Способ определения параметров цилиндрических электропроводящих изделий Советский патент 1991 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий вих- ретоковым методом и может быть использовано для измерения относительной магнитной проницаемости, радиуса и удельной электрической проводимости однородных цилиндрических электропроводящих изделий.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа.

На чертеже представлена структурная схема устройстава для реализации способа.

Устройство содержит проходной преобразователь 1, состоящий из двух последовательно включенных намагничивающих обмоток 2 и 3 и двух встречно включенных

измерительных обмоток 4 и 5, генератор 6, управляемый напряжением, генератор 7 линейно нарастающего напряжения, первый 8 и второй 9 амплитудные детекторы, первый 10 и второй 11 блоки выборки-хранения, первый 12 и второй 13 блоки сравнения, формирователь 14 импульсов, делитель 15, блок 16 задержки импульса, блок 17 управления, преобразователь 18 фазы в напряжение и вычислительный блок 19.

Устройство работает следующим образом.

По команде блока 17 управления в исходное состояние устанавливаются блоки 7-11. Генератор 7 линейно нарастающего напряжения начинает вырабатывать постеО vj Ю СО О

пенно увеличивающееся напряжение, за счет чего частота генератора 6 плавно увеличивается. Ток, протекающий по обмотке.2 проходного преобразователя 1, возбуждает переменное магнитное поле, которое является причиной возникновения в изделии вихревых токов. В измерительной обмотке 4 индуцируется переменное напряжение

U (N) - j (ол/л0 H0W RS - R2 + 2fiR|e1(Sffl

где 0) круговая частота переменного магнитного поля с напряженностью Н0;

- магнитная постоянная;

W - число витков измерительной обмотки 4;

Ри и R - радиусы соответственно измерительной обмотки 4 и изделия;

fi - относительная магнитная проницаемость изделия;

10 и И - модифицированные функции Бесселя первого рода соответственно нулевого и первого порядков от обобщенного параметра N R V-j мц0ца ;

(J - удельная электрическая проводимость.

В измерительной обмотке 5, аналогичной обмотке 4, индуцируется переменное

напряжение U0 j ш W//0 Н0яРй, которое поступает на вход первого амплитудного детектора 8, и опорный вход преобразователя 18 фазы в напряжение и на первый вход блока 12 сравнения.

На выходе делителя 15 формируется относительное вносимое напряжение

6„„ Шги.

Uo

И С /«эФФ(М)- 1),

где Do амплитуда напряжения U0, ij (R/Ри) - коэффициент заполнения;

зфф(Ы) ад .1|e(fy - эффективная

магнитная проницаемость изделия.

При помощи блоков 12 и 14 формируются импульсы при переходе напряжения 00 через нуль, которые запускают блок 10 выборки-хранения, который запоминает величину напряжения на выходе делителя 15, которая численно равна модулю действительной составляющей относительного вносимого напряжения.

Uicr llCMrt) | -cosa I , где y arg j ( ,н/}эфф -1 -фаза относительного вносимого напряжения.

В блоке 11 выборки-хранения с некоторой задержкой запоминается значение UIQ. В следующий период из-за изменения частоты переменного магнитного поля напряжение на выходе блока 10 изменится. Блок

13 сравнивает напряжения на выходах блоков 10 и 11 и, когда напряжение на выходе блока 10 станет меньше напряжения на выходе блока 11, формируется сигнал, останавливающий генератор 7 линейно нарастающего напряжения. Этот сигнал свидетельствует о достижении максимума действительной составляющей относительного вносимого напряжения. На выходе

преобразователя 18 фазы в напряжение в данный момент будет напряжение, пропорциональное фазе относительного вносимого напряжения

/b (///u -1).

где /J (Йо), Л0 - значение обобщенного параметра при условии максимума действительной составляющей относительного вносимого напряжения.

В вычислительном блоке 19 произво

дится вычисление относительной магнитной проницаемости, радиуса и удельной электрической проводимости изделия по формулам

..

(cosor - sina)

а - о . -тт-Швн I

ГфГ.,., ./,+(и

а -1М.

R2

где « -arg /J , r/Jb - круговая частота переменного магнитного поля в момент появления импульса на выходе блока 13. Величины I// I, cos a . sin a KJ0 I 2.1 m // Re // есть константы. Их значения сведены в таблицу.

Напряжение, пропорциональное амплитуде относительного вносимого напряжения I Ови . формируется на выходе второго амплитудного детектора 9. Значение амплитуды относительного вносимого напряжения может быть рассчитано также по зарегистрированным значениям действительной составляющей относительного вносимого напряжения и его фазы.

Использование предлагаемого способа

позволяет контролировать параметры относительной магнитной проницаемости, радиуса и удельной электрической проводимости цилиндрических электропроводящих изделий из материалов с относительной магнитной проницаемостью, изменяющейся в широком диапазоне значений, и увеличить производительность контроля.

Формула изобретения Способ определения параметров цилиндрических электропроводящих изделий, включающий воздействие на изделие однородным переменным осесимметричным магнитным полем, изменение его частоты до момента достижения максимума действительной составляющей относительного вносимого напряжения, регистрацию в этот момент значения действительной составляющей относительного вносимого напряжения и частоты воздействующего магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в момент достижения максимума действительной составляющей относительного вносимого напряжения, измеряют фазу относительного вносимого напряжения, а параметры цилиндрических проводящих изделий определяют из следующих соотношений:

1

ij -.

f 1/Ь| - tg уъ sln«

0

и (м Im /у)2 + fa Re// - 1)2

.

fcJb/Vo R

где i - относительная магнитная проницаемость изделия;

R и RU - радиус изделия и измерительной обмотки;

а - удельная электрическая проводимость изделия;

| Овн|- амплитуда относительного вносимого напряжения;

I Klo I и fi Re// 4-jlm/Y - значения 5 модуля обобщенного параметра и эффективной магнитной проницаемости, соответственно при условии максимума действительной составляющей относительного вносимого напряжения;

а -arg /г ;

уъ - фаза относительного вносимого напряжения;

//о - магнитная постоянная;

r/Jb круговая частота переменного магнитного поля.

0

5

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий вихретоковым методом и может быть использовано для измерения относительной магнитной проницаемости, радиуса и удельной электрической проводимости однородных цилиндрических электропроводящих изделий. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей достигается за счет измерений дополнительного параметра - радиуса исследуемого изделия. Для достижения этой цели на изделия воздействуют однородным переменным осесимметричным магнитным полем, изменяют его частоту до момента достижения максимума действительной составляющей относительного вносимого напряжения, регистрируют в данный момент частоту переменного магнитного поля, модуль и фазу относительного вносимого напряжения, после чего определяют относительную магнитную проницаемость, радиус и удельную электрическую проводимость изделия. 1 ил.