Устройство для измерения удельной электрической проводимости Советский патент 1989 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий, предназначено для измерения удельной электрической проводимости материалов методом вихревых токов и может быть применено для технической диагностики, а также для контроля различных технических операций в авиационной, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для бесконтактного измерения электропроводности, содержащее измерительную накладную катушку, включенную в колебательный контур генератора переменного тока с самовозбукдением, высокоомный вольтметр и двухсторонний ограничитель о

Недостатком указанного устройства являетсч вечность измерения.

вызванная тем, что амплитуда генерируемого сигнала мало зависит от добротности катушки, следовательно, от измеряемой удельной электрической проводимости. Кроме того, устройство характеризуется нелинейной зависимостью выходного сигнала от величины удельной электрической проводимости.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные генератор высокочастотных колебаний, вихретоко- вый преобразователь и усилитель, а также последовательно соединенные измеритель разности фаз и индикатор

Однако для данного устройства характерна нелинейная зависимость выходного сигнала от удельной электрической проводимости.

Цель изобретения - линеаризация зависимости выходного сигнала от удельной электрической проводимости

Цель достигается тем, что в уст5

10

сигнала на выходе аналоговс го суммирующего усилителя нелинейно зависит от изменения фазового угла сигнала на входе, характер этой нелинейности противоположен характеру изменения фазового угла входного сигнала от удельной электрической проводимости, а величина изменения фазового угла выходного сигнала аналогового суммирующего усилителя превышает величину изменения фазового угла входного сигнала в несколько раз

На фиг, 1 представлена структурна 15 схема предложенного устройства на фиг. 2 - зависимость фазового- угла сигнала датчика от удельной электрической проводимости; на фиг. 3 - вег- торнзя диаграмма, объясняющая принцип работы устройства; на фиг„ 4 - зависимости Фазового угла выходного сигнала сумматора ог фагового угла входного сигнала,

Устройство содержит генератор 1,

20

ройство для измерения удельной элект- 25 соединенный с вихретоковым преобразо

5

10

728454

сигнала на выходе аналоговс го суммирующего усилителя нелинейно зависит от изменения фазового угла сигнала на входе, характер этой нелинейности противоположен характеру изменения фазового угла входного сигнала от удельной электрической проводимости, а величина изменения фазового угла выходного сигнала аналогового суммирующего усилителя превышает величину изменения фазового угла входного сигнала в несколько раз

На фиг, 1 представлена структурна 15 схема предложенного устройства на фиг. 2 - зависимость фазового- угла сигнала датчика от удельной электрической проводимости; на фиг. 3 - вег- торнзя диаграмма, объясняющая принцип работы устройства; на фиг„ 4 - зависимости Фазового угла выходного сигнала сумматора ог фагового угла входного сигнала,

Устройство содержит генератор 1,

20

25 соединенный с вихретоковым преобразо

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий, предназначено для измерения удельной электрической проводимости материалов методом вихревых токов и может быть применено для техгической диегностики, а также для контроля различных технических операций в авиационной, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Устройство содержит последовательно соединенные генератор, вихретоковый преобразователь, усилитель, а также фазовращатель и последовательно соединенные измеритель разности фаз и индикатор. С целью линеаризации зависимости выходного сигнала от удельной электрической проводимости, в него введены регулятор соотношения амплитуд и аналоговый суммирующий усилитель. Регулятор соотношения амплитуд содержит два амплитудных детектора, интегратор и регулирующий элемент. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

рической проводимости, содержащее последовательно соединенные генератор,, вихретоковый преобразователь и усилитель, а также фазовращатель и последовательно соединенные измеритель разности фаз и индикатор введены регулятор соогноиения амплитуд и аналоговый суммируюший усилитель, выход которого соединение первым вхо- входом измерителя разности фаз, второй вход которого соединен с генератором, первый вход аналогового суммирующего усилителя соединен с выходом усилителя, а второй вход - с выходом

фазовращателя, вход которого соединен 40 торого соединен с генератором 1. Кроме того, генератор соединен с сигнальным входом регулятора 5 соотношения амплитуд. Выход измерителя 7 раз ности фаз соединен с индикатором 8.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1).

Высокочастотное напряжение, вырабатываемое генератором 1, поступает на вихретоковый преобразователь 2. Выходной сигнал вихретокового преобразователя поступает на вход усилите- ля 3, с выхода которого он поступает на первьй вход аналогового суммирующего усилителя 4, а также на первый управляющий вход регулятора 5 соотно шения амплитуд.

На сигнальный вход регулятора со отношения амплитуд поступает напряжение от генератора. Выходной сигс выходом регулятора соотношения ам- ii лит уд, управляющие входы которого соединены с выходами усилителя и фазовращателя, а сигнальный вход соединен с генератором.д5

Кроме того, регулятор соотношения амплитуд содержит два амплитудных детектора, интегратор и регулирующий элемент, причем выход усилителя соединен с входом первого амплитудного детектора, выход которого соединен с выходом второго амплитудного детектора t вход которого соединен с выходом фазовращателя и выходом регулирующего элемента, один вход которого сое- иинен г выходом генератора, а дру- ой - выходом интегратора,

Такое построение схемы приводит тому, что изменение фазового угла

50

55

вателем (датчиком) 2. Выход датчика соединен с входом усилителя 3,„выход которого соединен с первым входом аналогового суммирующего усилителя 4

и первым управляющим входом регулятора 5 соотношения. Выход последнего соединен с входом фазовращателя б,. выход которого соединен с вторым входом аналогового суммирующего усилите-

яя 4 и вторь управляющим входом регулятора 5 соотношения амплитуд. Выход аналогового суммирующего усилителя 4 соединен с первым входом измерителя 7 разности фаз, второй вход конал регулятора соотношения амплитуд поступает на фазовращатель, от которого сигнал поступает на второй вход аналогового суммирующего усилителя 4 и второй управляющий вход регулятора соотношения амплитуд. Выходной сигнал сумматора поступает на первый, вхЪд измерителя 7 разности фаз, на второй вход которого поступает опорный сигнал от генератора. Выходной сигнал измерителя разности фаз поступает на индикатор 8.

Зависимость фазового угла if сигнала вихретокового преобразователя (разности фаз выходного сигнала вихретокового преобразователя и опорного сигнала, в нашем случае сигнала генератора) от удельной электрической проводимости контролируемого материала (j изображена на фиг. 2, из которой видно, что при изменении удельной электрической проводимости в 5 раз фазовый угол изменяется примерно на 6 , связь фазового угла с удельной электрической проводимостью нелинейная, с увеличением удельной электрической проводимости приращение фазового угла уменьшается.

Рассмотрим, как изменяется фазовый угол сигнала на выходе сумматора сД от фазового угла выходного сигнала вихретокового преобразователя ср .

Согласно фиг. 3 вектор ии, изображает измерительный сигнал, постуающий на вход сумматора 4 (т. усиленный усилителем 3 выходной сигнал вихретокового преобразователя) при нижнем значении удельной электрической проводимости контролируемого материала, иизг - то же, при верхнем значении удельной электрической проодимости, вектор Ътг - опорньй сигнал от генератора, вектор UAon - полнительный сигнал, поступающий на второй вход сумматора после фазовраателя, векторы Up, и Upej2 -результирующие сигналы на выходе суматора .соответственно при нижнем и ерхнем значениях удельной электриеской проводимости. Угол jb является углом, на который сдвинута фаза сигнала после фазовращателя по сравению с фазой сигнала генератора.

При изменении фазового угла Cf на еличину Дер фазовый угол & изменяетя на величину uci .

Заметим, что изменение амплитуды

сигнала U

кз

по каким-либо причинам,

14728456

приводит к пропорциональному изменению амплитуды дополнительного сигна

ла идоп благодаря регулятору 5 соотношения амплитуд. В связи с этим при изменении амтшитуды сигнала фазовые соотношения между сигналами остаются неизменными и не возникает дополнительной ошибки., Функционально эта связь выражается зависимостью

oi, arcctg

U Aon

и„. sincp,

CtgCf, ),

15

5

где oi, ci + (5

q, |b j ft - постоянная ветшчина, задаваемая фазовращателем.

0 Из фиг. 4 видно, что зависимости оЦ от if, нелинейные, причем характер нелинейности ci, f(tp,, ) противоположен характеру нелинейности функции Ср f(6) или cf, f(6), поскольку угол ср отличается от угла (р, на постоянную величину fb . Подбирая величину Ј с помощью регулятора 5 соотношения и область изменения угла q, при.изменениях угла ср с помощью фа0 зовращателя 6 (ибо Ср, ( Ъ ). добав- ляются линеаризации зависимости f (С) в определенном диапазоне изменения параметра G .

Из фиг. 4 видно, что нелинейность

5 зависимости ot, от ср, наиболее четко проявляется в области изменения угла Cf, от 170 до 180° и ЈsOs9. При этом среднее изменение угла о( (следовательно, и ci ) при различных зна0 чениях составляет (64 - 83)°, т.е„ происходит усиление фазы сигнала, что является преимуществом данного уст-1 ройства перед аналогичными устройствами, содержащими в целях линеариза5 ции характеристики,например, нелинейный усилитель после измерителя разности фаз, ибо нелинейное усиление фазового угла наряду с линеаризацией выходной характеристики приводит к

0 увеличению точности измерения за счет уменьшения погрешностей, вносимых в измерителем разности фаз (временной и температурный дрейфы, погрешности; вызванные искажением формы сигнала),

5 Изобретение может быть использог i- но и в других вихретоковых приборах неразрушающего контроля, например толщиномерах, с целью линеаризации выходной характеристики.

Фиг 1

Pat.3

Уоэг

iW