Датчик для контроля анизотропных сред со сложным рельефом поверхности Советский патент 1991 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к средствам электромагнитного не разрушающего контроля свойств анизотропных объемно- неоднородных сред и материалов, обладающих сложным рельефом поверхности, и может быть использовано для контроля качества естественных и искусственных композиционных материалов,

обладающих анизотропией электропроводности и магнитной проницаемости.

Целью изобретения является увеличение достоверности контроля.

На фиг.1 представлена конструкция датчика в разрезе; на фиг.2 - то же, вид сверху.

Датчик содержит ферритовую шайбу 1, три неподвижных боковых ферри- товых стержня 2, измерительные обмотки 3, центральный ферритовый стержень k, обмотку 5 возбуждения на нем, три боковых подвижных феррито- вых стержня 6, три экранированные измерительные обмотки 7, диэлектрические стержни 8 с экранированными обмотками 9 на них.

Концентратор магнитного поля состоит из ферритовой шайбы 1, перпендикулярно плоскости которой по окружности через 27УЗ радиан расположены три неподвижных ферритовых стержня 2, выполняющих функцию опоры, и смещенных относительно них на f/f радиан три подвижных ферритовых стерж ня 6.

Центральный ферритовый стержень k закреплен на оси шайбы 1 с возможностью, как и у боковых стержней 6, возвратно-поступательного перемещения с помощью пружин до положения, ограничиваемого ограничителями (не показаны). Магнитный поток центрального стержня k замыкается через боковые стержни 2,6. Экраны на обмотках

7подвижных и обмотках 3 неподвижных стержней ослабляют взаимодействие между ними, поэтому индуктивность датчика практически не меняется-при перемещении стержней. Изменение магнитного сопротивления магнитопровода

от перемещения ферритовых стержней компенсируется соответствующим изменением зазора между ферритовой шайбой и стержнями переменного сечения. Немагнитные стержни 8 имеют возможность возвратно-поступательного перемещения, обмотки 9 на них имеют экраны полуброневого типа, открытые со стороны контролируемого образца. Обмотки подключены к стороннему источнику тока (не показан).

/Индуктивный датчик работает следующим образом.

Если к торцам датчика приложить анизотропную объемно-неоднородную среду со сложным рельефом поверхности, то три опорных стержня 2 обеспечат устойчивое, без перекосов положение датчика, при этом в зависимости от рельефа подвижные стержни ,6

8переместятся в ту, либо другую сторону, однако все 13 рабочих торцов стержней будут контактировать с. поверхностью среды. При этом изменение

магнитного сопротивления магнитопровода вследствие изменения длины Ферритовых стержней при их перемеще- , нии компенсируется за счет соответствующего изменения зазоров между ферритовой шайбой и стержнями переменного сечения. Так, например, вследствие впадины рельефа происходит уд10 линение ферритового стержня, одновременно в отверстие шайбы 1 входит все большая доля утолщенной части стержня, при этом зазор Между шайбой и стержнем уменьшается и ре.зультиру15 ющее магнитное сопротивление R остается неизменным. При вталкивании стержня выпуклостью рельефа в отверстие шайбы входит утонченная часть стержня и увеличивающийся зазор комQ пенсирует уменьшение укорочения стержня.

Если в начальном положении один боковой ферритовый стержень своим рабочим торцом лежит на оси X, а

25 ДРУГОЙ - на оси Y (см.фиг.2), то при повороте датчика вокруг своей оси его индуктивность будет изменяться, причем это изменение достигает максимального значения при угле поворота

,0 1Г/12. Дальнейший поворот датчика в том же направлении вызывает обратное изменение индуктивности, сигнал полностью восстанавливается при Ц 1Г /6 радиан, так как в этом положении с осями анизотропии совпадают соседние ферритовые стержни.

Количество подвижных боковых фер- рктовых стержней (,2,,..,) практически определяется размерами зоны контроля. Зона контроля возрастает при увеличении радиуса датчика. При этом увеличиваются метрические расстояния между боковыми ферритовыми стержнями, что приводит к росту относительной погрешности (ч) . Для .компенсации этого и обеспечения повторяемости результатов при повороте необходимо ввести дополнительные боковые ферритовые стержни так, чтобы произведение числа подвижных стержней на угловое расстояние между ними составило число 1tY6.

Анизотропные композиционные материалы и среды вследствие своих текстурных особенностей чаще других име- 55 ют внутренние неоднородности. В естественных композитах, например железной руде, это - различные объемные включения - от чистого магнетика до пус35

10

45

50

51

той породы. В искусственных волокнистых композитах, например углегра- фитовых, это - наиболее часто встречающиеся дефекты - расслоения, наличие которых может привести к разрушению всей конструкции. Поэтому возможность регулирования глубинности контроля является важнейшим требованием при разработке современных средств контроля таких сред и материалов. В то же время датчики должны быть нечувствительны к анизотропии свойств, так как специальная их установка на образец в соответствую- щем положении по отношению к осям анизотропии чаще всего невозможна из за наличия оптически непрозрачных покрытий (например, краски) на изделиях из композитов или загрязненное- ти поверхности образцов руд в естественных условиях.

Вследствие того, что индукция магнитного поля в ферритовых стержня значительно выше, чем в диэлектричес них, для которых магнитная проницаемость равна единице, магнитный поток центрального стержня замыкается, проходя в среде, через боковые фер- ритовые стержни. Экранирование обмоток 9, расположенных на диэлектрических стержнях, полуброневым экраном, открытым только со стороны образца, дополнительно ослабляет связь этих обмоток 9 с обмотками ,7, расположенными на ферритовых стержнях. Управляющие обмотки 9 запитыва- ются от отдельного источника тока. В зависимости от направления тока в

обмотке ее магнитное поле либо при

тягивает магнитные силовые линии к поверхности образца, либо препятствует распространению магнитного потока в объеме среды, прилегающей к управляющей обмотке, заставляя силовые ли- ним замыкаться в глубине.

Каждый диэлектрический стержень с обмоткой расположен между соответствующим боковым и центральным стерж2

Q 0

5 0

5

0

U96

нем в месте максимальной ости магнитного потока. При этом количегтт во диэлектрических стержней и угловое расстояние между HMMI кт .-е же, как и для боковой ферритое.ы стержней (фиг.2).

Формула изобретения

Датчик для контроля анизотропных сред со сложным рельефом поверхности, содержащий концентратор поля в виде ферритовой шайбы, расположенные пер- Нендикулярно ее плоскости диэлектрические и ферритовые стержни с обмотками, часть из которых выполнена с возможностью возвратно-поступательного движения, элементы компенсации изменения индуктивности датчика при перемещении подвижных стержней, причем центральный ферритовый стержень с обмоткой возбуждения выполнен подвижным, а три неподвижных ферритовых стержня с идентичными измерительными обмотками на концах расположены по окружности через радиан, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения достоверности контроля, около каждого неподвижного стержня по одну сторону введены подвижные ферритовые стержни с измерительными обмотками, количество которых составляет степень чигпа два, расположенные друг от друга и от неподвижного стержня по дуге окружности на равных угловых расстояниях, при этом произведение числа подвижных стержней на угловое расстояние между ними составляет (Г/6, между внешними и центральным стержнями по окружности расположены подвижные диэлектрические стержни, совпадающие по количеству и угловым расстояниям с внешними ферритовыми стержнями, а обмотки, размещенные на этих стержнях, заключены в экраны полу- броневого типа, открытые со стороАы контролируемого образца.

1688209 А -Л

Изобретение относится к средствам электромагнитного нераэруи.г.юще- го контроля свойств анизотропных объемно-неоднородных сред и материалов, обладающих сложным рельефом поверхности, и может быть использовано для контроля качества естественных и искусственных композиционных материалов. Цель изобретения - увеличение достоверности контроля - достигается тем, что около каждого неподвижного стержня по одну сторону введены подвижные ферритовые стержни 2 с измерительными обмотками 3, количество которых составляет степень числа два, расположенные друг от друга ч от неподвижного стержня по дуге окружности на равных угловых расстояниях, при этом произведение числа подвижных стержней на угловое расстояние между ними составляет If/ft, мея-ду внешними и центральным стержнями ;ю окру) for т и расположены подвижные диэлектрические стержни, совпадающие пс количеству и угловым расстояния с ,товыми сгеркнпыч, ci оСмотки, размещенные на этил стержнях заключены в экраны полуброногзого типа, открытые со стороны контролируемого образца. Устройство содержит ферритовую шайбу 1, три неподвижных боковых ферритовых стержня 2, измерительные обмотки 3, центральный ферритовый стержень k, обмотку 5 возбуждения на нем, три боковых подвижных ферритовых стержня 6, три экранированные измерительные обмотки 7, диэлектрические стержни 8 с экранированными обмотками 9 на них, 2 ил. (Л а оо оо ю о со

У ; /