Устройство для вихретоковой дефектоскопии Советский патент 1989 года по МПК G01N27/90 

.U

i4i

00

ю

Изобретение относится к средствам вихретокового неразрушающего контрол и может быть использовано для определения глубины поверхностных трещин в изделиях из слабопроводящих материалов, например графита.

Цель изобретения - повышение точности контроля слабопроводящих мате- риалов за счет уменьшения экранирую- щего действия преобразователя зазора, независимости результатов контроля от изменения электропроводимости материала и устранения погрешности, вносимой несовершенством регулировки крутизны.

На фиг.1 показан график зависимости от зазора сигнала преобразователя зазора и вихретокового преобразователя; на фиг.2 - блок-схема устройства для дефектоскопии слабопроводящих материалов.

Устройство для вихретоковой дефектоскопии содержит рабочий канал, Включающий последовательно соединенные высокочастотный генератор 1, например кварцованньй, в колебательный контур 2 которого включен параметрический вихретоковый преобразователь (ВТП) 3, и первую схему А амплитудного преобразователя, корректирующий канал, включающий последовательно соединенные низкочастотный генератор 5, трансформатор 6, преобразователь 7 зазора, выполненный в виде возбуждающего и приемного игловидных электродов, размещенных внутри катушки ВТПЗ, и вторую схему 8 амплитудного преобразователя, последовательно соединенные блок 9 компараторов, регулятор 10 крутизны, первый арифметический блок 11, второй вход которой подключен к выходу первой схемы 4 амплитудного преобразования, аналого-циф- РОБОЙ преобразователь 12, блок 13 последовательного сравнения средних отсчетов, блок 14 вьщеления максимума, второй арифметический блок 15, регистратор 16 и источник 17 опорного напряжения. Блок 9 компараторов может быть выполнен в виде двух параллельно соединенных компараторов 18 и 19 с порогами U, и U соответственно. Регулятор 10 крутизны может быть выполнен в виде последовательно соединенных блока 20 резисторов, коммутатора 21 и операционного усилителя 22,

Входом блока 10 является вход блока 20 резисторов, подключенный к выходу второй схемы 8 амплитудного преобразования, а выходом - выход операционного усилителя 22, который также подключен к второму входу блока 20. Выходы блока 20 подключены к первым трем входам коммутации коммутатора 21, соответствующий им выход подключен к инвертирующему входу усилителя 22, выходы источника 17 опорного напряжения (U,, Uo , U,) подключены к вторым трем входам KOMfiyTa ции коммутатора 21, а соответствующи им выход соединен с неинвертирующим входом усилителя 22.

Блок 13 последовательного сравнения выполнен в виде последовательно соединенных счетчика 23, регистра 24 и схемы 25 сравнения, второй вход которой подключен к входу счетчика 23, а ее выход подключен к второму входу регистра 24. Выход счетчика 23 связан также с вторым входом блока 14 выделения максимума, а выход регистра 24 - с вторым входом второго арифметического блока 15.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотное напряжение кварцо ванного генератора 1 поступает в колебательный контур 2 с ВТП 3. Схема 4 амплитудного преобразования выделяет огибающую гармонического напряжения, модулированную сигналами ВТП 3, Гармоническое напряжение с низкочастотного тенера тора 5 поступает на повьщ1ающий трансформатор 6 и далее на возбуждающий электрод преобразователя 7 зазора. С его приемного электрода напряжение поступает на вход второй схемы 8 амплитудного преобразования, где. происходит его усиление с последующим вьщелением огибающей. Напряжение огибающей, зависящее только от зазора между торцом комбинированного преобразователя и поверхностью контролируемого Изделия, сравнивается в компараторах 18 и 19 с двумя пороговыми значениями U и U, а также поступает на первый вход блока 20 резисторов, который входит в состав регулятора 10 крутизны. Формируемые по результатам сравнения с напряжениями и, и сигналы управляют работой коммутатора 21, который в зависимости от результатов сравнения подключает к неинвертирующему

входу операционного усилителя 22 то или иное сдвигающее напряжение из набора DO,, U(j2, с выхода источника 17 опорного напряжения, а- также соответствующим образом меняет коэффициент усиления усилителя 22, подключая ему в обратную связь соответствующее сопротивление из блока 20, Такое преобразование позволяет обеспечить практически полное подобие зависимостей от зазора сигналов рабочего и корректирующих каналов (фиг,1) и тем самым обеспечить компенсацию влияния зазора на сигнал рабочего канала. Эксперименты показали, что для достижения практически полного подобия характеристик в диапазоне изменения зазора до . 1 мм достаточно разбить

жит информации в нескольких младших разрядов, они игнорируются. Следовательно, сравнению в схеме 25 сравнения подвергается информация двух последовательных усредненных отсчетов, содержащаяся в шести старших разрядах, причем схема 25 срабатывает, если последующий усредненный отсчет больше предыд-ущего. Это эквивалентно введению некоторого допуска, и срабатывание схемы 25 происходит, когда последующий отсчет отличается от предьщущего на величину, превышающую этот допуск, Допуск предназначен для исключения случайных срабатываний схемы 25 сравнения. На бездефектной поверхности вследствие сравнительно медленного изменения элект

Изобретение позволяет повысить ;точность контроля за счет исключе ния влияния на результаты контроля величины зазора между вихретоковым преобразователем и контролируемым изделием и изменения электропроводности контролируемого материала. Устройство содержит рабочий (вихрето- ковьй) и корректирующий каналы, подключенные к кйскадно соединенным арифметическому блоку, цифровому компенсатору изменений электропроводности и регистратору. В корректирующем канале осуществляют измерение величины зазора при помощи электропотенциального преобразователя и подгонку зависимости от зазора сигнала этого преобразователя к аналогичной характеристике вихретокового преобразователя. В арифметическом блоке сигнал величины зазора вычитается из сигнала рабочего канала. Цифровой компенсатор изменений электропроводности осуществляют автоматическое определение экстремума модуляционной характеристики независимо от значения электропроводности в области дефекта без использования дополнительного опорного канала с вихретоковым преоб- ; разователем. 2 ил. § (Л

зависимость от зазора сигнала коррек- 20 Р°проводности и малого времени между

соседними отсчетами (1 мс) каждый последующий средний отсчет почти не отличается от предыдущего (по крайней мере это отличие не превышает допуска). В этом случае блок 14 выделения максимума не работает.

тирующего канала на три участка.

Сохранение нелинейного характера зависимости на кажд.ом участке при его сдвиге и изменении крутизны позволяет в диапазоне до 1 мм практи- чески совмещать зависимости от зазора обоих каналов.

Выходные сигналы обоих каналов поступают на арифметический блок 11, сигнал на выходе которого зависит от глубины дефекта (трещины),

Остальные блоки устройства (12 - 15) предназначены для компенсации Влияния изменений электропроводности от участка к участку поверхности ма- терИсШа. Эти изменения связаны с пористостью материалов, непостоянством их плотности, с анизотропией механических напряжений и т.п.

Выходное напряжение блока 11 пре- образуется аналого-цифровым преобразователем 12 в определенное количество пачек импульсов, и эти пачки поступают на вход блока 13 последовательного сравнения средних отсчетов. Счетчик 24 осуществляет суммирование поступающих пачек импульсов. После суммирования партии из восьми пачек осуществляется сдвиг в сторону младших разрядов на три двоичных разряда (т.е. деление суммы на восемь), после чего среднее (сглаженное) значени из восьми отсчетов передается в реКак показали эксперименты, полуширина модуляционной характеристики для трещин глубиной до 5 мм обычно не превьш1ает 1-1,5 мм. В этом диапагистр 24, а также поступает на входы схемы 25 сравнения и блока 14 вьщеле- 55 зоне электропроводимость практически кия максимума. Затем процесс опреде- постоянна, поэтому полученная раз- ления среднего из восьми отсчетов ность не зависит от электропроводнос- повторяется. При этом код, формируе- ти, а определяется только глубиной мый на выходе счетчика 23, не содер- трещины.

0 Р°проводности и малого времени между

0

5

0 5 0

соседними отсчетами (1 мс) каждый последующий средний отсчет почти не отличается от предыдущего (по крайней мере это отличие не превышает допуска). В этом случае блок 14 выделения максимума не работает.

При попадании трещины в зону контроля ВТП 3 напряжение на выходе АЦП 12 резко изменяется. Первый ус- |редненный отсчет на возрастающем склоне модуляционной характеристики становится больше предыдущего. При этом срабатывает схема 25 сравнения, и сигнал с ее выхода, который является управляющим выходом блока 13, поступает на управляющий вход регистра 24, фиксируя в нем последнее значение, и на управляющий вход блока 14 выделения максимума, разрешая его работу, который, последовательно сравнивая значение усредненных отсчетов, определяет наибольшее из них значение. Это наибольшее значение поступает на вход второго арифметического блока 15, где происходит вычитание из него последнего перед возрастающим участком модуляционной характеристики среднего отсчета, хранящегося в регистре 24, Полученная разность поступает на регистра- тор 16,

Как показали эксперименты, полуширина модуляционной характеристики для трещин глубиной до 5 мм обычно не превьш1ает 1-1,5 мм. В этом диапа5 зоне электропроводимость практически постоянна, поэтому полученная раз- ность не зависит от электропроводнос- ти, а определяется только глубиной трещины.

Формула изобретения

Устройство для вихретоковой дефектоскопии, содержащее вихретоковый преобразователь, соединенные последовательно высокочастотный генератор, в колебательный контур которого вклю- ;Чен вихретоковый преобразователь, |первую схему амплитудного преобразования и первый арифметический блок, низкочастотный генератор, преобразователь зазора, вторую схему амплитудного преобразовёния, регулятор крутизны и последовательно соединенные второй арифметический блок и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля слабопроводящих материалов, оно

нику опорного напряжения и .второму входу первого арифметического блока преобразователь зазора выполнен в виде возбуждающего и приемного игло видных электропотенциальных электро дов, размещенных внутри катушки вих ретокового преобразователя и подклю ченных соответственно к выходу тран форматора и входу второй схемы ампл тудного преобразования, и последова тельно соединенными аналого-цифровы преобразователем, вход которого под ключен к выходу первого арифметичес кого преобразователя, блоком послед вательного сравнения средних отсчет и блоком выделения максимума, выход которого подключен к первому входу второго арифметического €лока, блок

снабжено подключенным к выходу низко- JQ последовательного сравнения средних

частотного генератора трансформато- |ром, источником опорного напряжения, блоком компараторов, вход которого ;объединён с входом регулятора крутизны и подключен к выходу второй схемы амплитудного преобразования, а выход соединен с вторым входом регулятора крутизны, третий вход и выход которого подключены соответственно к источ25

И

отсчетов выполнен в виде последовательно соединенных счетчика, регистра и схемы сравнения, второй вход которой и второй вход блока вьщелени максимума подключены к выходу счетчи ка, а выход регистра и его второй вход подключены соответственно к вто рому входу второго арифметического блока и выходу схемы сравнения.

бакр мектропот 65

1/2 S 8

и,зв

hj-O.J

нику опорного напряжения и .второму входу первого арифметического блока, преобразователь зазора выполнен в виде возбуждающего и приемного игловидных электропотенциальных электродов, размещенных внутри катушки вих- ретокового преобразователя и подключенных соответственно к выходу трансформатора и входу второй схемы амплитудного преобразования, и последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, вход которого подключен к выходу первого арифметического преобразователя, блоком последовательного сравнения средних отсчетов и блоком выделения максимума, выход которого подключен к первому входу второго арифметического €лока, блок

последовательного сравнения средних

последовательного сравнения средних

отсчетов выполнен в виде последовательно соединенных счетчика, регистра и схемы сравнения, второй вход которой и второй вход блока вьщеления максимума подключены к выходу счетчика, а выход регистра и его второй вход подключены соответственно к второму входу второго арифметического блока и выходу схемы сравнения.

,6 fas. 1

J2