности на i-M участке. Выходные напряжения U , Uj и 11, снимаемые с трех измерительных катушек вихретокового I преобразователя, расположенных на расстоянии л одна от другой, блоками устройства, реализующими математические операции, преобразуются так, что вьтолняется условие IL + 2U,j 0. В данном режиме выходной сигнал устройства определяется : выражением X d и, /( И) и не зависит от величины и стабильности коэффициента а (i), а точность формирования функции преобразования не зависит от величины отношения д/Х. I ил. (Л

собой, например, микродвигатель, сое-2о ны Д), и расширить диапазон изменения

диненный с регулируемым элементом (например, резистором) изменяет амплитуду или фазу компенсирующего напряжения на величину, пропорциональную величине U-, Затем вновь проводят три такта измерения, но уже с вновь сформированным компенсирующим напряжением, поступающим с компёнсаг тора 26, Величина компенсирующего напряжения меняется до тех пор, пока

не станет равным нулю, т,е, не

o(i),

и упростить

и

ч

8

Uz

выполнится равенство 2U2 О, .Если в это равенство подставить выражения U, а (i)|fx + a(i),

Up a,(i)

d(i)/X + 2л + a(i) полученное выражение, то получим

2а, (1)а(1)(Л( + Гх + 2А- 2llx +4) О

Применив тождество ГГы 1 получим равенство

2а, (i)a(i)/X(- )гО,

Величина 2а (i)ap (i)/ ---5 равна

нулю только в том случае, если aj,(i) О, так как величины X, a(i) и и заведомо не равны нулю. Поэтому после коррекции выходного напряжения вихретокового преобразователя 2 функция преобразования толщиномера точно описьгоается выражением U а.(i)/X

Выходной

и не зависит от отношения

X

сигнал и блока 15 возведения в квадрат поступает через масштабный преобразователь 16 на второй вход бло5

измеряемых параметров без снижения точности измерения, так как точность формирования необходимого вида функции преобразования не зависит от от5 4

ношения - , л

Формула изобретения

Вихретоковое измерительное уст0 ройство, содержащее последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразовате ль, первый коммутатор, усилитель, амплитудный детектор и второй коммутатор, три блока памяти,

5 входы которых подключены к соответствующим, выходам второго коммутатора, генератор тактовых импульсов, выходы которого подключены к входам управления коммутаторов, последовательно

0 соединенные первый блок возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу первого блока памяти, первый масштабный преобразователь и блок деления, выход которого являет5 ся информационным выходом устройства, последовательно соединенные второй блок возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу второго блока памяти, и первый блок вычитания, второй вход которого подключен к выходу первого блока возведения в квадрат, а выход - к второму входу блока деления, а также последовательно соединенные второй блок вычитания, четвертый блок памяти, блок управления и компенсатор, второй вход которого подключен к генератору, а выход - к входу усилителя, отличаю тем, что.

0

514411

с целью повышения точности и расшире- ния диапазона измерений, оно снабжено последовательно соединенными третьим блоком возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу третьего блока памяти, и сумматором, второй вход которого подключен к выходу первого блока возведения в

806

квадрат, а выход - к первому входу второго блока вычитания, и вторым масштабным преобразователем, с коэффициентом преобразования равным двум, вход которого подключен к выходу второго блока возведения в квадрат, а выход - к второму входу второго блока вычитания.