Устройство для вихретокового контроля Советский патент 1991 года по МПК G01N27/90 

i

1033947

(21)4707769/28

(22)19.06.89

(46) 30.04.91. Кюл. Р 16

(72) Е.В.Трошков

(53) 620.179.14(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР (Р 1033947, кл. G 01 N 27/90,1983.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ

(57)Изобретение относится к неразрушающему контролю параметров материалов электромагнитными методами. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет линеаризации характеристики преобразователя. Для этого устройство содержит генератор, соединенные с ним трехобмоточный вихретоковый преобразователь, фазовращатель и индикатор, последовательно соединенные первый, второй и третий дифференциальные усилители- ограничители, схему 2 ИЛИ, формирователь импульсов стабильной ампли- и RC-цепь, включенные между выходом вихретокового преобразователя и входом индикатора, и четвертый дифференциальный усилитель-ограничитель, включенный между выходом фазовращателя и вторым входом схемы 2ИЛИ, а также включенные между RC-цепью и индикатором аналого-цифровой преобразователь, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя с регулятором нижнего предела измерений, компаратора, схемы пропускания и счетчика импульсов, последовательно соединенных регистра сдвига, коммутатора, резисторной матрицы, делителя и интегратора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, конденсатора и ключа сброса, подключенных параллельно интегратор генератора счетных импульсов, выполненного с регулятором верхнего предела измерений, второй вход схемы пропускания соединен с выходом генератора счетных импульсов, а второй- выход счетчика импульсов - с входом регистра сдвига. Индикатор выполнен цифровым, а счетчик импульсов - с запоминанием результата измерений. 2 ил.

S (Л

OS 4. СЛ

00 00 00

Изобретение относится к неразрушающемуся контролю параметров материалов электромагнитными методами и является дополнительным к авт.св. № 1033947.

Цель изобретения - повышение точности контроля за счет линеаризации характеристики преобразователя.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов его работы.

Устройство содержит генератор 1 синусоидальных колебаний, выполненный, например, на микросхеме в виде двухтактного I C-генератора .

N)

Олин выход генератора 1 через по- спедовательно соединенные вихрето- ковый преобразователь 2, усилите- пи-ограничители 3-5 подключен к первому входу логического элемента 6, выполняющего функцию элемента 2ИЛИ. Выход элемента 6 через формирователь 7 импульсов стабильной амплитуды подключен к КС-цепи 8. Второй выход генератора 1 через последовательно соединенные фазовращатель 9 и усилитель-ограничитель 10 подключен к второму входу логического элемента 6, между RC-цепью 8 и индикатором 11 включен аналого- цифровой преобразователь 12, выполненный в виде последовательно соединенных усилителя 13 с регулятором 14 нижнего предела измерений, компаратора 15, схемы 16 пропускания и счетчика 17 импульсов, последовательно соединенных регистра 18 сдвига, коммутатора 19, резисторной матрицы 20, делителя 21 и интегратора 22, выход которого соединен с вторым входом компаратора 15, кон- денсатора 23 и ключа 24 сброса, подключенных параллельно интегратору 22 генератора 25 счетных импульсов, выполненного с регулятором 26 верхнего предела измерений, второй вход схемы 16 пропускания соединен с выходом генератора 25 счетных импульсов, а второй выход счетчика 17 импульсов соединен с входом регистра 18 сдвига.

Устройство работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь 2 устанавливают на поверхность контролируемого изделия и включают питание. С генератора 1 напряжение поступает на возбуждающую обмотку вих- ретокового преобразователя 2 и на фазовращатель 9. Выходное напряжение вихретокового преобразователя 2, несущее информацию об удельной электрической проводимости изделия и снимаемое с последовательно включенных измерительной и компенсационной обмоток (не показаны), усиливается и преобразуется в прямоугольную форму в усилителях-ограничителях 3-5 и поступает на первый вход логического элемента 2ИЛИ 6. Напряжение вихретокопого преобразователя 2, прошедшее фазовращатель 9, усиливается и преобразуется в усилителе-ог

; 2 о м

1645Я88d

i раничителе 10 и поступает

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вход логического элемента 6. Фазовращатель 9 обеспечивает устойчивую работу устройства в диапазоне измерения с неизменным знаком фазового угла. Логический элемент 2ИЛИ 6 выделяет на своем выходе импульсный сигнал, постоянная составляющая которого выделяется с помощью формирователя 7 импульсов стабильной амплитуды с КС-цепью 8 на выходе. Конструктивно логический элемент 6 можно совместить с формирователем 7 импульсов, например,путем введения в ЭСЛ - элемент 2ИЛИ генератора стабильного тока, выполненного в виде токового зеркала. При этом конденсатор RC-цепи 8 будет соединен с нагрузочным резистором элемента 6.

Исходное состояние блоков, входящих в АЦП 12, с момента включения питания до процесса преобразования следующее. Счетчик 17 импульсов и регистр 18 сдвига обнулены, ключ сброса 24 замкнут и шунтирует конденсатор 23 интегратора 22, напряжение на выходе интегратора 22 равно опорному (U,jrt) и превышает по величине выходное напряжение усилителя 13. В результате на выходе компаратора 15 поддерживается высокий уровень напряжения и схема 16 пропускания открыта для прохождения импульсов счета с генератора 25 счетных импульсов на счетчик 17 импульсов. Однако поскольку на входы обнуления счетчика 17 импульсов на данном отрезке времени поступает сигнал установки в нулевое состояние, счета импульсов не происходит. Временная задержка между моментом включения устройства и началом счета импульсов необходима для установления переходных процессов в блоках устройства.

АЦП 12 работает в двух циклах предварительной записи и преобразования.

Предварительная запись импульсов в счетчик 17 импульсов начинае тся одновременно со снятием сигнала обнуления, но при условии, что удельная электропроводимость изделия не меньше нижней границы диапазона измерения устройства (устройство предварительно от- калибровано с помощью регуляторов нижнего 14 и верхнего 26 пределов измерения) . Если удельная электропроводность меньше нижней границы диапазона измерения, величина выходного на

пряжения усилителя 13 может я больше неличины выходного напряжния интегратора 22, на выходе компратора 15 НИАНИИ уровень напряжения схема 16 пропускания закрыта и запись импульсов в счетчик 17 импульс

fie производится. В этом случае на

цифровом индикаторе 11 отображаются

нули.

По мере записи импульсов в

счетчик 17 на i-м выходе счетчика

17формируются импульсы, частота которых ниже частоты счетных импульсов в соответствии с коээфи- циентом деления на i-м выходе. Эти импульсы поступают на входы синхронизации регистра 18 сдвига (вход F) вызывая процесс сдвига логической 1 на его выходах. При появлении лгической 1 на К-выходе регистра

18сдвига размыкается ключ 24 сброса интегратора 22 и с этого момента времени начинается цикл преобразования АЦП 12. Номера выходов счетчика 17 импульсов и К-выходов регистра 18 сдвига выбирают так, чтобы к моменту появления логической 1 на выходе К регистра 18 сдвига количество импульсов, записанное в счетчик 17 импульсов, было меньше или равно численному значению нижней границы диапазона измерения устройства.

При размыкании ключа 24 сброса интегратор 22 формирует линейно уменьшающееся напряжение, крутизна которого во всем диапазоне измерения устройства способна изменяться N + 2 раза. Коэффициент деления счетных импульсов (выход i счетчика 17 импульсов), количество разрядов регистра 18 сдвига, номера выходов регистра 18, к которым подключен коммутатор 19, величина сопротивлений, входящих в резисторную матрицу 20, выбираются таким образом, чтобы функция выходного напряжения интегратора 22 являлась возможно более точной моделью характеристики вихретокового преобразователя 2. При этом .условии в устройстве осуществляется линеаризация характеристики преобразования.

Цикл преобразования заканчивается в момент сравнения выходного напряжения интегратора 22 с выходным напряжением усилителя 13. При этом на выходе компаратора 15 уста

86

навливается напряжение низкого уровня, схема 16 пропускания закрывается и поступление счетных импульсов в счетчик 17 прекращается. На индикаторе 11 отображается и запоминается число , записанное в счетчике 17 импульсов, которое соответствует удельной электропроводимости изделия. Сброс показаний

индикатора 11 происходит при выключении питания устройства.

5

Регуляторы нижнего 14 и верхнего 26 пределов измерения в простейшем случае выполнены в виде переменных резисторов. С помощью регулятора 14 производят настройку устройства на нижний предел измерения. В процес0 се настройки вихретокового преобразователя 2 устанавливают на эталонный образец, соответствующий нижнему пределу измерения, включают питание и, регулируя сопротивление

5 R регулятора 14, приводят в соответствие показания индикатора 11 значению проводимости образца. Аналогично производят настройку устройства с помощью регулятора 26 верхо него предела измерения по эталонному образцу, соответствующему верхнему пределу измерения.

Формула изобретения

Устройство для вихретокового контроля по авт.св. № 1033947, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля за счет Q линеаризации характеристики преобразователя, оно снабжено включенным между RC-цепью и индикатором аналого- цифровым преобразователем, выполненным в виде последовательно соединенных с усилителя с регулятором нижнего предела измерений, компаратора, схемы пропускания и счетчика импульсов, последовательно соединенных регистра сдвига, коммутатора, резисторной о матрицы, делителя и интегратора, выход которого соединен с вторым входом компаратора, конденсатора и ключа сброса, подключенных параллельно интегратору, генератора счетных им- пульсов, выполненного с регулятором верхнего предела измерений, второй вход схемы пропускания соединен с выходом генератора счетных импульсов, а второй выход счетчика импульсов

соединен с входом регистра сдвига, индикатор выполнен цифровым, а счет

II И 1.1Ш11 III I I I

II 11 1 111 11 I I

1 i Svtti

чик импульсов выполнен с запоминанием результата измерений.

I№}i

t

с /luHtapuMttufu

L13