Способ вихретокового контроля и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01N27/90 

-0vf #иг

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля качества точечных сварных соединений. Повышение достоверности контроля достигается путем вычисления фазы вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения по результатам измерения совокупности амплитуд. С помощью генератора 6 низкой частоты изменяют емкость варикапа, входящего в последовательный колебательный контур 2, что приводит к изменению его резонансной частоты. Измерители амплитуды измеряют напряжения U₁ и U₂ в момент достижения ими максимума. По совокупности измеренных величин и известным параметрам последовательного колебательного контура 2 с помощью вычислительного блока определяют амплитуду и фазу вносимого в вихретоковый преобразователь 3 напряжения. 2 ил.

Фиг. 2

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля качества сварных соединений немагнитных материалов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля путем вычисления фазы вносимого напряжения по результатам измерения совокупности амплитуд.

На фиг. 1 и 2 изображено устрой- ство.

Устройство для вихретокового контроля состоит из последовательно соединенных генератора 1 высокой частоты и последовательного колебательного контура 2, образованного вихретоковым преобразователем 3, варикапом 4 и резистором 5, генератора 6 низкой частоты, подключенного к варикапу 4, измерителя 7 амплитуды, подключенного сигнальным входом к общей точке вихретокового преобразователя 3 и варикапа 4, измерителя 8 амплитуды, подключенного сигнальным входом к общей точке варикапа 4 и резистора 5, преобразователей 9 и 10 аналог - код, вычислительного блока 11, подключенного входами через преобразователи 9 и 10 аналог - код к выходам измерителей 7 и 8 амплитуды соответственно, блока 12 логической обработки, подключенного входами к выходам вычислительного блока 11.

Способ вихретокового контроля реализуют следующим образом.

Бихретоковый преобразователь 3, включенный в последовательный колебательный контур образованный соединенными последовательно с ним варикапом 4 и резистором 5, питают от генератора 1 высокой частоты. Приводят вихре- токовый преобразователь 3 в электромагнитное взаимодействие с контролируемым объектом, например устанавли- вают на сварную точку, качество которой подлежит определению. В результате взаимодействия с контролируемым объектом изменяется собственная резонансная частота контура 2. С помощью генератора 6 низкой частоты, подключенного к варикапу 4, модулируют емкость С колебательного контура с частотой, на порядок меньшей частоты питающего колебательный контур 2 гармо- нического напряжения, поступающего с генератора 1. Выбор частоты модуляции связан с необходимостью избежать накачки энергии в контур 2,

Изменение емкости с варикапа 4 приводит к изменению резонансной частоты контура 2. Благодаря этому его выходное напряжение становится амплитудно- модулированным и достигает максимума при резонансе. Измерители 7 и 8 амплитуды обеспечивают измерение максимумов амплитуды поступающих на их вход напряжений U, и Uz. После преобразования в цифровую форму с помощью преобразователей 9 и 10 аналог - код измеренные максимумы подаются на вход вычислительного блока 11.

Вычислительный блок 11 определяет активное и реактивное сопротивления Rgn и X Вп соответственно, вносимые в вихретоковый преобразователь. Алгоритм вычисления основан на следующих соотношениях.

Напряжение Uc на варикапе 4 равно

пУ

Uc j()2 +wFC2Rn

где U - напряжение, питающее контур; tt - круговая частота этого напряжения;

L - индуктивность контура;

+RBT(1 - полное активное сопротивление контура;

R

ft т п

- активное сопротивление вихретокового преобразователя; R - активное сопротивление резистора 5.

Изменяя емкость С, можно добиться резонанса, при котором Uc становится максимальным.

Это имеет место при числителе выражения (1),. равном нулю

УЈ2(1 -иЯЪСК-;ЈЪ). .

2 (1-u2LC)2-Ko2C2R2J3 или -Ul2()-(-w2L)+2Cu). Упрощая, получим -L+u2L2 C+CR2n 0. Следовательно, максимум Uc имеет место при р

(2)

Р R2n+u2L2 При резонансе последовательный контур имеет чисто .активное сопротивление, равное К р. Учитывая это, можн записать, что при резонансе

%-ь

р 1р

где Iр - ток в цепи контура при резонансе.

Так как 1р, то Rp {j;R- (3) Следовательно, по формуле (3) можно определить полное сопротивление

контура при резонансе. Учитывая, что 4o+k 8н , где KL.O активное сопротивление ВТП в воздухе, найдем

( - 1)-RLe. (4)

Подставляя (2) в выражение для1)с, получим

.-«BF.

D

(Ь)

Решая совместно (3) и (5), находим

Учитывая, что uL L0+wLgl), где oiL0 - индуктивное сопротивление ВТП в воздухе, o)LgH вносимое в ВТП сопротивление, получим R

и;

uL Вн (Ut-Uz)2-Uz-wLe .

uLBH lTr1Ui-U -u,Le

или

и

(6)

Зная RBH, найдем tflliflf /RfH .R/U2 Y(Ui-Ui)

R(u/Ui-1)-RL0 Таким образом, измеряя напряжение

CoL вн /R

Таким

U1 и иг на колебательном контуре, можно определить величины R 8н и wL6H /R 6Н по формулам (4) и (6). Модуль Z 6к и аргумент ц вносимого сопротивления окончательно определяются по известным соотношениям

U arctgj l и z llR2BM+(uLBH)2

и пропорциональны амплитуде и фазе вносимого в вихретоковый преобразо- ватель 3 напряжения.

Закон функционирования блока 12 Логической обработки сигналов основан на том, что вносимые амплитуда и фаза вихретокового преобразователя при одном и том же значении зазора определяют точку амплитудно-фазовой характеристики преобразователя при контроле сварного соединения с опре- деленным качеством сварки, например с дефектом типа слипание, заниженный диаметр литого ядра и т.п. Набор точек, полученный для одного и того же сварного соединения с определенным качеством сварки при разных значениях зазора заданного диапазона его изменения, определяет всю амплитудно-фазовую характеристику в названном диапазоне изменения зазора. Так как амплитудно-фазовые характеристики ВТП, снятые при других дефектах сварки, не пересекаются, то они характеризуются разными наборами амплитуд и фаз.

20

25

,«

35

.д ,,

50

55

Следовательно, с помопц.ю логики можно отличить одну характеристику от другой и гем самым определить качество . сварки независимо от изменения зазора в диапазоне, для которого эта характеристика снята. Учитывая это, закон функционирования блока 12 логической обработки сигналов по одному JQ выходу, которому поставлено в соответствие одно значение качества сварки, описывается выражением

,ЛА ,. -V(fnA А„, (7) где Ф, , . . . ,Ф„ ;А ,,. . . ,А „ - цифровые значения фазы и амплитуды при зазорах h, равных соответственно h ,...,hn для одного и того же качества сварного соединения;

v, л - знаки логического сложения (дизъюнкции) и умножения (конъюнкции).

Из выражения (7) очевиден закон функционирования. Действительно, логическое произведение Ф(А А определяют точку амплитудно-фазовой характеристики, поскольку для нахождения точки на амплитудно-фазовой плоскости необходимо наличие двух значений координат - амплитуды и фазы. Для нахождения всей характеристики необходимо наличие всех точек характеристики, что учитывает логическая сумма логических произведений, т.е. выражение (7) .

Формула изобретения

(U/Ua-1)-RLc

S/yiJ/iUiiUjlliyii Li

X... R,

« ЛВ«

де R

,-DRL

RH

ли

R U w активное и реактивное сопротивления, вносимые в вихретоковый преобразователь; индуктивность обмотки вихретокового преобразователя;

сопротивление резистора, включенного в контур;

напряжение , питающее колебательный контур; круговая частота этого напряжения.

Редактор С.Пекарь

Составитель П.Ыкатов

Техред Л.Олийнык Корректор С.Черни

Заказ 2356/43

Тираж 790

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

4781106

разователя аналог - код и блок логической обработки сигналов, подключенный входами к выходам измерителя ам- 5 плитуд и измерительного канала через соответствующие преобразователи аналог - код, отлич ающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено варикаЮ пом и резистором, последовательно соединенными с вихретоковым преобразователем и образующими с ним последовательный колебательный контур, генератором низкой частоты, подключенным

15 к варикапу, цифровым вычислительным блоком, включенным между входами преобразователей аналог - код и входами блока логической обработки сигнала, измерительный канал выполнен в виде

2о второго измерителя амплитуды, подключенного сигнальным входом к общей точке резистора и варикапа, а первый измеритель амплитуды подключен к общей точке вихретокового преобразова25 теля и варикапа.

Фиа.1

Подписное