Устройство для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании Советский патент 1992 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения толщины защитных покрытий различных изделий, выполненных из ферромагнитных материалов, в частности магистральных стальных трубопроводов.

Известны устройства для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитной основе, содержащие генератор, питающий измерительный датчик, к выходу которого после детектирования подключается диод с нарастающей вольт-амперной характеристикой и заданным пороговым значением. При этом напряжение, соответ- ствующее измерительному сигналу напряжения в нулевой точке, устанавливают вблизи точки нарастания характеристики диода, задавая тем самым линейную зависимость измерительного тока от толщины контролируемого защитного покрытия.

Наиболее близким к предлагаемому является электромагнитный толщиномер, содержащий последовательно соединенные генератор прямоугольных импульсов, фильтр нижних частот, электромагнитный преобразователь, фазочувствительный детектор, блок обработки сигнала, компаратор, блок измерения, последовательно соединенные источник опорного напряже- ния, ключ и четырехполюсник, состоящий из пассивных элементов.

В этом толщиномере в качестве четырехполюсника используется дифференцирующая цепочка, что не обеспечивает достаточной чувствительности из-за влияния паразитных емкостей и высокочастотных помех на крутизну фронта продифференцированного импульса.

Целью изобретения является повыше- ние чувствительности за счет исключения влияния паразитных емкостей и высокочастотных помех на крутизну фронта продифференцированного импульса.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее источник питания, выполненный в виде генератора прямоугольных импульсов, электромагнитный преобразователь, блок обработки сигналов, последовательно соединенные источник опорного напряжения, ключ и четырехполюсник, компаратор и блок измерения и индикации, снабжено фильтром нижних частот, выходом соединенным с входом электромагнитного преобразователя, фазо- чувствительным детектором, входом соединенным с выходом электромагнитного преобразователя, а выход - с входом блока обработки сигналов, дополнительным ключом, входом соединенным с выходом блока

обработки сигналов, а выходом - с входом компаратора, и последовательно соединенным генератором пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом компаратора, и амплитудным детектором, выход которого соединен с входом блока измерения и индикации, а четырехполюсник выполнен в виде интегрирующей цепочки с узлом сброса, вход интегрирующей цепочки является входом четырехполюсника, а ее выход является выходом четырехполюсника и соединен с вторым входом компаратора, выход источника питания соединен с входом фильтра нижних частот, узла сброса и вторыми входами фазочувствительного детектора и ключей.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитной основе.

Устройство содержит последовательно соединенные источник питания, выполненный в виде генератора 1 прямоугольных импульсов, фильтр 2 нижних частот, электромагнитный преобразователь 3, фазочувствительный детектор 4, блок 5 обработки сигналов, ключ 6, а также последовательно соединенные источник 7 Опорного напряжения, ключ 8, интегрирующую цепочку 9 с узлом 10 сброса, компаратор 11, генератор 12 пилообразного напряжения, амплитудный детектор 13 и блок 14 измерения и индикации.

Выход генератора 1 подключен к управляющим входам ключей бивузла 10сброса, а также фазочувствительного детектора 4. Выход ключа б подключен к одному из входов компаратора 11.

Устройство работает следующим образом.

Формируемые генератором 1 прямоугольные импульсы частотой 400 Гц поступают на вход фильтра 2 нижних частот, резко ослабляющего сигналы более высоких частот, и электромагнитный преобразователь 3, представляющий собой ферритовый стержень диаметром 6-7 мм, длиной 45 - 48 мм, на который намотаны генераторная обмотка 1000 витков и две измерительные по 400 витков, включенные встречно. Преобразователь 3 запитывается синусоидальным током, получаемым на выходе фильтра 2. Разностный сигнал, полученный на измерительных обмотках преобразователя, величина которого зависит от расстояния его рабочего торца (прикладываемого к поверхности защитного покрытия) до ферромагнитного основания, поступает на вход фазочувствительного детектора 4, управляемого прямоугольными

импульсами генератора 1. С выхода детектора сигнал поступает в блок 5 обработки сигналов, откуда в виде постоянного напряжения поступает на вход ключа б, управляемого импульсами генератора 1. Получаемые на выходе ключа 6 прямоугольные импульсы, по амплитуде пропорциональные величине сигнала с блока 5, поступают на вход компаратора 11.

Прямоугольными импульсами генерато- ра 1 открывается ключ 8, в результате чего постоянное напряжение, формируемое на выходе источника 7 опорного напряжения, поступает на вход интегрирующей цепочки, т. е. на выходе последней появляется скачок напряжения. При этом на выходе цепочки образуются нарастающие экспоненциальные импульсы, изменяющиеся по закону:А

Ui U0-(1-e),

где t - время от начала цикла,

т - постоянная времени интегрирующей цепочки 9;

Uo - постоянное напряжение на выходе блока 7.

Характеристика преобразователя 3 в среднем близка к экспоненте и с учетом прохождения сигнала через блок 5 может быть записана в виде

-,

U2 U0-(1-e ),

„где h - измеряемая толщина покрытий;

а- коэффициент равный 0,2 - 0,3 (в диапазоне толщин покрытий 5-12 мм).

Ввиду того, что срабатывание компара- тора происходит в момент равенства напряжений DI и U2, получаемая длительность прямоугольного импульса на выходе компаратора 11 пропорциональна толщине защитного покрытия.

Этот импульс поступает на вход генератора 12 пилообразного напряжения, амплитуда сигнала на выходе которого пропорциональна длительности импульса. Сигнал с выхода блока 12 поступает на вход амплитудного детектора 13, на выходе которого формируется постоянное напряжение, соответствующее толщине измеряемого защитного покрытия. С выхода блока 13 сигнал поступает в блок 14, где осуществляется измерение и индикация в виде окончательных показаний толщиномера.

При настройке устройства возможна регулировка постоянной времени интегрирующей цепи.

Использование в качестве четырехполюсника интегрирующей цепочки позволяет не учитывать емкостную составляющую входного сопротивления, так как для интегрирующей цепи всегда эта составляющая немного меньше накопительной емкости интегрирующей цепи. Кроме того, можно не учитывать внутреннее сопротивление источника входного напряжения, поскольку оно включено последовательно с большим сопротивлением цепи.

Влияние изменения сопротивления нагрузки легко устраняется путем подключения к выходу цепи каскадов с высоким входным сопротивлением (например, на полевых транзисторах).

Использование только генератора прямоугольных импульсов (питающего преобразователя) для управления ключами, узлом сброса и фазочувствительным детектором позволяет упростить работу устройства. Схема управления легко реализуется при использовании в качестве ключей и узла сброса серийно выпускаемых микросхем (например, К651КТЗ).

Формула изобретения 1. Устройство для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании, содержащее источник питания, электромагнитный преобразователь, блок обработки сигналов, последовательно соединенные источник опорного напряжения, ключ и четырехполюсник, компаратор и блок измерения и индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжено фильтром нижних частот, выходом соединенным с входом электромагнитного преобразователя, фазочувствительным детектором, входом соединенным с выходом электромагнитного преобразователя, а выходом - с входом блока обработки сигналов, дополнительным ключом, входом соединенным с выходом блока обработки сигналов, а выходом - с входом компаратора, и последовательно соединенными генератором пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом компаратора, и амплитудным детектором, выход которого соединен с входом блока измерения и индикации, а четырехполюсник выполнен в виде интегрирующей цепочки с узлом сброса, вход интегрирующей цепочки является входом четырехполюсника, а ее выход является выходом четырехполюсника и соединен с вторым входом компаратора, выход источника питания соединен с входом фильтра нижних частот узла сброса ы вторыми входами фазочувствитель- ного детектора и ключей.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что источник питания выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов.

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения толщины защитных покрытий различных изделий, выполненных из ферромагнитных материалов. Цель изобретения - повышение чувствительности устройства - обеспечивается за счет исключения влияния паразитных емкостей и высокочастотных помех на крутизну фронта продифференцированного импульса. Формируемые генератором 1 прямоугольные импульсы, проходя фильтр 2 нижних частот, поступают на преобразователь 3. Разностный сигнал с последнего, зависящий от расстояния рабочего торца преобразователя до ферромагнитного основания, поступает на вход фазочувствитель- ного детектора 4, затем через блок 5 обработки сигналов в виде постоянного напряжения - на вход ключа 6, управляемого импульсами генератора 1, и далее на вход компаратора 11. Импульсами генератора 1 открывается ключ 8, в результате чего постоянное напряжение, формируемое на выходе источника 7 опорного напряжения, поступает на вход интегрирующей цепочки 9, на выходе которой появляется скачок напряжения. При этом компаратор срабатывает только в момент равенства напряжений сигналов, поступающих с блока 5 и с выхода интегрирующей цепочки 9. Получаемая длительность прямоугольного импульса на выходе компаратора 11 пропорциональна толщине защитного покрытия. Далее сигнал проходит генератор 12 пилообразного напряжения, амплитудный детектор 13 и поступает в блок 14 измерения и индикации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. VJ 00 О ел Сл) о