Вихретоковый дефектоскоп Советский патент 1992 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления подповерхностных дефектов в электропроводящих немагнитных изделиях.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля - достигается путем одновременного подавления влияния вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя и удельной электрической проводимости.

На фиг. 1 и 2 приведены структурные схемы вихретокового дефектоскопа при разных вариантах выполнения блока регулировки: на фиг. 3 - векторная диаграмма приведенных сопротивлений моста, соответствующая режиму отстройки от влияний изменения зазора; -на фиг. 4 - векторная диаграмма напряжений моста, соответствующая режиму отстройки от влияния измерения зазора, на фиг. 5 - векторная диаграмма сопротивлений моста при влиянии изменений электропроводности.

Вихретоковый дефектоскоп содержит генераторы низшей 1 и высшей 2 частот смеситель 3. соединенный первым и вторым входами с генераторами 1 и 2 соответственно, усилитель А мощности, подключенный входом к выходу смесителя 3, измерительный мост, первое измерительное плечо которого образовано вихретоковым преобразователем 5, а второе измерительное плечо - последовательно соединенными переменным резистором 6 и первой катушкой 7 индуктивности, общая точка измерительных плеч является первой входной вершиной моста, первое и второе вспомогательные ггяечи моста образованы второй и

О

со ел VI ю о

третьей катушками 8 и 9 индуктивности соответственно, общая точка вспомогательных плеч моста является второй входной вершиной моста, которая заземляется.

Дефектоскоп содержит также раздели- тельный трансформатор 10, блок 11 регулировки, селектор 12, соединенный входом с выходом разделительного трансформатора 10. первичная обмотка которого подключена к выходной диагонали измерительного моста, усилители 13, 14 напряжения, подключенные входами к соответствующим выходам селектора 12, амплитудные детекторы 15, 16. сумматор 17, соединенный соответствующими входами через амп- литудные детекторы 15. 16 с выходами усилителей 13 и 14 соответственно и индикатор 18, подключенный к выходу сумматора 17. Блок 11 регулировки может быть выполнен в виде фазовращателя, включен- ного между выходом генератора 2 и общей точкой катушек 7. 9 индуктивности (см.фиг.1). В другом варианте (см.фиг.2) блок 11 регулировки выполняется в виде последовательно соединенных переменного ре- зистора 19 и конденсатора 20, включенных между общей точкой вихретокового преобразователя 5 с переменным резистором 6 и общей точкой катушек 7. 9 индуктивности.

Индуктивность катушки 7 индуктивно- сти выбирается на 10-15% больше индуктивности вихретокового преобразователя 5, установленного на контролируемом объекте и питаемого напряжением низшей частоты fv Во втором варианте максимальная вели- чина переменного резистора 6 должна составлять примерно 25% индуктивного сопротивления катушки 7 индуктивности при частоте fi, максимальное значение переменного резистора 19 должно быть при- мерно в 10 раз больше максимального значения переменного резистора 6, а емкостное сопротивление конденсатора 20 при высшей частоте h должно быть примерно в 1,5 раза меньше индуктивного сопротивле- ния катушки 7 индуктивности.

Вихретоковый дефектоскоп работает следующим образом.

Генераторы 1 и 2 вырабатывают напряжения низшей f 1 и высшей f2 частот соответ- ственно. Напряжения подаются на смеситель 3, усиливаются по мощности усилителем 4 и поступают на вход измерительного моста. Резистор 6 регулируется таким образом, что вектор dien при изменении зазора движется по окружности (см.фиг.3), что соответствует отсутствию чувствительности моста по напряжению частотой fi к изменению зазора. При этом на частоте fa точка di смещается к оси приведенных индуктивных сопротивлений в точку dz (так как знаменатель приведенного активного сопротивления резистора 6 увеличивается, а числитель остается постоянным), а точка ci - в точку С2. На фиг. 4 приведена векторная диаграмма напряжений моста частотой f2 для отстройки от влияния зазора на частоте h с помощью блока 11 регулировки. В первом варианте для этого регулируют фазовращатель, подавая часть напряжения от генератора 2 в точку d. во втором варианте потенциал точки d изменяется за счет шунтирования второго измерительного плеча моста цепочкой из переменного резистора 19 и конденсатора 20. Оба технических решения примерно эквивалентны. В результате потенциал точки dj перемещается в точку d21 таким образом, что вектор d2 c2 на комплексной плоскости напряжений моста при изменении зазора движется по окружности. Вследствие этого на частотах f 1 и f2 удается отстроиться от влияния изменений зазора от 0 до 2 мм на выходное напряжение моста. После этого выходное напряжение частот f i и h подается на разделительный трансформатор 10, с которого поступает на вход селектора 12. в котором разделяются напряжения частот fi и f2. С выходов селектора 12 напряжения подаются на усилители 13 и 14, после которых детектируются амплитудными детекторами 15 и 16 и подаются на входы сумматора 17, в котором происходит вычитание напряжений. Регулировкой коэффициентов усилений напряжений, поступающих на входы сумматора 17. добиваются, чтобы напряжение от влияния изменения электропроводности на выходе сумматора отсутствовало, после чего напряжение подается на индикатор 18.

Докажем возможность отстройки от влияния изменений электропроводности. Обозначим сопротивление вихретокового преобразователя 5 на частоте fi-Zi, на частоте fj-Zi1. сопротивление резистора 6 - RZ, индуктивность катушки 7 - . индуктивность катушки 8 - , индуктивность катушки 9 - U.

При этом, если мост выведен из состояния равновесия только изменениями сопро- тивлений Zi и Zi1. вихретокового преобразователя 5, то приведенные выходные напряжения моста на частотах fi и h будут определяться формулами

К 1

AZi

Zn

U вых2

Формула изобретения 1. Вихретоковый дефектоскоп, содержащий генераторы высшей и низшей частот, смеситель, подключенный входами к соответствующим генераторам, усилитель мощности, соединенный входом с выходом смесителя, вихретоковый преобразователь, последовательно соединенные селектор, усилитель напряжения, амплитудный детектор, сумматор и индикатор и включенные между вторым выходом селектора и вторым входом сумматора последовательно соединенные вторые усилитель напряжения и амплитудный детектор, отличающийся тем, что. с целью повышения достоверности контроля, он снабжен переменным резистором, тремя катушкамииндуктивности, образующимисвихретоковымпреобразователем измерительный мост, разделительный трансформатор и блок регулировки, первое и второе измерительные плечи моста образованы вихретоковым преобразователем и последовательно соединенными переменным резистором и первой катушкой индуктивности соответственно.

0

5

0

5

первое и второе вспомогательные плечи моста образованы второй и третьей катушками индуктивности соответственно, общая точка измерительных плеч и общая точка вспомогательных измерительных плеч образуют входные вершины моста, к которым подключен выход усилителя мощности, выход моста подключен к первичной обмотке разделительного трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к входу селектора, а выход блока регулировки подключен к выходной вершине моста, образо- ванной общей точкой его вторых измерительного и вспомогательного плеч.

2. Дефектоскоп поп.1.отличающий- с я тем, что блок регулировки выполнен в виде фазовращателя, подключенного входом к выходу генератора высшей частоты.

3 Дефектоскоп по п. 1,отличающий- с я тем. что блок регулировки выполнен в виде последовательно соединенных переменного резистора и конденсатора и подключен входом к входной вершине моста, соединенной с вихретоковым преобразователем.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля - достигается путем одновременного подавления влияния вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя и удельной электрической проводимости. Регулировкой резистора 6 обеспечивается подавление чувствительности измерительного моста к вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя 5 на низшей частоте fi. генерируемой генератором 1. Подавление влияния вариации зазора на частоте fa выполняется с помощью блока 11 регулировки, выполненного в первом варианте в виде фазовращателя. Регулировкой коэффициентов усиления усилителей 13. 14 добиваются подавления влиянияудельнойэлектрической проводимости на напряжение, регистрируемое индуктором 18. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Фиг 2

где Л Zi и AZi - приращения комплексных сопротивлений Zi и 2.1 вихретокового преобразователя на частотах fi и h. соответствующие векторам dici и d2C2 (см.фиг.3).

J W1 L4

(R2+jonLi)z,t,

R2+JW1L2+Z4, +JW1L4

JftJ2 L4

(R2 + и21-2)гф

R2 +j Wat-2 +2ф

+ L4

где 2ф - выходное сопротивление фазовращателя.

Zn Zi + AZ 1 + j &л L з: z n z i + Az i + jW2 La:

После перемещения точки d2 в точку d21 регулированием фазовращателя 11 на комплексной плоскости напряжений моста, как следует из векторной диаграммы, показанной на фиг. 4. приведенное выход- Li вых2 нов напряжение моста -г-.можно выраU

вх2

зить формулой

U вых2

к Az1U

It

где AZi - приращение комплексного сопротивления Zi на частоте f2, соответствующее вектору d2 C2 на фиг. 3.

Нетрудно показать, что модули приведенных выходных напряжений моста на частотах f 1 и f2 будут определяться формулами

U 8ЫХГ. j IAZ 1;

ТихТГ1 MU7Tj:

lAZ

Z n

При этом, если модули комплексных сопротивлений Zi и Zi вихретокового преобразователя получат дополнительные приращения от влияния электропроводности ± / AZi/ а и / Д Zi / ч. то уравнения (1) и (2) примут вид

/«Й.-. /к| luZ.lilAZ./G |

/и„, Г Гг ЈШ;Т&

/„ I Az,/iMz:/fj ТгдаВД

5

0

5

0

5

0

5

0

Напряжение на выходе сумматора 17 при равенстве коэффициентов усилений напряжений, подаваемых на входы сумматора, будет пропорционально разности модулей этих напряжений, т.е.

/ г AZi/„ it/Az.lCT

e-N + K p7,

M JllfihftlG /K zblfufe1

Принцип отстройки от влияния изменения электропроводности поясняется векторной диаграммой, приведенной на фиг. 5, где и AZ - модули приращений сопротивлений вихретокового преобразователя от приращения обобщенного параметра контроля fi на частотах fi и f2 при уменьшении удельной электропроводности о , соответствующие векторам nici и П2С2 соответственно, -/ Л Zi/ о п - / Д Zi / (Т - приращения модулей сопротивлений AZin AZ/ от влияния уменьшения а на частотах fi и f2 соответствующие векторам пит и т2П2 соответственно. / AZft/a и / AZfi / г; - приращения модулей сопротивлений Zu и Zn от влияния уменьшения на частотах fi и f2 соответствующие векторам hm и 12П2 соответственно.

Треугольники mmici и гп2П2С2 при небольших приращениях значений и A Z можно считать прямоугольными. Из треугольников mmici и гп2П2С2 следует, что если значения / AZ / i / и / будут при изменении (пропорциональными, то будут пропорциональными также значения / AZi/a и/ AZ/ /a .

Из уравнения (3) следует, что / A Zi/ о « /Zn/ ± /AZn/ о и / / а /Zii / ± / AZnV . Следовательно, приращения сопротивлений ±/AZii/d n /AZn /fT в знаменателе второго и четвертого слагаемых формулы (3) можно не учитывать.

При этом можно подобрать коэффициент S усиления напряжения низкочастотного канала таким образом, что напряжение на выходе сумматора не будет зависеть от значений / AZi/ аи/ а . т.е

/42,/, , + kz,l)

n tmz-jo +S K -

u:

ilkz .lG

iv i IMJ/,. I i/az /

Таким образом, при вариации удельной электрической проводимости а регистрируемый сигнал практически не изменяется.

ФигЗ