Устройство для измерения глубины поверхностных трещин в проводящих материалах Советский патент 1990 года по МПК G01N27/20 

Изобретение относится к средствам электрического неразрушающего контроля проводящих материалов и изделий и может быть использовано для контроля глубины поверхностных трещин в уг- леграфитовых и углепластиковых композитных материалах,

Целью изобретения является повышение чувствительности и достоверности измерений.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для измерения глубины поверхностных трещин; на фиг.-2 - горизонтальная проекция конструкции

устройства; на фиг о 3 - конструкция, вид сверху.

Устройство фиг, 1 содержит генератор стабильного тока, кондукто- метрический первичный преобразователь в виде общего основания 2 с электродами 3-6, независимый эпектрод 7, измеритель 8 и регистратор Ч. Измеритель 8 включает дифференциальный усилите-j ли 10 и 11, фильтр высокой частоты () 12, фазовый детектор 13,

Токовые электроды 3 и 7 соединены с выходом генератора 1. Измерительные электроды 5 и 6 подсоединены сл

оэ to

00

со

ственно к первому и второму входам измерителя 8, первый вход которого подключен к дополнительному выходу генератора 1. Выход измерителя соединен с регистратором 9, Электрод 7 выполнен конструктивно независимым и может крепиться к любой точке контролируемой поверхности. Электроды 3-6 укреплены на общем основании 2 (фиг. 2) причем электроды 3 - токовый и 5, 6 измерительные образуют градиентный зонд с ба)ой r.j (фиг.З). Дополнительный измерительный электрод 4 расположен на линии 0 -0 , перпендикулярной оси градиентного зонда 0-0 и проходящей через первый токовый электрод 3, причем расстояние до него г/ больше, чем база градиентного зонда г.,. Дополнительный измерительный электрод 4 подсоединен к четвертому входу измерителя 8. Причем первые два входа измерителя являются входами дифАе- ренциального усилителя 10, выход кото1 рого подсоединен к первому входу дифференциального усилителя 11, второй вход которого ри-тяется четвертым входом измерителя 8, Выход дифференциального усилителя 11 через последовательно соединенные ФЗЧ 12 и фазовый детектор 13 соединен с выходом измерителя 8. Вход опорного сигнала фазового детектора 13 является третьим входом измерителя 8.

В устройстве имеет комбинация градиентного и потенциального зондов, ориентированных взаимоперпендикулярно относительно общего токового электрода. При таком расположении электродов и направлении сканирования поверхностная трещина прежде всего попадает в зону контроля градиентного зонда, в то время как потенциальный зонд отслеживает фоновый уровень на бездефектной поверхности, определяемый величиной электрической проводимости материала Тем самым образована компактная система из двух зондов, которая имеет малую площадь контроля и зонд потенциального типа контактирует с поверхностью объекта непосредственно вблизи от зонда градиентного типа.

Зонд потенциального типа малочувствителен к трещинам, перпендикулярным оси зонда градиентного типа, но позволяет замерить потенциал на участке, непосредственно примыкающем к контролируемому участку.

1

1

0

5

0

5

О

5

0

5

0

5

Оптимальные соотношения между г. и г .Ј, отвечающие требованию .максимальной чувствительности, определены экспериментально r1 (0,45-0,6)rz. , . Устройство работает следующим образом.

Независимый токовый электрод 7 крепится к контролируемой поверхности в любой ее точке по направлению сканирования, но далеко от ос- . тальных электродов системы (расстояние зависит от размеров изделий и может достигать I м). Его роль заключается в замыкании линий тока, идущего от генератора стабильного тока, и с целью снижения уровня помех он заземляется, т.е. выравнивается потенциал корпуса прибора и контролируемой поверхности изделия. Частоту генератора устанавливают такой, чтобы глубина проникновения поля в материал была минимальна. Поверхностные токи в зоне дефекта следуют по его профилю. В металлах профиль трещины имеет низкую шероховатость,и путь тока увеличивается на величину, которую с достаточной для практики точностью можно считать эквивалентной удвоенной глубине трещины, В угле- пластиковых и углеграфитовых композитах шероховатость профиля трещин значительно больше, чем в металлах, поэтому путь, проходимый поверхностными токами по профилю таких трещин, значительно отличается от удвоенной глубины трещин. Если частоту колебаний установить такой, что глубина проникновения поля в материалах равна или превышает глубину трещин (диапазон измерения кс торых задается), то материал в зоне контроля можно представить в виде последовательно расположенных слоев (материал-дефект-материал) с различным удельным сопротивлением: р,, - рг, - р, , где р1 , удельное сопротивление материала и дефекта; соответственно, причем р « р и р - const. В этом случае выражение для функции передачи градиентного зонда при пересечении им трещины глубины h имеет вид КР,+Р4)0

21Г U)

напряжение на первом-втором входах измерителя 8; величины тока генератора 1; база градиентного зонда (см.фиг.З);

U, где U, 51

1 - расстояние между электродами 5 и 6,

Для зонда потенциального типа, в зоне контроля которого дефект не попадает, функция передачи имеет вид:

U,

UJL.

(2)

где U j - напряжение на четвертом

входе измерителя 8; г - межэлектродное расстояние (см.фиг.3).

Учитывая локальность электрозон- дового контроля, считаем, что в контролируемом участке поверхности нет анизотропии электропроводности, поэтому в отсутствие дефектов, параметр для обоих зондов равен р . Если 1 0,5г., и г 7 0,5г, то результирующий сигнал на выходе дополнительно введенного в устройство дифференциального усилителя имеет вид

rVi-Pi -k + rrfTt (3)

Первичный преобразователь 2 перемещают по контролируемой поверхности, осуществляя ее сканирование. Регистратором 9 фиксируем сигнал U,- U 2, пропорциональный глубине поверхностных трещин в материале.

362896

Формула изобретения

Устройство для измерения глубины поверхностных трешин в проводящих

5 материалах, содержащее генератор стабильного тока, четырехэлектрод- ный кондуктометрический первичный преобразователь, измеритель и регистратор, причем выход генератора соеди10 нен с токовыми электродами, а измерительные электроды подключены к первому и второму входам измерителя, выход которого соединен с регистратором, причем третий вход измерителя

5 подсоединен к выходу генератора, отличающее ся тем, что, с целью повышения чувствительности и достоверности измерений, измеритель снабжен дополнительным, четвертым входом, электроды первичного преобразователя закреплены на общем основании и сгруппированы в градиентный зонд, в котором один токовый и два измерительных электрода установлены на одной оси, и введен дополнительный измерительный электрод, расположенный на перпендикулярной к оси градиентного зонда линии, проходящей через первый токовый электрод и удаленный от него на расстояние, большее, чем база градиентного зонда, причем дополнительный измерительный электрод подсоединен к четвертому входу измерителя, а второй токовый

5 электрод выполнен конструктивно независимым.

20

5

0

Изобретение относится к кондуктометрическим устройствам для измерения глубины поверхностных трещин в проводящих материалах и может быть использовано для контроля углеграфитных и углепластиковых композитных материалов. Целью изобретения является повышение чувствительности и достоверности измерений. Электродная система состоит из пяти электродов, четыре из которых размещены на общем подвижном основании и сгруппированы в виде градиентного зонда (один токовый и два измерительных электрода) с одним дополнительным измерительным электродом, расположенным на перпендикулярной к оси градиентного зонда линии, проходящей через первый токовый электрод. Удаление дополнительного электрода от первого токового электрода больше, чем база градиентного зонда. Второй токовый электрод выполнен конструктивно независимым и закрепляется на исследуемом изделии. 3 ил.