Устройство для ультразвукового контроля металлов Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля металлов с помощью электромагнитно-акустических преобразователей и может найти применение для измерения толщины и выявления дефектов в листах, трубах и других изделиях.

Известны устройства бесконтактного ультразвукового испытания материалов, использующие явление электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования для возбуждения и приема ультразвука, в которых подмагничивающее поле создается импульсным электромагнитом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее электрически связанные между собой высокочастотный генератор и схему его запуска, последовательно соединенные приемник эхо-сигнала и индикатор, второй вход которого соединен с выходом схемы запуска высокочастотного генератора, триггер Шмитта, генератор импульсов тока, выполненный в виде электрически соединенных в одной точке вентиля, конденсатора, тиристора, подключенного управляющим электродом к выходу триггера Шмитта, ЭМА преобразователь, содержащий электромагнит и измерительную катушку, которая присоединена к высокочастотному генератору и приемнику, а электромагнит подключен к выходу генератора импульсов тока, ограничитель напряжения и двухполупериодный выпрямитель, выход которого подключен к входу генератора импульсов тока и к входу ограничителя, а выход последнего присоединен к входу триггера Шмитта.

Недостатком этого устройство является высокое энергопотребление схемы возбуждения импульсной обмотки электромагнита, связанное с тем, что энергия магнитного поля, создаваемого в каждом импульсе, после окончания действия импульса полностью преобразуется в тепловую энергию, и это не позволяет достигнуть при малых габаритах устройства высокой достоверности контроля за счет увеличения магнитной индукции подмагничивающего поля, создаваемого электромагнитом в импульсе.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет увеличения амплитуды импульса подмагничивающего поля и снижения потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов тока, состоящий из накопительного конденсатора и

схемы коммутации разрядного тока, схему запуска, генератор зондирующих импульсов и электромагнитно-акустический преобразователь, состоя.щий из электромагнита с

импульсной обмоткой, подключенной к генератору импульсов тока, и высокочастотного приемно-излучающего индуктора, и последовательно соединенные приемник эхо-сигнала, подключенный к выходу высо0 кочастотного приемно-излучающего индуктора и блока обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы запуска, снабжено последовательно соединенными нуль-компаратором и формирова5 телем управляющих импульсов, двунаправленным электронным ключом, вход которого объединен с входом нуль-компаратора и предназначен для подключения к источнику питания, выход подключен к

0 накопительному конденсатору, а вход управления соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из

5 четырех тиристоров, диагональ переменного тока которого подключена к накопительному конденсатору, а диагональ постоянного тока является выходом генератора импульсов тока.

0 На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры импульсов напряжения и тока, вырабатываемых в процессе работы устройства.

5 Устройство для ультразвукового контроля металлов состоит из генератора 1 зондирующих импульсов и схемы 2 его запуска, приемника 3 эхо-сигнала и блока 4 обработки сигнала, генератора 5 импульсов тока,

0 содержащего накопительный конденсатор 6 и четыре тиристора 7-10, нуль-компаратора

11,двунаправленного электронного ключа

12,формирователя 13 управляющих импульсов, ЭМА преобразователя 14, содер5 жащего электромагнит 15 импульсной обмотки 16 и высокочастотный приемно-из- лучающий индуктор 17.

Вход генератора 1 зондирующих импульсов подключен к выходу схемы 2 его

0 запуска, Приемник 3 эхо-сигнала соединен последовательно с блоком 4 обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсов.

5Вход нуль-компаратора 11 соединен с

первой шиной подключения источника переменного тока, нуль-компаратор 11 последовательно соединен с формирователем 13 управляющих импульсов. Выводы импульсной обмотки 16 электромагнита 15соединены с синхронизирующими входами схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсов. Высокочастотный приемно-излучаю- щий индуктор 17 соединен с выходом генератора 1 зондирующих импульсов и с входом приемника 3 эхо-сигнала. Двунаправленный электронный ключ 12 включен между первой шиной подключения источника переменного тока и первым выводом накопительного конденсатора 6, второй вывод которого присоединен к второй шине подключения источника переменного тока. Четыре тиристора 7-10 образуют четырехплечий мост, диагональ переменного тока которого подключена к выводам на- копительного конденсатора, в диагональ постоянного тока включена импульсная обмотка 16 электромагнита, управляющие электроды тиристоров 7-10 присоединены соответственно к первым четырем выводам формирователя 15 управляющих импульсов (не показано), а пятый выход формирователя 13 управляющих импульсов подключен к управляющему входу двунаправленного электронного ключа 12 (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение 18 с шины подключения источника переменного тока поступает на вход нуль-компаратора 11 и через него на вход формирователя 13 управляющих импульсов. Импульсы напряжения 19 на выходе нуль-компаратора соответствуют положительным полупериодам входного переменного напряжения. Фронт и спад этих импульсов используются вформи- рователе 13 управляющих импульсов как начальные моменты времени циклов формирования управляющих импульсов.

Формирователь 13 управляющих им- пульсов вырабатывает на пятом выходе в первой половине каждого полупериода управляющий импульс 20, поступающий на управляющий вход двунаправленного электронного ключа 12. Двунаправленный элек- тронный ключ 12 (семистор) открывается после того, как возрастающее (по величине) входное напряжение 18 станет больше напряжения на накопительном конденсаторе 6 (соответствующие участки полупериодов показаны штриховкой на эпюре 18), и закрывается в тот момент времени, когда начинается спад входного напряжения (по абсолютной величине). В цикле, соответствующем положительному полупериоду входного напряжения, на первом и втором выходе формирователя 13 управляющих импульсов формируется импульс 21, отпирающий тиристоры 7 и 9. Накопительный конденсатор 6 разряжается через импульсную обмотку 16 электромагнита 15 и перезаряжается с изменением полярности напряжения на обкладках. При этом энергия магнитного поля возвращается в конденсатор. После исчезновения тока в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 тиристоры 7 и 9 закрываются и начинается цикл, соответствующий отрицательному полупериоду входного напряжения. После подзаряда накопительного конденсатора 6 через двунаправленный электронный ключ 12 на 3-м и 4-м выходах формирователя 13 управляющих импульсов вырабатывается импульс 22, отпирающий тиристоры 8 и 10. Накопительный конденсатор 6 разряжается через импульсную обмотку 16 электромагнита 15 и перезаряжается с изменением полярности напряжения на обкладках.

Направление разрядного тока 23 в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 не изменяется в процессе работы устройства. Ток 23, протекая по импульсной обмотке 16 электромагнита 15, создает импульс магнитного поля. В синхронизирующую цепь схемы запуска генератора зондирующих импульсов подается напряжение, формируемое генератором импульсов тока, нагруженным на импульсную обмотку электромагнита. Во время импульса тока это напряжение равно напряжению на накопительном конденсаторе в процессе его разряда и переразряда через импульсную обмотку электромагнита. Величиной и знаком этого напряжения определяется фаза разряда. При нулевом напряжении на накопительном конденсаторе ток в импульсной обмотке 16 максимальный. В этот момент на выходе схемы 2 вырабатывается импульс, которым включается генератор 1 зондирующих импульсов и блок 4 обработки сигнала. Радиоимпульс, формируемый генератором 1 зондирующих импульсов, проходя по излучающей катушке высокочастотного при- емно-излучающего индуктора 17, создает вихревые токи в контролируемом металле.

При взаимодействии вихревых токов с магнитным полем импульсной обмотки 16 возникают знакопеременные силы Лоренца, которые создают в металле ультразвуко- вые колебания. При обратном ЭМА преобразовании ЭДС наводится в измерительной катушке высокочастного приемно- излучающего индуктора 17. Эта ЭДС усиливается приемником 3 эхо-сигнала и поступает в блок 4 обработки сигнала. По величине и положению эхо-сигналов оцениваются параметры контролируемого металла.

Таким образом, за счет рекуперации энергии магнитного поля в накопительном

конденсаторе 6 после каждого его разряда (при инерционном переразряде с изменением полярности напряжения на обкладках) достигается снижение потребляемой мощности. При этом направление разрядного тока в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 неизменно и перемагничивания сердечника электромагнита 15 не происходит. Снижение потребляемой мощности ведет к повышению надежности и уменьшению перегрева устройства, что позволяет повысить достоверность контроля. Формула изобретения Устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов тока, состоящий из накопительного конденсатора и схемы коммутации разрядного тока, схему запуска, генератор зондирующих импульсов и электромагнитно-акустический преобразователь, состоящий из электромагнита с импульсной обмоткой, подключенной к генератору импульсов тока, и высокочастотного приемно-излучающего

и

10

15

20

25

индуктора, и последовательно соединенные приемник эхо-сигнала, подключенный к выходу высокочастотного приемно-излучаю- щего индуктора и блока обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы запуска, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными нуль-компаратором и формирователем управляющих импульсов, двунаправленным электронным ключом, вход которого объединен с входом нуль-компаратора и предназначен для подключения к источнику питания, выход подключен к накопительному конденсатору, а вход управления соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из четырех тиристоров, диагональ переменного тока которого подключена к накопительному конденсатору, а диагональ постоянного тока является выходом генератора импульсов тока.

и

18

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов с помощью электро магнитно-акустических методов и может быть использовано в тол- щинометрии и дефектоскопии/Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет увеличения амплитуды импульса надмагничивающего поля и снижения потребляемой мощности. Генератор импульсов тока возбуждает в контролируемом изделии ультразвуковые колебания. Энергия, накапливаемая в обмотке 16 и магнитопроводе 15, с помощью четырехплечего моста, составленного из тиристоров 7-10, возвращается в накопительный конденсатор 6 и используется в следующем цикле измерений. Путем коммутации тиристоров 7-10 обеспечивается неизменность направления тока в обмотке 16. 2 ил.

21

22 J

23

А

f

А

П

Фиг. Z