Вихретоковый дефектоскоп Советский патент 1992 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушзю- щему контролю и может применяться для выявления поверхностных дефектов типа нарушения сплошности в электропроводящих ферро- и неферромагнитных изделий,

Известны статические дефектоскопы для выявления поверхностных дефектов в ферро- и неферромагнигных изделиях ППД-1М, ВД-22Н, ВД-80Н, ВД-81Н.

Недостатками таких дефектоскопов я в- ляю тоя отсутствие или недостаточный диа- паз л отстройки от зазора, а также отсутствие отстройки от электропроводности и магнитной проницаемости контролируемых изделий.

Наиболее близким к изобретению является вихретоковый дефектоскоп, содержащий генератор, подключенный к нему датчик, выполненный в виде трансформаторного преобразователя с двумя идентич- ными измерительными катушками, выходы которых подключены к двум каналам обработки сигнала, выходы которых соединены с блоком вычитания, выход которого соединен с индикатором

Однако условием отстройки от мешающих факторов известного дефектоскопа является одинаковость влияния мешающего фактора на обе измерительные катушки, вследствие чего невозможно отстроиться от влияния перекоса датчика относительно контролируемого изделия.

Цель изобретения - повышение надежности контроля путем одновременной отстройки от влияния зазора, перекоса преобразова 5ля относительно контролируемого изделия, электропроводности и магнитной проницаемости контролируемых изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в вихретоковом дефектоскопе, содержащем генератор, измерительный датчик, два амплитудных детектора, входами соединенный с ними дифференциальный усилитель, индикатор, соединенный с выходами послед- него, измерительный датчик выполнен в

виде двух мостовых схем, каждая из которых содержит левое плечо верхней ветви, образованное переменным резистором, правое плечо верхней ветви, образованное последовательно соединенными катушкой индуктивности и переменным конденсатором, точка соединения правого и левого плеч верхней ветви является первым выходом мостовой схемы, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенными переменным резистором и переменным конденсатором, точка соединения левых плеч верхней и нижней ветвей является первым входом мостовой схемы, точка соединения правых плеч верхней и нижней ветвей является вторым входом мостовой схемы, точка соединения левого и правого плеч нижней ветви является вторым выходом мостовой схемы, входы двух мостовых схем соединены с выходами генератора, первый выход каждой мостовой схемы соединен с входом соответствующего амплитудного детектора, а вторые выходы мостовых схем предназначены для соединения с землей.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого дефектоскопа; на фиг. 2 - универсальная сетка линий уравновешивания моста с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихрето- кового преобразователя, расположенного над неферромагнитным полупространством; на фиг. 3 - универсальная сетка линий уравновешивания моста с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного над ферромагнитным полупространством.

Дефектоскоп содержит генератор 1, выход которого подключен к входам первого и второго измерительных мостов. В первом мосту левое плечо верхней ветви образовано переменным резистором 2, правое плечо верхней ветви образовано последовательно соединенными вихретоковым преобразователем 3 и переменным конденсатором 4, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором 5, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенным переменным резистором б и переменным конденсатором 7,

У второго мЬста левое плечо верхней ветви образовано переменным резистором

8,идентичным переменному резистору 2 и спаренным с ним, правое плечо верхней ветви образовано последовательно соединенными вихретоковым преобразователем

9,идентичным вихретоковому преобразователю 3 первого моста, и переменным конденсатором 10, идентичным переменному конденсатору 4 и спаренным с ним, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором 11, идентичным конденсатору 5 пер- вого моста, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенными переменным резистором 12, идентичным переменному резистору 6 и спаренным

с ним переменным конденсатором 13, идеи- тичным переменному конденсатору 7 и спаренным с ним, Вихретоковые преобразователи 3 и 9 расположены рядом друг с другом рабочими торцами в одной плоскости. Выходы первого и второго измеритель- ных мостов подключены к входам первого и второго амлитудных детекторов 14 и 15 соответственно, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя 16, на выходе которого включен указатель 17 равновесия,

Дефектоскоп работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 1-5 МГц, ко- торое поступает на входы первого и второго измерительных мостов Вихретоковые преобразователи устанавливаются на контролируемое изделие Режим контроля, соответствующий отстройке от влияния за- зора и перекоса преобразователя, устанавливается регулированием элементов уравновешивания мостов поуниверсальней сетке линий уравновешивания с нанесенными на нее годографами комплексного со- противления вихретокового преобразователя, расположенного на неферро- или ферромагнитным полупространством,

Поскольку мосты идентичны, то отстройку от зазора рассмотрим для первого моста. Обозначим сопротивление 2 - Рз; сопротивление ВТПЗ - м U+ RH конденсатор 4 - Ci; конденсатор 5 - С4. сопротивление 6 - Ra; конденсатор 7 - Са

Универсальная сетка линий уравнове- шивания представляет траектории концов

. иас векторов относительных напряжении т-р- и

Uab

Uad Uab

на плечах ас и ad мостов при изменении

значений составляющих относительных комплексных сопротивлений измерительных плеч:

У0

,g const

иЈ иа

var, jЈ const,

где а ,/3 , у - обобщенные параметры, причем а - сопротивление вспомогательного плеча, (3 - составляющая комплексного сопротивления измерительного плеча, имеющая одинаковый характер с а, у - составляющая комплексного сопротивления измерительного плеча, отличающаяся по характеру от а.

Для верхней ветви abc а Рз, /б RL

У й 1-1-а

, Для нижней ветви adb a - y R2.

Относительное напряжение f будет

Uab

определяться формулой

U

ас

а

1

+ртТу i+g + jЈ

а

а

Относительное напряжение

определяться формулой

а

Uad

иаь la + }/3+Y 1+Ј-|Ј

t a

По известной методике найдены координаты линий центров окружностей уравноVfi

J- i/яг Ј-

вешивания: для линий

а

var, cj const для

верхней и нижней ветвей ImU 0, ReU 75- тт, для линий « var, f const, для

Zл ,

1 +а

(X

верхней ветви ReU 0, ImU -n-, для ниж27

а

ней ветви ReU 0, fmU -n- Следовательно, для верхней ветви положительные значения

у L равные

полуплоскости, для нижней ветви отрицательные значения , равные -R2 , также

-, находятся в нижней

находятся в нижней полуплоскости универсальной сетки линий уравновешивания,

Уменьшение сопротивления Ra (параметр а) сдвигает годографы на универсальной сетке линий уравновешивания в сторону увеличения индуктивных, емкостных и активных относительных сопротивлений Уменьшение значений емкости

конденсатора ci сдвигает годографы в сторону уменьшения индуктивных и увеличения емкостных относительных сопротивлений. Размеры и форма годографов при этом меняются Регулированием резистора RS и конденсатора ci добиваются, чтобы в рабочей области на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного над неферромагнитным полупространством линии зазора, представляющие собой окружности были близки к параллельным Это необходимо для того, чтобы при изменении второго мешающего фактора (электропроводности) в рабочей области отстройка от зазора не нарушалась.

На фиг 2 приведены три годографа вихретокового преобразователя расположенного над неферромагнитным полупространством При этом значение резистора Rs (пзч(a Li.

раметр а) равно -ттр гДе U - индуктивность вихретокового преобразователя при его нахождении в воздухе Для первого годографа конденсатор ci закорочен, 2-й и 3-й годографы нанесены на универсальную сетку линий уравновешивания при некоторых значениях емкостей конденсатора CL

Область параллельности линий зазоров находится следующим образом. Окружности зазоров на универсальной сетке линий уравновешивания имеют две общие точки: начало годографа (точки т, П2 и пз на годографах 1, 2, 3 соответственно) и точку а бесконечных значений относительно сопротивлений. Эти точки соединяют отрезком an и из середины отрезка проводят перпендикуляр до пересечения с годографом Точка пересечения определяет область параллель- ности окружностей зазора

На фиг. 2 годографы на универсальной сетке линий уравновешивания расположены таким образом, что на одном годографе параллельность окружностей зазора имеется при значении обобщенного параметра контроля /3, равном 2,8 а на другом при значении /3, равном 25 После того, как в рабочей области параллельность окружностей зазора установлена, регулированием резистора Ra и конденсатора С2 находят оптимальное положение точки d для отстройки

от влияния зазора по амплитуде выходного напряжения моста. При этом резистор Вз

регулирует реактивную составляющую j

-JR2ШСА, а конденсатор С2-активную составВ С4

ляющую относительного комплексного сопротивления измерительных плеч.

При выявлении поверхностных нарушений сплошности в ферромагнитных изделиях значение обобщенного параметра контроля/9 равно примерно трем. При этом линии зазора на комплексной плоскости напряжений в некоторых пределах параллельны По универсальной сетке уравновешивания устанавливают режим отстройки от зазора и необходимую чувствительность соответственно тому, что рабочая область годографа не должна быть слишком маленькой по отношению к входному напряжению моста (фиг 3) При этом необходимо учесть, что точка d на универсальной сетке линий уравновешивания может находиться

только в нижней полуплоскости.

После установки режима отстройки от зазора вихретоковые преобразователи 3 и 9 сканируются по контролируемому изделию Напряжения с выходов мостов детектируются амплитудными детекторами 14 и 15 и подаются на входы дифференциального, усилителя 16 с идентичными коэффициентами усиления напряжения по первому и вто- рому входам, При этом изменения

электропроводности и магнитной проницаемости одинаково влияют на первый и второй вихретоковые преобразователи, и поэтому напряжения на выходе дифференциального усилителя отсутствует. При попадании одного из вихретоковых преобразователей на дефект равенство напряжений на входах дифференциального усилителя нарушится и на его выходе появится напряжение, которое регистрируется указателем

17 равновесия.

Чтобы исключить отстройку от дефекта при одновременном попадании преобразователя на дефект, вихретоковые преобразователи при сканировании должны

располагаться один за другим. Кроме того, чтобы исключить пропуск трещины, которая расположена по отношению к сканирующим преобразователем вдоль, а не поперек при контроле неферромагнитных изделий,

располагать преобразователи на некотором расстоянии друг от друга (примерно, 5 мм). При контроле ферромагнитных изделий, вследствие большой неоднородности электрофизических характеристик изделий, преобразователи необходимо размещать как

можно ближе друг к другу и проводить повторное сканирование контролируемых изделий по линиям сканирования, перпендикулярным линиям первоначального сканирования

Формула изобретения Вихретоковый дефектоскоп, содержащий измерительный датчик, два амплитудных детектора, входами соединенный с ними дифференциальный усилитель, индикатор, соединенный с выходами последнего, отличающийся тем, что с целью повышения надежности контроля вихрето- ковый датчик выполнен в виде двух мосто- вых схем, каждая из которых содержит левое плечо верхней ветви, образованное переменным резистором, правое плечо верхней ветви, образованное последовательно соединенными катушкой индуктивности и

переменным конденсатором, точка соединения правого и левого плеч верхней ветви является первым выходом мостовой схемы, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенными переменным резистором и переменным конденсатором, точка соединения левых плеч верхней и нижней ветвей является первым входом мостовой схемы,точка соединения правых плеч верхней и нижней ветвей является вторым входом мостовой схемы, точка соединения левого и правого плеч нижней ветви является вторым выходом мостовой схемы, входы двух мостовых схем соединены с выходами генератора, первый выход каждой мостовой схемы соединен с входом соответствующего амплитудного детектора а втор ые выГоды мостовых схем предназначены для соединения с землей

2,5

Ј

1,в

О

1А

А

tpue.3

О

0,15

atf

аз

0,6