Способ контроля прочностных характеристик ферромагнитных материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методами вихревых токов и может быть использовано в промышленности для определения прочностных характеристик стального листового проката.

Известен способ вихретокового контроля материалов и изделий, заключающийся в том, что еихретокоеый преобразователь (ВТП) включаютв колебательный контур автогенератора, обеспечивают режим прерывистой генерации и регистрируют изменение параметров затухающих колебаний, по которым определяют физико-механические характеристики контролируемой Стали.

Известно устройство для осуществления указанного способа, содержащим вихретоковый преобразователь, включенный в колебательный контур автогенератора и индикатор информативного параметра.

Наиболее близким к Изобретению по технической сущности является способ неразрушающего электромагнитного контроля физико-механических параметров и изделий, заключающийся в том. что ВТП, включенный в колебательный контур, возбуждают импульсами напряжения и измеря$

00

го

М

ют среднее значение однополярных собственных затухающих колебаний, обеспечивают в измерительной цепи апериодический переходный процесс, измеряют мгновенные значения напряжений в выбранные момен- тьГ времени и средние значения напряжений выбранных участков переходного процесса, а также максимальные или средние значения напряжений собственных затухающих колебаний, приводят выделенные сигналы к одной форме и используют для определения механических характеристик контролируемой стали.

Известно устройство, содержащее генератор импульсов, соединенный с вихре- токовым преобразователем, включенным в колебательный контур, формирователь импульсов, подключенный к выходу генератора импульсов, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, селектор, первый счетчик импульсов, дешифратор и индикатор информативного параметра, второй счетчик импульсов и два элемента ИЛИ.

К недостаткам известных способами устройства относятся низкая чувствительность контроля прочностных характеристик стального листового проката прТЛШШьзо- вании накладного вихретокового преобразователя, э также сложность выделения связанной линейно независимой многопа- раметровой информации, с последующей ее развязкой, достоверность которой зависит от четкости выбора моментов и промежутков времени для отбора информации.

Целью изобретения является повышение чувствительности контроля и разрешающей способности устройства за счет учета изменения информативного параметра.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля прочностных характеристик ферромагнитных материалов, заключающемуся втом.что вихретоковый преобразователь, включенный в колебательный контур, устанавливают в зоне контроля, возбуждают контур периодически повторяющимися импульсами и измеряют длительность переходного процесса заднего фронта импульсов, по которой судят о прочностных характеристиках ферромагнитных материалов, используют колебательный контур с низкой собственной частотой и низкодобротным вихретоковым преобразователем, обеспечивают изменение собственной резонансной частоты контура, а в качестве информационного параметра используют сумму временных интервалрв, соответствующих длительности переходных «рц1Ш в разных параметрах колебательного контура.

Указанная цель достигается тем, что устройство для контроля прочностных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее генератор импульсов, соединенный с вихретоковым преобразователем, включенным в колебательный контур, формирователь импульсов, подключенный к выходу генератора импульсов, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, се0 лектор, первый счетчик импульсов, дешифратор и индикатор информативного параметра, второй счетчик импульсов и два элемента ИЛИ, дополнительно снабжено триггером-защелкой, первый вход которого

5 подключен к выходу формирователя импульсов, а выход соединен с входом селектора, коммутатором, вход которого объединен с вторым входом триггера-защелки и подключен к выходу первого эле0 мента ИЛИ, одновибратором, выход которого соединен с первым и вторым входами первого и второго счетчика импульсов, регистром сдвига, вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов, вто5 рой вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, первый и второй выход регистра сдвига через второй элемент ИЛИ подключен к входу генератора импульсов, а третий выход регистра сдвига

0 соединен с входом одновибратора и одним из входов первого элемента ИЛИ. второй вход которого подключен к четвертому выходу регистра сдвига.

На фиг. 1 приведены эпюры напряже5 ний в колебательном контуре при контроле ферромагнитных материалов различной прочности: на фиг 2 - структурная схема устройства для контроля прочностных характеристик ферромагнитных материалов.

0 Устройство содержит генератор 1 импульсов, соединенный с вихретоковым преобразователем 2. включенным в колебательный контур, формирователь 3 импульсов, подключенный к выходу генератора t импульсов.

5 последовательно соединенные генератор 4 счетных импульсов, селектор 5, первый счетчик 6 импульсов, дешифратор 7 и индикатор 8 информативного параметра.

Устройство также содержит второй

0 счетчик 9 импульсов, два элемента ИЛИ 10 и 11, триггер-защелку 12, первый вход которого подключен к выходу формирователя 3 импульсов, а выход соединен с входом селектора 5, коммутатор 13. вход которого

5 объединен с вторым входом триггера-защелки 12 и подключен к выходу первого элемента ИЛИ 10, одновибратор 14, выход которого соединен с первым и вторым входами первого и второго счетчиков б и 9 импульсов,

Кроме того, устройство содержит регистр 15 сдвига, вход которого соединен с выходом второго счетчика 9 импульсов, второй вход которого подключен к выходу генератора 4 счетных импульсов, первый и второй выходы регистра 15 сдвига через второй элемент ИЛИ 11 подключены к входу генератора 1 импульсов, а третий выход регистра 15 сдвига соединен с входом одно- вибратора 14 и одним из входов первого элемента ИЛИ 10, второй вход которого подключен к четвертому выходу регистра 15 сдвига.

Сущность способа заключается в следующем.

При возбуждении низкочастотного колебательного контура, элементом которого является низкодобротный ВТП, прямоугольными импульсами, на его фронтах возникают переходные процессы (фиг. 1, эпюры а,б), длительность которых зависит от вносимого в контур сопротивления (2вн). Это сопротивление можно выразить в виде

ZBH K(ff,,M.f)+N(h),

где K(cr,fi,f) - функция, зависящая от электрофизических свойств стали;

N(h) - функция, зависящая от толщины контролируемого стального листа и расстояния до его поверхности.

Для ферромагнитного стального листа одной толщины и постоянном зазоре с преобразователем функция N(h) const. Влияние на ZBH удельной электропроводности а незначительное из-за ее малого диапазона изменений для конкретной марки стали. Таким образом, основными влияющими факторами на ZBH являются магнитная проницаемость ju, тесно связанная с прочностными характеристиками, и собственная частота f колебательного контура. Причем, для увеличения влияния // на ZBH, что соответственно улучшает связь прочностных характеристик с длительностью переходного процесса т, начальную собственную частоту f 1 колебательного контура выбирают низкой. При увеличении собственной резонансной частоты контура, например, в два раза (fa 2f i) происходит непропорциональное изменение длительности переходного процесса для сталей с различной прочностью, что объясняется нелинейной связью магнитной проницаемости с прочностными характеристиками. Использование в качестве информативного параметра суммарной длительности переходных процессов (фиг. 1, эпюры б-г) при разных собственных частотах колебательного контура (Р F(n +Г2), где Р - прочностная характеристика) позволяет более четко

разграничить сталь с различной прочностью, что особенно важно при контроле тонкого высокопрочного стального листового проката.

5Корреляционную зависимость Р

F(ti -f га) для конкретной марки стали устанавливают путем измерения суммарной длительности (т + Г2) в листовом прокате и механических испытаний специально под0 готовленных образцов из этой стали.

Оптимальные параметры колебательного контура: собственная нижняя частота fi 30-55 Гц, собственная верхняя частота h (2-2,5)fi, начальная добротность ВТП Q

5 0,7-2.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства генератор 1 импульсов формирует прямоугольный им0 пульс, поступающий на колебательный контур, элементом которого является еихретоковый преобразователь 2. При этом коммутатор 13 обеспечивает контуру собственную нижнюю частоту fi (на фиг. 2 в каче5 стее коммутируемого элемента-контура показана емкость). Реакцией колебательного контура на воздействие прямоугольного импульса являются переходные процессы на его фронтах. Длительность переходного

0 процесса заднего фронта импульса зависит от прочностных характеристик контролируемого ферромагнитного стального листового проката (фиг. 1). Формирователь 3 импульсов формирует прямоугольный им5 пульс, равный длительности переходного процесса ri. поступающий на триггер-защелку 12, который предохраняет измерительный блок устройства от возможных коммутационных помех и обеспечивает из0 мерение только первого полупериода колебаний. С триггера-защелки 12 прямоугольный импульс поступает на первый вход селектора 5, на второй вход которого поступают импульсы с генератора 4

5 счетных импульсов. Сформированная последовательность счетных импульсов, равная длительности переходного процесса ri, записывается в первом счетчике 6 импульсов и через дешифратор 7 отображает0 ся на индикаторе 8 информативного параметра, Одновременно импульсы с генератора 4 поступают на счетный вход второго счетчика 9 импульсов, который управляет работой регистра 15 сдвига. Модуль счета

5 счетчика 9 импульсов выбирается таким, чтобы обеспечить время, необходимое на коммутацию элементов колебательного контура и превышающее длительность переходных процессов в нем. Регистр 15 сдвига через каждый период колебаний поступающих на его вход с второго счетчика 9 импульсов производит сдвиг информации последовательно на один из четырех его выходов. При поступлении второго импульса на вход регистра 15 сдвига на одном из его выходов появится импульс, который через первый элемент ИЛИ 10 устанавливает триггер-защелку 12 в исходное состояние и дает команду коммутатору 13 на переключение элементов колебательного контура для установления собственной верхней частоты fa. Третий импульс с выхода регистра 15 сдвига через второй элемент ИЛИ 11 запускает генератор 1 импульсов, прямоугольный импульс с которого поступает на колебательный контур с ВТП 2. настроенный на собственную верхнюю резонансную частоту fa. Формирователь 3 импульсов формирует прямоугольный импульс, равный длительности переходного процесса Г2, который через триггер-защелку 12 и селектор 5, в котором он заполняется счетными импульсами, поступает на вход счетчика 6 импульсов. Счетчик 6 импульсов суммирует предыдущее значение ti с измеренным значением Г2, результат которого (г +Г2) через дешифратор 7 поступает на индикатор 8 информативного параметра.

Четвертый импульсе регистра 15сдвига управляет работой коммутатора 13, который переключает элементы контура на его собственную частоту fi и устанавливает триггер-защелку 12 в исходное состояние. Кроме того, этот импульс запускает одно- вибратор 14, который на время индикации результата измерения (ri + Г2) блокирует работу второго счетчика 9 импульсов. После окончания действия импульса одновибрато- ра 14, его задний фронт сбрасывает результат измерения суммарной длительности (ri +га), записанный в первом счетчике 6 импульсов, а второй счетчик 9 возвращается в счетный режим. Первый из импульсов на выходе счетчика 9 попадает на первый выход регистра 15 сдвига и далее через второй элемент ИЛИ 11 запускает генератор 1 импульсов, и работа устройства повторяется.

Изобретение с вравнении с прототипом обеспечивает повышение чувствительности контрбля и разрешающей способности устройства за счет учета изменения информа- тивного параметра, что позволяет контролировать прочностные характеристики стального листового проката.

Формула изобретения

1.Способ контроля прочностных характеристик ферромагнитных материалов, заключающийся в том, что вихретоковый

преобразователь, включенный в колебательный контур, устанавливают в зоне контроля, возбуждают контур периодически повторяющимися импульсами и измеряют длительность переходного процесса задне- ,

го фронта импульсов, по которой судят о прочностных характеристиках ферромагнитных материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности контроля, используют колебательный

контур с низкой собственной частотой и низкодобротным вихретоковым преобразователем, обеспечивают изменение собственной резонансной частоты контура, а в качестве информативного параметра используют сумму временных интервалов, соответствующих длительности переходных процессов при разных параметрах колебательного контура.

2.Устройство для контроля прочно- стных характеристик ферромагнитных материалов, содержащее генератор импульсов, соединенный с вихретоковым преобразователем, включенным в колебательный контур, формирователь импульсов, подключенный к

выходу генератора импульсов, последовательно соединенные генератор счетных импульсов, селектор, первый счетчик импульсов, дешифратор и индикатор информативного параметра, второй счетчик

импульсов и два элемента ИЛИ.о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности устройства, оно снабжено триггером-защелкой, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход соединен с входом селектора, коммутатором, вход которого объединен с вторым входом триггера-защелки и подключен к выходу первого элемента ИЛИ, одновибратором, выход которого соединен с первым и вторым входами первого и второго счетчиков импульсов, регистром сдвига, вход которого соединен с выходом второго счетчика импульсов второй вход которого Подключен к выходу генератора счетных импульсов, первый и второй выходы регистра сдвига через второй элемент ИЛИ подключен к входу генератора импульсов, а третий выход регистра сдвига соединен с входом одноеибратора и одним

из входов первого элемента ИЛИ. второй вход которого подключен к четвертому выходу регистра сдвига.

Изобретение относится к неразрушающему контролю методами вихревых токов и может быть использовано в промышленности для определения прочностных характеристик стального листового проката. Цель изобретения - повышение чувствительности контроля и разрешающей способности устройства за счет учета изменения информативного параметра. Для этого возбуждают колебательный контур, элементом которого является вихретоковый преобразователь, прямоугольными импульсами с помощью генератора импульсов и измеряют длительности переходных процессов. В качестве информативного параметра используют суммарную длительность переходных процессов при разных параметрах контура. Устройство обеспечивает коммута- цию собственной частоты колебательного контура и автоматическое измерение информационного параметра. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. о