Вихретоковое устройство для неразрушающего контроля Советский патент 1992 года по МПК G01N27/90 G01N27/82 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля структуры и дефектоскопии поверхности электропроводящих объектов.

Известно вихретоковое устройство для неразрушающего контроля, содержащее соединенные последовательно строчный многоэлементный преобразователь, блок селекции, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, видеоконтрольный блок, и также синхрогенератор и датчик синхронизации записи.

Многоэлеметный преобразователь выполнен в виде двух строк элементарных преобразователей, сдвинутых друг относительно друга на половину расстояния между элементарными преобразователями в строке.

Недостатком данного устройства является большое число параллельных проводов, соединяющих многоэлементный преобразователь с блоком развертки, что

снижает надежность устройства и обусловливает высокий уровень перекрестных помех, а также то, что многоэлементный преобразователь состоит из двух строк, смещенных друг относительно друга, при такой конструкции преобразователя необходимо направление сканирования выдерживать строго перпендикулярно продольной оси преобразователя, иначе возникает искажение изображения на экране видеоконтрольного блока и остаются неконтролируемые зоны между элементарными преобразователями.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости устройства.

Это достигается тем, что в этом устройстве содержащем строчный многоэлементный преобразователь, последовательно соединенные блок селекции, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, каждый из которых соединен с синхрогенератором, видеоконтрольный блок и датчик синхронизаfe

VI

О

сл VJ

CN СО

И

ции записи, подключенный к синхрогенера- тору, между многоэлементным преобразователем и синхрогенератором включен формирователь импульсов тока, а каждая ячейка преобразователя содержит кольцевой сердечник из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, обмотка которого при помощи цепочек из последовательно соединенных резисторов и диода соединена с обмоткой возбуждения элементарного преобразователя и обмоткой перемагничи- вания сердечника следующей ячейки, причем обмотка перемагничивания сердечника первой ячейки соединена с первым выходом формирователя импульсов тока, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с шинами, пронизывающими соответственно сердечники первой и последующих, чередующихся через две, второй и последующих, чередующихся через две, и третьей и последующих, чередующихся через две, ячеек, при этом элементарные преобразователи содержат кольцевые сердечники из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, пронизанные шиной, подключенной к первому выходу формирователя импульсов тока, и расположенные таким образом, что ось сердечника образует с осью строки угол

arcsin l/d Ф arccos b/l,

где d - наружный диаметр сердечника,

I - расстояние между сердечниками,

b - высота сердечника.

На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - фрагмент многоэлементного чувствительного узла; на фиг.З - конструкция многоэлементного чувствительного узла; на фиг.4 - ориентация элементарных преобразователей; на фиг.5 - временные диаграммы чередования импульсов тока на выходах формирователя импульсов тока.

Устройство содержит строчный чувствительный узел 1, соединенные последовательно блок селекции 2, аналого-цифровой преобразователь 3, запоминающее устройство 4, цифроаналоговый преобразователь 5 и видеоконтрольный блок 6.

Устройство содержит также синхроге- нератор 7, первый выход которого подключен к второму входу блок селекции 2, второй выход соединен с вторым входом запоминающего устройства 4, третий выход соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, четвертый выход соединен со входом формирователя импульсов тока 8, первый вход синхрогенератора соединен со вторым выходом аналого-цифрового преобразователя 3, второй вход соединен с выходом блока синхронизации записи 9.

На фиг.1 показан также объект контроля

5 10, на который накладывается чувствительный узел.

Каждая ячейка строчного чувствительного узла содержит кольцевой сердечник 14 из материала с прямоугольной петлей гисте0 резиса (фиг.2), обмотка 22 которого через цепочки из последовательно соединенных резистора 15 и диода 16 соединена с обмоткой возбуждения 23 элементарного преобразователя и обмоткой перемагничивания

5 24 сердечника 14 следующей ячейки.

Сердечники 14 первой и последующих, чередующихся через две, ячеек пронизаны шиной 17, подключенной ко второму выходу формирователя импульсов тока 8, сердечни0 ки 14 второй и последующих, чередующихся через две, и третьей с чередующимися через две, ячеек пронизаны шинами 18 и 19, подключенными соответственно к третьему и четвертому выходам формирователя им5 пульсов тока 8. Элементарные преобразователи содержат кольцевые сердечники 11 из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, короткозамкнутую обмотку, индуктивность которой L и активное сопротивление

0 R показаны на схеме элементами 12 и 13.

Вместо элемента 12 могут быть включены магниточувствительные элементы - маг- ниторезисторы, магнитодиоды и др, Сердечники 11 пронизаны общей измери5 тельной обмоткой 21 и шиной 20, которая также пронизывает сердечник 14 первой ячейки. На фиг.За показана конструкция чувствительного узла для контроля электроводящих объектов, где 25 - зона расположе0 ния сердечников 14, 26 - зона расположения резисторов 15 и диодов 16, 27-зона расположения сердечников 11 элементарных преобразователей. На фиг.Зб представлена конструкция чувствительного

5 узла для контроля ферромагнитных изделий в приложенном магнитном поле, который отличается наличием зоны 28, в которой расположены магниточувствительные элементы 12.

0 Устройство работает следующим образом. Синхрогенератор 7 формирует сигналы, управляющие работой формирователя импульсов тока 8. При появлении импульса тока на его и соответственно на шине 20

5 (фиг.5) все сердечники 11 элементарных преобразователей и сердечник 14 первой ячейки перемагничиваются в состояние +ВГ.

Следующий импульс тока протекает по

шине 17 и приводит к перемагничиванию

сердечника 14 первой ячейки в состояние -Вг при этом в обмотке 22 наводится импульс тока, который перемагничивает сердечник 14 второй ячейки в состояния +ВГ, а сердечник элементарного преобразователя 11 первой ячейки в состояние -Вг. При этом в измерительной обмотке 21 наводится ЭДС электромагнитной индукции, параметры которой - амплитуда, длительность, форма зависят от активного сопротивления и индуктивности короткозамкнутой обмотки, которые изменяются при взаимодействии с объектом контроля и определяются его электрофизическими свойствами и наличием дефектов.

Следующий импульс тока появляется в шине 18 и приводит к перемагничиванию сердечника 14 второй ячейки в состояние -В, при этом импульс тока, возникший в обмотке 22 сердечника 14 второй ячейки перемагничивает в состояние +ВГ сердечник 14 третьей ячейки и в состояние -Вг сердечник 11 элементарного преобразователя второй ячейки, в результате чего в измерительной обмотке 21 наводится ЭДС параметры которой определяются индуктивностью и активным сопротивлением короткозамкнутой обмотки элементарного преобразователя второй ячейки.

Резисторы 15 необходимы для установления оптимальных токов в обмотках 23 и 24. Диоды 16 выполняют роль развязок и отключают от сердечников 14 элементарный преобразователь данной ячейки и сердечник 14 следующей ячейки при перемагничивании его из состояния -Вг в состояние +ВГ. При перемагничивании сердечника 14 из состояния +ВГ в состояние-Вг в обмотке 22 сердечника 14 предыдущей ячейки появляется импульс тока, который может изменить магнитное состояние сердечника. Чтобы этого не произошло импульсы тока формируют с перекрытием (фиг.5) в результате чего действие импульса тока от последующего сердечника компенсируется и сердечник не изменяет состояние.

Таким образом, при формировании импульсов тока в соответствии с диаграммой, приведенной на фиг.5, осуществляется самосканирование строчного преобразователя, опрашивающий импульс тока перемещается от первой ячейки к последней. Импульсы тока синхронизированы строчными синхроимпульсами, поступающими из синхрогенератора. Перемагничи- вание сердечника 14 первой ячейки и сердечников 11 всех ячеек осуществляется во время действия строчного гасящего импульса, который через цифроаналоговый

преобразователь 5 поступает на вход видеоконтрольного блока 6.

Информационный сигнал измерительной обмотки после амплитудной и временной селекции в блоке 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, где преобразуется в цифровой код и после установки сигнала на его выходе записывается в соответствующую ячейку запоминающего

устройства 4. Содержимое запоминающего устройства, по сигналам из синхрогенератора 7, непрерывно считываются и в цифроа- налоговом преобразователе 5, путем смешивания с телевизионными инхронизирующими и гасящими импульсами из синхрогенератора 7, формируется полный телевизионный сигнал. На экране видеоконтрольного блока 6 формируется изображение, соответствующее неравномерности

распределения электрофизических свойств и наличию дефектов объекта контроля.

Блок 9 синхронизации формирует импульсы после прохождения преобразователем определенного расстояния, это нужно

для того, чтобы масштаб изображения по вертикали на экране видеоконтрольного блока не зависел от скорости сканирования преобразователем поверхности объекта контроля,

Элементарные электромагнитные преобразователи ячеек могут быть выполнены как с сердечником, так и без него, но применение сердечника с прямоугольной петлей гистерезиса, позволяет, за счет использования его нелинейных свойств - высокой крутизны ветви петли гистерезиса, повысить чувствительность преобразователя и уменьшить его габаритные размеры.

При наличии короткозамкнутой обмотки можно записать уравнение по второму закону Кирхгофа l(t) iR + Ldi/dt где е(т) - ЭДС наводимая на обмотке при перемагничивании сердечника,R - активное сопротивление; L- индуктивность короткозамкнутой обмотки. Видно, что включив в цепь этой обмотки магниточувствительный элемент, сопротивление которого зависит от интенсивности магнитного поля, можно измерять и поля рассеяния дефектов ферромагнитных изделий.

Как показали экспериментальные исследования, конфигурация электромагнитного поля преобразователя с двухсекционной короткозамкнутой обмоткой подобна конфигурации поля прямоугольного преобразователя без сердечника, поэтому для устранения неконтролируемых зон между элементарными преобразователями, они ориентированы таким образом, что оси серденников образуют угол р с осью строки (фиг.4).

Такая ориентация элементарных преобразователей позволяет при перемещении строки сканировать поверхность объекта без пропусков. Угол наклона определяется условиями (фиг.4) перекрытия после соседних преобразователей, как видно максимальный угол р arccos l/d, а минимальный определяется соприкосновением соседних преобразователей (р arcsin l/d таким образом, arcsin l/d р arccosb/l где d - наружный диаметр сердечника;Ь - высота сердечника; - расстояние между сердечниками.

Конструкция и работа остальных блоков аналогична конструкции и работе соответствующих блоков прототипа.

Устройство по сравнению с прототипом, имеет в несколько раз меньшее число проводов, соединяющих преобразователь с электронной частью прибора (соответственно 6 и 130) при 64 элементном преобразователе, что позволяет повысить надежность и помехоустойчивость устройства. Замена блока развертки со 128 выходами на формирователь импульсов тока с 4 выходами позволяет уменьшить габариты и вес Расположение продольной строки элементарных преобразователей под углом к оси строки позволяет однострочным преобразователям сканировать без пропусков поверхность объекта контроля, т.е. устранить неконтролируемые зоны между преобразователями.

Формула изобретения

1. Вихретокоэое устройство для неразрушающего контроля по авт.св. № 1439484, отличающееся тем, что, с целью

повышения помехоустойчивости, оно снабжено связанным с синхрогенератором формирователем импульсов тока и дополнительными обмоточными узлами по

числу элементарных преобразователей, каждый из которых выполнен в виде кольцевого сердечника из материала с прямоуголь- ной петлей гистерезиса с обмоткой, которая при помощи цепочек из последовательно соединенных резистора и диода соединена с обмоткой возбуждения элементарного преобразователя и обмоткой перемагничивания сердечника следующего обмоточного узла, причем обмотка

перемагничивания сердечника первого узла соединена с первым выходом формирователя импульсов тока, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с шинами, пронизывающими соответственно сердечники первого и последующих, чередующихся через два, второй и последующих, чередующихся через два, узла,

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, ось сердечника образует с осью строки угол

arcsin l/d р arccos b/l

где d - наружный диаметр сердечника; I - расстояние между сердечниками; b - высота сердечника, причем каждый сердечник охвачен обмоткой, замкнутой накоротко.

3. Усройство по п.2, отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения, обмотка обмоточного узла замкнута через магниточувствительный элемент.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости контроля за счет использования чувствительных вихретоковых цепочек из обмоточных узлов с магнитопро- водами с прямоугольной петлей гистерезиса. Последние взаимодействуют с контролируемым объектом, за счет чего изменяются параметры указанных цепочек. Информация с последних снимается телевизионным методом и визуализуется. 2 з.п. ф-лы, 5 ил,

Фиг.1

Фиг.З

Фиг. 2

25 26 27 28

11

Фиг. 4

7,

t

tцикла

-строки

J i.

Фцг.5