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

Изобретение касается неразрушающего контроля металлов с помошью электромагнитно-акустических преобразователей и может найти применение для измерения толщины и выявления дефектов в изделиях из металлов.

Известны устройства бесконтактного ультразвукового испытаний 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 эхосигнала 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 выходу генератора импульсов тока, ограничитель напряжения и двухполупериодный выпрямитель, выход которого подключен к входу генератора импульсов гока и к входу ограничителя, а выход последнего присоединен к входу триггера Шмитта

Недостатком этого устройства является высокое энергопотребление схемы возбуждения импульсной обмотки электромагнита, связанное с тем что энергия магнитного полг, создаваемого в каждом импульсе, после окончания действия импульса полностью преобразуется в тептовую энергию и это не позволяет достигнуть при малых габаритах импульсной обмотки электромагнита, высокой достоверности контроля за счет увеличения магнитной индукции создаваемой электромагнитом в импульсе Недостатком этого устройства является также низкая производительность контроля, обусловленная тем, что частота следования импульсов тока в импульсной обмотке электромагнита строго равна удвоенному значению частоты переменного тока сети

Цель изобретения - повышение достоверности контроля и снижение потребляемой мощности.

Это достигается тем что устройство снабжено блокинг-генератором коллекторная и базовая обмотки которого расположены на магнитопроводе электромагнита, коллекторная обмотка блокинг-генератора включена согласно по магнитному потоку с импульсной обмоткой электромагнита и формирователем управляющих импульсов, подключенным к коллекторной обмотке блокинг-генератора, схема коммутации разрядного тока выполнена в видечетырехпле- чего моста, состоящего из тиристоров в диагональ переменного тока которой включен накопительный конденсатор, в диаго- -наль постоянного тока включена импульсная обмотка электромагнита, управляющие электроды тиристоров подключены к соответствующим выходам формирователя управляющих импульсов,

выводы импульсной обмотки электромагнита присоединены к управляющим входам схемы запуска генератора зондирующих импульсов,

На фиг. 1 приведена структурная схема

предлагаемого устройства; на фиг, 2 - эпюры импульсов напряжения и тока, вырабатываемых в процессе работы устройства Устройство состоит из генератора 1 зон0 диругощих импульсов и схемы 2 его запуска, приемника 3 эхосигнапа и блока 3 обработка сигнала, генератора 5 импульсов тока, содержащего накопительный конденсатор б и схему коммутации разрядного тока, вы5 полиенную на четырех тиристорах 7-10, формирователь 11 управляющих импульсов, блокинг-генератор 12, ЭМА-преобразова- тель 13, содержащий электромагнит с импульсной обмоткой 14 и высокочастотный

0 прмемно-излучающий ийДуктор 15

Схема 2 запуска генератора зондирующих импульсов последовательно соединена с генератором 1 зондирующих импульсов Приемник 3 эхоснгйала соединен последо5 вательно с блоком 4 обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсов Высокочастотный приемно-из- лучзющий индуктор 15 соединен с выходом

0 генератора 1 зондирующих импульсов и с входом приемника 3 эхосигналэ Коллекторная обмотка 16 и базовая обмотка 17 бло- Мнг-генератора 1 расположены на общем магнигопроводе 18 с импульсной обмоткой5 14 электромагнита. Коллекторная обмотка 16 блокинг-генератора 12 включена согласно по магнитному потоку с импульсной обметкой 14 электромагнита Четыре тиристора 7-10 образуют четырехплечий

0 мост в диагональ переменного тока которого включен накопительный конденсатор 6, а в дизг ональ постоянного тока - импульсная обмотка 14 электромагнита Управляющие электроды тиристоров 7-10 присоединены

5 соответственно к четырем выходам формирователя 11 управляющих импульсов (не показано), выводы импульсной обмоткм 14 электромагнита присоединены к управляющим входам схемы 2 запуска генератора

0 зондирующих импульсов, а вывод коллекторной обмотки 16 блокинг-генератора 12 подключен к синхронизирующему входу формирователя 11 управляющих импульсов

5 Устройство работает следующим образом

Бчокинг-генератор 12, используемый в устройстве, выполняется по схеме, обеспечивающей автоколебательный режим его работы При работе блокинг-генератора 12

в автоколебательном режиме на синхронизирующий вход формирователя 11 управляющих импульсов, связанный с коллекторной обмоткой блокинг-генерато- ра 12, поступают периодически повторяющиеся импульсы 19 напряжения. Начало каждого цикла работы блокинг-генератора соответствует моменту быстрого уменьшения потенциала коллектора и лавинообразного нарастания коллекторного тока Циклам работы блокинг-генератора 12 соответствуют чередующиеся четные и Нечетные циклы работы устройства По каждому спаду 19 напряжения на синхронизирующем входе формирователя 11 управляющих импульсов на выходах формирователя 11 вырабатывается управляющий импульс оканчивающийся после нарастания напряжения 19 на синхронизирующем входе формирователя 11 с задержкой времени гарантирующей окончание процесса исчезновения тока в коллекторной цепи блокинг-генератора 12 На выходах формирователя 11 связанных с управляющими электродами тиристоров 7 и 9 указанные управляющие импульсы 20 вырабатываются только в четных циклах а на выходах, связанных с управляющими электродами тиристоров 8 и 10 управляющие импульсы 21 -только в нечетных циклах

В установившемся режиме работы напряжение на накопительном конденсаторе 6 в начале четных циклов работы устройства является прямым для тиристоров 7 и 9 При нарастании коллекторного тока в бло кинг-генераторе 12 в импульсной обмотке 14 электромагнита индуцируется ЭДС приложенная обратно1 по отношению к тиристорам 7 и 9 Вследствие этого тиристоры 7 и 9 отпираются не сразу после подачи уп- равляющего импульса 20 на их управлйю- щих электроды, а после того как в процессе установления коллекторного тока в бло- кинг-генераторе 12 ЭДС индуцируемая в импульсной обмотке 14 электромагнита станет меньше по величине чем напряжение на обкладках накопительного конденсатора 6 После отпирания тиристоров 7 и 9 происходит разряд накопительного конденсатора 6 через импульсную обмотку 14 электромагнита В процессе разряда при нарастания разрядного тока в базовой обмотке 17 блокинг-генератора 12 индуцируется ЭДС, поддерживающая открытое состояние транзистора в блокинг-генераторе Первая фаза цикла завершается после того как достигается максимальное значение тока в импульсной обмотке 14 электромагнита и при этом максимальное значениетокэ в коллекторной обмотке 16 блокинг-генератора 12 К этому моменту энергия, накопленная э накопительном конденсаторе перед началом цикла, переходит в энергию магнитного

5 поля, создаваемого импульсной обмоткой 14 электромагнита

В следующей фазе цикла происходит перезаряд накопительного конденсатора 6 переход энергии магнитного поля, создава0 емого импульсной обмоткой 14 электромагнита в энергию электрического поля накопительного конденсатора При этом происходит быстрое запирание транзистора б блокинг-генераторе 12 и энергия маг5 нитного поля, созданного коллекторной обмоткой 16 блркинг-генератора 12, также переходит в энергию электрического поля накопительного конденсатора 6 Таким образом подзаряд накопительного конденса0 тора 6 и компенсация тепловых потерь энергии в процессе работы устройства про исходит за счет индукционного тотсэ возникающего в импульсной обмотке 14 электромагнита при запирании транзисто5 ра в блокинг-генератора 12 За счет последнего процесса происходит накопление установившегося значения заряда накопительного конденсатора 6 (в течение нескольких циклов) после включения устройства и

0 устройство переводит в установившийся режим работы Открытое состояние тиристоров 7 и 9 в этой фазе четного цикла гарантируется задержкой заднего фронта управляющих импульсов вырабатываемых

5 формирователем 11 управляющих импульсов

В следующем нечетном цикле все процессы описанные выше повторяются с из менением полярности напряжения на

0 обкладках накопительного конденсатора

В этом цикле разряд накопительного конденсатора происходит через открывающиеся тиристоры 8 и 10 на управляющие эпектроды которых поступают отпирающие

5 импульсы 21 вырабатываемые на соответствующих выходах формирователя 11 управляющих импульсов Направление разрядного тока 22 в импульсной обмотке 14 электромагнита одинаково в четных и

0 нечетных циклах работы устройства Ток 22, протекая по импульсной обмотке 14 электромагнита, создает импульс магнитного поля Напряжение с выводов импульсной обмотки 14 электромагнита поступает на

5 вход схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсов, в которой фиксируется момент изменения знака напряжения на выводах обмотки 14 В этот момент соответствующий максимальному току в обмотке на выходе схемы 2 появляется 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 15, создает вихревые токи в контролируемом металле При взаимодействии вихревых токов с магнитным полем импульсной обмотки 14 возникают знакопеременные силы Лоренца, которые создают в металле ультразвуковые колебания. При обратном ЭМА-преобразо- вании ЭДС наводится в измерительной катушке высокочастотного приемно-излучаго- щего индуктора 15 Эта ЭДС усиливается, приемником 3 эхосигнала и поступает в блок 4 обработки сигнала. По величине и положению эхосигналов оценива ются параметры Контролируемого металла

Таким образом, снижение потребляемой мощности достигается путем рекуперации энергии магнитного поля s накопительном конденсаторе б после каждого его разряда (при инерционном перезаряде с изменением потярности напряжения на обкладках). При этом направление разрядного тока в импульсной обмотке 14 электромагнита неизменно и перемагничивания сердечника электромагнита не происходит. Это позволя- ет при малых габаритах устройства достигнуть больших значений магнитной индукции в импульсе подмагничиванйя, повысить эффективность ЭМА-преобразования и, следовательно, достоверность контроля Величина магнитной индукции в имп ульсе повышается также благодаря тому, что максимальное значение тока в коллекторной цепи блокинг-ге- нератора 12 и в импульсной обмотке 14 электромагнита совпадают по времени. Частота следования импульсов тока в импульсной обмотке 14 электромагнита определяется параметрами хронирующей цепи блокингге- нератбра и не зависит от частоты переменного тока питающей сети

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее последовательно

соединенные схему запуска генератора зондирующих импульсов и генератор зондирующих импульсов, последовательно соединенные приемник эхосигнала и блок обработки сигнала, второй вход которого

подключен к выходу схемы запуска генератора зондирующих импульсов, генератор импульсов тока, состоящий из накопительного конденсатора и схемы коммутации разрядного тока, в электромагнитно-акустический преобразователь, состоящий из электромагнита с импульсной обмоткой и высокочастотного приемно-излучающего индуктора, включенного между выходом генератора зондирующих импульсов и входом

приемника эхосигнала, отличающее - с я тем, что, с целью повышения достовер- но сти контроля и снижения потребляемой мощности оно снабжено блокинг-генерато- ром, коллекторная и базовая обмотки которого расположены на магнитопроводе электромагнита, коллекторная обмотка блокйнг-генератора включена согласно по магнитному потоку с импульсной обмоткой электромагнита, и формирователем управляющих импульсов, подключенным к коллекторной обмотке блодинг-генератора, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из тиристоров, в диагональ

переменного тока которого включен накопительный кбнденсатор, в диагональ постоянного тока включена импульсная обмотка электромагнита, управляющие электроды тиристоров подключены к соответствующим выходам формирователя управляющих импульсов, выводы импульсной обмотки электромагнита присоединены к управляющим входам схемы запуска генератора зон- диру ющих импульсов.

in т о

СО

т I

22

Изобретение касается неразрушающего контроля с помощью электромагнитно- акустических преобразователей и может найти применение для измерения толщины и выявления дефектов в изделиях из металлов. Целью изобретения является повышение достоверности контроля и снижение потребляемой мощности за счет рекуперации энергии импульсного магнитного поля в накопительном конденсаторе Для этого устройство, содержащее электромагнитноакустический преобразователь с импульсным электромагнитом, снабжено блокивг- генератором, коллекторная й -базовзя обмотки которого расположены на общем магнитопроводе с импульсной обмоткой электромагнита, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из тиристоров, в диагональ переменного тока которого включен накопительный конденсатор, в диагональ постоянного тока включена импульсная обмотка электромагнита После каждого импульса подмагничивания накопительный конденсатор перезаряжается током, поддерживающимся в импульсной обмотке электромагнита вследствие самоиндукции, и энергия магнитного поля возвращается в накопительный конденсатор При этом обеспечивается неизменность направления тока в импульсной обмотке электромагнита Подзэряд накопительного конденсатора осуществляется от индуктивно связанной с импульсной обмоткой электромагнита коллекторной цепи блокинг-генератора. 2 ил. сл С 4 N 00 g СЛ

. фиг 2