Вихретоковое измерительное устройство Советский патент 1990 года по МПК G01N27/90 

1

(21)4422589/25-28

(22)06.05.88

(46) 23.04.90. Бюл. № 15

(71)Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева

(72)К.Е.Конюхов, А.Р.Шишкин и В.Н.Буров

(53)620,179.14(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1161863, кл. G 01 К 27/90, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1467402, кл0 G 01 Н 11/00, 29.02.88.

(54)ВИХРЕТОКОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

(57)Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерений расстояний до поверхности электропроводящих неферромагнитных объектов и их виброперемещений. Повышение точности измерения достигается путем подавления влияния вариации температуры и удельной электрической проводимости за счет получения и обработки дополнительной измерительной информации. Дополнительная информация поступает с выходов второго и третьего измерительных каналов, подключенных к дополнительным измерительным катушкам 3 и 4 вихретокового преобразователя 1. Каждое из выходных напряжений аппроксимируется экспоненциальной зависимо- стью с коэффициентами, подлежащими определению и включающими измеряемое расстояние от торца вихретокового преобразователя 1 до поверхности изделия 30. Требуемые операции выполняются блоками 10, 19, 21, 26 вычитания,.блоками 11, 13, 20, 27, 28 деления, функциональными преобразователями 12, 29 и масштабным преобразователем 14. Показания регистратора 15 практически не зависят от вариации температуры и удельной электрической проводимости изделия 30. 2 ил о

Q «

(Л

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерений расстояний до поверхности электропроводящих неферромагнитных объектов и их виброперемещений. Повышение точности измерения достигается путем подавления влияния вариации температуры и удельной электрической проводимости за счет получения и обработки дополнительной измерительной информации. Дополнительная информация поступает с выходов второго и третьего измерительных каналов, подключенных к дополнительным измерительным катушкам 3 и 4 вихретокового преобразователя 1. Каждое из выходных напряжений аппроксимируется экспоненциальной зависимостью с коэффициентами, подлежащими определению и включающими измеряемое расстояние от торца вихретокового преобразователя 1 до поверхности изделия 30. Требуемые операции выполняются блоками 10,19,21,26 вычитания, блоками 11,13,20,27,28 деления, функциональными преобразователями 12,29 и масштабным преобразователем 14. Показания регистратора 15 практически не зависят от вариации температуры и удельной электрической проводимости изделия 30. 2 ил.

SSSS/SSS/S/SSSS

2Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения расстояний до поверхности электропроводящих неферромагнитных объектов и их виброперемещений.

Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается путём подавления влияния вариации темпера- туры и удельной электрической проводимости за счет получения и обработки дополнительной информации.

На фиг,. 1 представлена структурная схема вихретокового измеритель- ного устройстваj на фиг,2 - графики, поясняющие его работу.

Устройство содержит вихретоковый преобразователь 3, состоящий из основной измерительной катушки 2, двух дополнительных измерительных катушек 3 и 4, расположенных по обе стороны от основной .измерительной катушки 2 на расстоянии Д. от нее, и возбуждающей катушки 5 генератор 6, подклю-. ченный к катушке 5, последовательно соединенные первый линейный усилитель 7, подключенный к катушке 2, первый детектор 8, первый фильтр 9 нижних частот, четвертый блок 10 вычитания, третий блок 11 деления, первый функциональный преобразователь 12, четвертый блок 13 деления, масштабный преобразователь 14 и регистратор 15, последовательно соединенные второй- линейный усилитель 16, подключенный к измерительной катушке 4, второй детектор 17, второй фильтр 18 нижних частот, первый блок 19 вычитания, первый блок 20 деления, второй блок

21вычитания и интегратор 22, последовательно соединенные третий линейный усилитель 23, подключенный к измрительной катушке 3, третий детектор 24, третий фильтр 25 нижних час- тот, третий блок 26 вычитания и второй блок 27 деления, выход которого подключен к второму входу блока 21 вычитания, последовательно соединенные пятый блок 28 деления, первый и второй входы которого подключены к выходам первого блока 19 вычитания и третьего блока 26 вычитания соответсвенно, и второй функциональный преобразователь 29. выход которого подключен к второму входу четвертого блока

13 деления, причем выход интегратора

22соединен с вторыми входами первог блока 19 вычитания, третьего блока

26 вычитания, четвертого блока 10 вычитания и третьего блока 11 деления, а выход четвертого блока 10 вычитания также соединен с вторыми входами первого блока 20 деления и второго блока 27 деления. На фиг. также показано контролируемое изделие 30.

Линейный усилитель 7, детектор 8 и фильтр 9 нижних частот, линейный усилитель 16, детектор 17 и фильтр 18 нижних частот, а также линейный усилитель .23, детектор 24 и фильтр 25 нижних частот образуют первый, второй и третий измерительный каналы соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь 1 за- питывают с помощью генератора 6 током с частотой 60. В данном устройстве в качестве информативных сигналов используются снимаемые с измерительных катушек 3-5 амплитуды выходных напря жений} зависящие от магнитного поля вихревых токов, наведенных катушкой 5 в изделии 30. Анализ известных за- висимостей позволил аппроксимиро- вать зависимости амплитуды выходного напряжения Vebix от величины расстояния X выражением вида Vebix aa(J-ea|X), справедливость которого подтверждают зависимости, изображенные на фиг.2, где а„, а, - коэффициенты, a V0 - амплитуда выходного напряжения вихревого преобразователя 1 при отсутствии контролируемого изделия 30.

Выходные напряжения с измерительных катушек 2-4 соответственно независимо усиливаются линейными усилителями 7, 16 и 23 и выпрямляются детекторами 8, 17 и 24, С помощью фильтров 9, 18 и 25 нижних частот выделяются постоянные составляющие V( V и V, усиленных и выпрямленных сигналов с катушек 2-4 соответственно. Частоты среза СО™ фильтров 9, 18 и 25 должны удовлетворять условию СОе Сдср«ЈСО , где С0$- максимально возможная частота вибрации контролируемого изделия 30. Таким образом, на выходе фильтров 9, 18 и 25 формируются сигналы V0 VЈ и Vj соответственно, которые равны

V, К(1-е-а Х): V.2 - K( ); V, - )

(О

де

51559278

величина расстояния между катушкой 2 и изделием 30;

к

с 1 ч н в Р

Х„

Ч.

К пьа0,

где m - коэффициент передачи последовательно соединенного линейного усилителя, детектора и фильтра;

амплитуда виброперемещения; установочный зазор между катушкой 2 и изделием 30. На вторые входы блоков 10, 19 и 26 вычитания с выхода интегратора 22 поступает некоторый сигнал VWHT, поэтому на выходах блоков 10, 19 и 26 появятся сигналы V, -УИнт , к соответственно. Поэтому на вторых входах блоков 20 и 27 деления появится сигнал V, , а на выходе блоков 20 и 27 деления - сигналы

Р -УлтХм

р Х ЛХй«3 4 V5-VMKT

соответствен1 V.-V

но. Сигналы Р и Р2 поступают через второй блок 21 вычитания на вход интегратора 22. Сигнал VMHT на выходе интегратора 22 изменяется до тех пор, пока на его входе не будет нулевой сигнал. Следовательно, в установившемся режим е соблюдается равенство Р.,, которое соблюдается, если

V,- HT - Vz-VM1)T)(V3-V

Обозначив A K-VMHT выражение (2), получим

иит)0. (2) и упростив

(А-К

-СМо -u-di

е )-(е

)

Числа К, е

-а,х0

да, -ь-а

г +е -2

заведомо не равны нулю, поэтому в установившемся режиме , т.е. VhHT К, а на выходе блоков 10, 19 и 26 сформируются сигналы V, , V2

и V

v

соответственно, - К.е-а х ; -К.е-аЛх :

которые рав

(3)

-К-е

с,(х-М

На выходе блоков 11 и 28 деления при этом возникают сигналы и е соответственно. Эти сигналы поступают на входы функциональных логарифмических преобразователей 12 и 29, с выходов которых сигналы а,Х и , поступают на соответствующие входы блока 13 деления. С выхода блока 13 деления сигнал

X

Тд-

2

ступает на масштабный преобразователь 14 с коэффициентом преобразования, численно равным величине 2 Д . Выходной сигнал X масштабного преобразователя 14 поступает на регистратор 15. Результат измерения не зависит от стаg бильности коэффициентов ав и а, , поэтому устройство не требует калибровки и пригодно для контроля изделий, у которых в процессе контроля значительно изменяется температура, приво5 дящая к нестабильности а0 и а,,

Устройство можно использовать для контроля толщины диэлектрического покрытия hg на проводящих изделиях, при этом следует учесть, что при ус0 тановке вихретокового преобразователя i на изделие 30 регистратор 15 показывает величину hg+H, где Н расстояние между катушкой 2 и плоскостью установочного торца вихретокового

5 преобразователя 1.

Формула изобретения

0

5

0

0

5

Виуретоковое измерительное устройство, содержащее генератор, вихрето- ковый преобразователь, состоящий из возбуждающей катушки, основной измерительной катушки, размещенной в одной плоскости с возбуждающей, и двух дополнительных измерительных катушек, расположенных по обе стороны от основной измерительной катушки на одинаковом расстоянии от нее, три измерительных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных линейного усилителя, детектора и фильтра нижних частот, последовательно соединенные первый блок вычитания, подключенный к выходу второго изме- 5 рительного канала, первый блок деления и второй блок вычитания, третий блок вычитания, подключенный к выходу третьего измерительного канала, второй блок деления, включенный между выходом третьего блока вычитания и вторым входом второго блока вычитания, интегратор и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно соединенными четвертым блоком вычитания, третьим блоком деления, первым функциональным преобразователем, четвертым блоком деления и масштабным преобразователен, подключенным выходом к регистратору, последовательно соединенными пятым блоком деления и вторым функциональным преобразователем, подключенным выходом к второму входу четвертого блока деления, возбуждающая катушка вихретокового преобразователя подключена к выходу генератора, основная измерительная катушка и две дополнительные измерительные катушки вихретокового преобразователя подключены к входам первого, второго и третьего измерительных ка-ол

-м

0,2 0,4 0,5 Фие.2

налов соответственно, вторые входы третьего блока деления, первого, третьего и четвертого блоков вычитания объединены и через интегратор подключены к выходу второго блока вычитания, второй вход первого блока деления подключен к выходу четвертого блока вычитания, соединенного с вторым входом второго блока деления, а пятый блок деления подключен первым и вторым входами с выходами первого и третьего блоков вычитания соответственно.

№100