Вихретоковый способ неразрушающего контроля физико-механических параметров Советский патент 1990 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушаю- щему контролю и может использоваться в толщинометрии, дефектоскопии и при измерении других физико-механических параметров материалов и изделий.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет отстройки от влияния изменения частоты колебаний контура вследствие температурной нестабильности индуктивности и емкости контура.

На фиг, устройство, с помощью которого реализуется способ; на фиг.2, 3 - кривые, поясняющие вихретоковый способ неразрушающего контроля физико-механических параметров4

Устройство состоит из источника 1 постоянного напряжения Е, к выходу которого через ключ 2, собранный, например, на транзисторе, подключены i через резистор 3 с сопротивлением R. колебательный контур ударного возбуждения, содержащий вихретоковый преобразователь 4 с индуктивностью и конденсатор 5с емкостью С, и RC контур,содержащий резистор 6 с сопротивлением Rft, резистор 7 с сопротивлением RJ и кон-, денсатор 8 с емкостью Са. Контуры соединены с входами дифференциального усилителя 9, выход которого подключен к входу пикового детектора 10.

На фиг.2 кривая 11 характеризует напряжение затухающих колебаний, кри.

сл

0Э J

вые 12 - их огибающие по максимумам н минимумам, кривая 13 - напряжение разряда RC- или RL-контура.

На фиг.3 кривая 14 характеризует разностное напряжение между напряжением разряда RC- нпп RL-контура и напряжением затухающих колебаний; кривая 15 - его огибающая по минимумам; точка А - минимум разностной кр вой, совпадающей с минимумом огибающей; измеряемое напряжение. Изменение частоты затухающих колебаний в небольших пределах почти не отражается на результатах измерений, так как точка Л при этом перемещается по огибающей относительно ее минимума.

Способ осуществляется следующим образом.

Вихретоковый преобразователь 4 рамещают над поверхностью контролируемого объекта (не показан). В исходном состоянии ключ разомкнут. Ток через преобразователь 4 и напряжение на конденсаторе 5 равны нулю. После замыкания ключа 2 происходит заряд LC и RC-контуров. По окончании заряда через преобразователь 4 течет ток E/R, а конденсатор 5 заряжен до напряжения Е. При размыкании ключа 2 происходит разряд колебательного и RC-контуров: магнитная энергия, накопленная в преобразователе 4, преобразуется в энергию затухающих колебании (Колебательного контура (LC (), а конденсатор 8 (С) разряжается через резисторы 6 (R) и 7 (Rj). Напряжения с контуров поступают на входы дифференциального усилителя 9, с выхода которого разностное напряжение подается на пиковый детектор 10.

Процесс затухания колебаний, описы

вается уравнением

и,

U.e .cos 2, ft,

(1)

и, - мгновенное значение напряжения на контуре; начальное напряжение; - время; - постоянная времени переходно

и,

t

го процесса; f частота колебаний.

Из выражения (1) видно, что огибающие затухающих колебаний являются экспонентами. Экспонентой является также кривая напряжения на RC- или RL-контуре при цх разряде

ua U г. (2)

7967 где

и„ U

мгновенное значение напряжения на контуре; начальное напряжение; - постоянная времени переходного процесса,

Если вычесть напряжение и4 из напряжения U 2 (например, с помощью дифференциального усилителя), то при -г.Ј ц огибающая по минимумам разностного напряжения будет иметь минимум с абсциссой t , определяемой

5

равенством

/v. A

ь, ьг т

t In

о с, - ьг

U-г

ь.

(3)

Яз выражения

варьируя . заданных

/ jj

.- л. )

IJ, -2

(3) следует, что, (при

величинами U., и

и

л,

6,

),

можно совместить

0

5

5

0

0

45

5

0

tQ с минимумом любой полуволны разностного напряжения. Измерял затем минимум разностного напряжения с помощью пикового детектора, осуществляют контроль объекта.

Пример, Пусть затухающие колебания контура при установке на изделие имеют параметры f 10 Гц, С, 5 мкс. Совместив минимум огибающей разностного напряжения с минимумом четвертой полуволны разностного напряжения, т.е. t 4 мкс, приняв /Ј, 0,9, и решив уравнение (3) относительно U2/U1, получим U2/U, 0,98.

Пусть требуется измерить толщину диэлектрического покрытия на нсмаг- литном основании 0,5 мкм. При использовании вихретокового преобразователя си стержневым сердечником такому перемещению ВТП будет соответствовать полезное изменение напряжения колебательного контура приблизительно на 3-Ю . Приняв нестабильность напряжения за счет нестабильности частоты колебаний контура не более 0,3% от его полезного изменения, т.е. не более I0 напряжения и анализируя огибающую разностного напряжения видим, что такому изменению напряжения в точке ее минимума соответствует нестабильность частоты контура в 0,5%, что легко осуществимо.

Использование способа позволяет повысить чувствительность и точность измерений, расширить границы применения вихретокового способа контроля. Формула изобретения

Вихретоковый способ неразрушающего контроля физико-механических параметров электропроводящих объектов,

51

заключающийся в том, что включенный в колебательный контур вихретоковый преобразователь размещают над контролируемым объектом, ударно возбуждают контур и измеряют параметр переходного процесса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, в качестве параметра переходного процесса используют абсолютный минимум разности

679676

между напряжением разряда RC- или RL-контура с постоянной времени, меньшей постоянной времени переходного процесса, и напряжением затухающих

колебаний переходного процесса, а параметры RC- или RL-контура перед измерением абсолютного минимума изменяют до совпадения абсолютного минимума разности и минимума огибающей по минимумам разностного напряжения.

10

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может использоваться в толщинометрии, дефектоскопии и при измерении других физико-механических параметров материалов и изделий. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет отстройки от влияния изменения частоты колебаний контура вследствие температурной нестабильности индуктивности и емкости контура. Это достигается тем, что в вихретоковом способе неразрушающего контроля, заключающемся в том, что включенный в колебательный контур вихретоковый преобразователь размещают над контролируемым объектом, ударно возбуждают контур и измеряют параметр переходного процесса, в качестве которого используют абсолютный минимум разности между напряжением разряда RC- или RL-контура с постоянной времени, меньшей постоянной времени переходного процесса, и напряжением затухающих колебаний переходного процесса, а параметры RC- или RL-контура перед измерением абсолютного минимума изменяют до совпадения абсолютного минимума разности и минимума огибающей разностного напряжения. 3 ил.

Фив. /

Врепя

Фаг. г

/

Фаг.З