Способ измерения электропроводности металлических изделий и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01N27/02 G01N27/90 

сл

с

Изобретение относится к неразрушающему контролю физико-механических свойств изделий и может быть использовано для вихретокового контроля изделий по электропроводности. Цель изобретения - повышение достоверности и производительности контроля за счет измерения фаз вносимых в вихретоковый преобразователь сигналов. При этом изменяют частоту возбуждения указанного преобразователя и выявляют наибольшую чувствительность к определенному физико-механическому свойству изделия. В устройстве, реализующем этот способ контроля, содержатся формирователи дискретных сигналов, кор- релирующихся с фазами вносимых в указанный преобразователь сигналов, блоки сравнения и счетчики сигналов, 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контро/оо методом вихревых токов, может быть использовано для контроля коррелированных с электромагнитными параметрами физико-механических свойств изделий из ферро- и неферромагнитных материалов в авиационной промышленности, машиностроении и других областях техни- ки.

По известным способам, заключающимся в последонательном сравнении разности фаз между возбуждающим и измерительным сигналами вихретокового преобразователя с двумя заданными значениями, сначала автоподстройкой частоты возбуждения обеспечивают совпадение указанной разности фаз с первым заданным значением, измеряют численное значение периода возбуждающего сигнала антоподстройкой частоты обесп эмивают совпадение этой разности со вторым заданным значением, измеряют второе численное значение периода возбуждающего сигнала и на основании этих измерений определяют значение элек- тропроводнсоти неферромагнитного материала.

Устройство для осуществления способа содержит блок сравнения фазы, дпа управляющих выхода которого соединены с входами управляемого генератора возбуждающих сигналов, вихретоковый преобразователь, выход которого соединен с выходом генератора возбуждающих сигналов, два усилителя-формирователя, входы которых соединены с соответствующими выходами вихретокового преобразователя, а выходы - с входами блока сравнения фаз. с третьим входом которого соединен выход первого триггера, и последовательносоеди- ненные генератор образцовой частоты эле3

И

;О :о

мент И, счетчик импульсов, информационные выходы которого соединены входами арифметического блока, при этом вход синхронизации первого триггера соединен со сбросовыми входами второго и третьего триггеров и арифметического блока, вход синхронизации второго триггера соединен с входом синхронизации третьего триггера, сбросовым входом четвертого триггера и инверсным выходом пятого триггера, прямой вход прямого триггера соединен с четвертым входом блока сравнения фазы и информационным входом третьего триггера, инверсный вход которого соединен со сбросовым входом первого триггера, вход синхронизации четвертого триггера и сбросовый вход счетчика импульсов соединены с третьим выходом блока сравнения фазы, выход четвертого триггера соединен с информационным входом пятого триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а прямой выход - с вторым входом элемента И и управляющим входом арифметического блока.

Данный способ, устройство, а также используемый алгоритм обработки информации не позволяют контролировать ферромагнитные материалы, при контроле которых измерительный сигнал вихретоко- вого преобразователя опережает по фазе возбуждающий сигнал, а заданные значения фазы, соответствующие наибольшей чувствительности преобразователя, лежат в первом квадранте плоскости годографов вносимых сопротивлений.

Целью изобретения является повышение достоверности и производительности контроля ферромагнитных и неферромагнитных материалов по физико-механическим свойствам.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения электропроводности металлических изделий вначале определяют знак фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала преобразователя и в зависимости от полученного знака сравнивают разность фаз между измерительным и возбуждающим сигналами с одним или другим заданным значением, соответствующим высокой чувствительности преобразователя к обобщенному параметру/ 0 , при этом отрицательный знак фазы измерительного сигнала соответствует неферромагнитному, а положительный - ферромагнитному материалам.

Устройство для измерения электропроводности металлических изделий, согласно

изобретению, дополнительно содержит мультиплексор-селектор и второй элемент И, при этом адресные входы мультиплексора-селектора соединены с выходами первого триггера, а его выходы - с вторым и третьим входами блока сравнения фазы, выход первого усилителя-формирователя сое- динен с вторым и третьим входами информационными входами мультиплексо0 pa-селектора и информационным входом первого триггера, выход второго усилителя- формирователя соединен с первым и четвертым информационными входами мультиплексора-селектора и входом синх5 ронизации первого триггера, первый вход

второго элемента И соединен с выходом

второго триггера, а второй вход - с третьим

выходом блока сравнения фазы, а - со сбросовым входом четвертого триггера,

0 информационный вход которого соединен с инверсным выходом, а сбросовый вход счетчика импульсов соединен со счетным входом второго триггера.

По предложенному способу первое за5 данное значение р фазы измерительного сигнала выбирают таким образом, чтобы обеспечить его высокую чувствительность к физико-механическим свойствам неферромагнитного материала, а второе заданное

0 значение (рг - чтобы обеспечить высокую чувствительность к физико-механическим параметрам ферромагнитного материала. Начальное значение частоты возбуждения преобразователя выбирают таким об5 разом, чтобы измерительный сигнал вихретокового преобразователя, установленного на поверхность контролируемого материала, по фазе отставал от возбуждающего сигнала, а измерительный сигнал

0 преобразователя, установленного на поверхность ферромагнитного материала, опережает по фазе возбуждающий сигнал.

После установки вихретокового преобразователя на поверхность контролируемо5 го изделия при о)(Оцач определяют знак фазы измерительного сигнала по сравнению с фазой возбуждающего сигнала. При отрицательном знаке фазу измерительного сигнала сравнивают с первым заданным

0

5

значением р , а при положительном - со вторым заданным значением (pi. В зависимости от знака результата сравнения увеличивают или уменьшают частоту возбуждения до тех пор, пока фаза измерительного сигнала не сравнится с заданным значением, т.е. выполнится условие баланса фаз. При фиксированной частоте слз баланса фаз измеряют период возбуждающего сигнала.

По знаку фазы измерительного сигнала определяют тип материала изделия, а по частоте баланса % или периоду возбуждающего сигнала судят о физико-механических свойствах изделия

Оптимальные значения обобщенных параметров / для неферромагнитного и для ферромагнитного материала и соответствующие им значения pi и рг опреде- ляют из расчетных характеристик вихретокового преобразователя.

Структурная схема устройства для осуществления способа представлена на фиг.1, а диаграммы, объясняющие его работу, на фиг.2.

Устройство содержит генераторы 1 возбуждающих сигналов и 2 образцовой частоты, преобразователь 3 вихретоковый, усилители-формирователи 4 и 5, мультиплексор-селектор 6, триггеры 7- 10, элемен- ты И 11 - 12, блок ТЗ сравнения фазы и счетчик 14 импульсов.

Вход преобразователя 3 соединен с выходом генератора 1, а его выходы с входами усилителей-формирователей 4 и 5. Первый адресный вход мультиплексора-селектора 6 соединен с первым выходом триггера 7 и входом блЬка 13, второй адресный вход- с инверсным выходом триггера 7, первый и четвертый информационные входы -с выхо- дом усилителя-формирователя 5 и входом синхронизации триггера 7, второй и третий информационные входы - с выходом усилителя-формирователя 4 и информационным входом триггера 7, а его выходы - соответ- ственно с вторым и третьим выходами блока

14,а сбросовый вход - с выходом триггера 10. Вход синхронизации триггера 9 соединен с выходом усилителя-формирователя 5,

а сбросовый вход - с выходом элемента 11 И, а его информационный вход - с инверсным выходом и входом синхронизации триг- гера 10. Вход элемента 12 И соединены соответственно с выходом генератора 2 и триггера 9, а его выход - с входом счетчика 14. Два входа блока 13 соединены соответственно с входами генератора 1, а его тре- тий выход - со вторым входом элемента 11 И.

На фиг.2 представлены эпюры напряжений на выходах следующих элементов: Un - клеммы Пуск (a), U4. Us - соответст- венно усилителей-формирователей 4 и 5 (б и в); Ue-1, Ue-2 - соответственно на первом и втором выходах мультиплексора-селектора б (г и д); U, Ue, Ug, Uio - гоотпегственно на

прямых выходах триггеров 7, 8, 9 и инверсном выходе триггера 10 (е, ж, з, и); Ui2 - элемента 12 И (к).

На фиг.2 приняты следующие обозначения: ги, Тф - временные сдвиги между прямоугольными импульсами измерительного и образцового сигнала при контроле соответственно неферромагнитного и ферромагнитного материалов; ti, te - моменты поступления сигнала Пуск при контроле неферромагнитного и ферромагнитного материалов; t2, ts - моменты начала квантования периода возбуждающего сигнала при контроле соответственно неферромагнитного и магнитного материалов; ts, t4 - соответствующие концу квантования.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в блок 13 сравнения фазы вводят заданные значения фазы для неферромагнитного р и ферромагнитного (рг материалов однозначно связанные с обобщенными параметрами , обеспечивающими наивысшую чувствительность преобразователя к соответствующему типу материала, Бистабильные элементы устройства устанавливают в исходное положение Вихретоковый преобразователь 3, возбуждаемый синусоидальными сигналами генератора 1 частотой (, устанавливают на поверхность контролируемого изделия. На выходах преобразователя устанавливаются две последовательности синусоидальных сигналов, сдвиг фаз между которыми при постоянном зазоре между преобразователем и поверхностью контролируемого изделия будет зависеть от его электромагнитных параметров, В случае контроля неферромагнитного материала прямоугольная последовательность образцовых сигналов на выходе усилителя- формирователя 5 будет опережать прямоугольную последовательность измерительных сигналов на выходе усилителя- формирователя 4, на временной сдвиг ги и триггер 7 установится в нулевое состояние (фиг.2 б, в, е). С первого и второго выходов мультиплексора-селектора 6 прямоугольные последовательности соответственно образцового и измерительного сигналов поступают на входы блока 13 сравнения фазы (фиг.2 г, д), Блок 13 с учетом нулевого потенциала с выхода триггера 7 преобразует первое заданное значение фазы pi в эквивалентный временной интервал и сравнивает его с выделенным интервалом ги В зависимости от знака результата сравнения соответствующий сигнал с первого или второго выхода блока 13 увеличивает или

меньшает частоту возбуждения до выполения условия баланса фаз.

Сигнал Пуск, поступивший на вход усройства в момент времени ti, нулевым ровнем устанавливает в нулевое состояние риггер 10 и счетчик 14 и задним фронтом - в единичное состояние триггер 8 (фиг.2 а, ж, и). С поступлением на входы элемента 11 И единичного потенциала с третьего выхода лока 13, свидетельствующего о выполнении условия балайса фаз, с выхода триггера 8 на сбросовый вход триггера 9 поступает разрешающий потенциал. Передний фронт образцового сигнала, поступившего на вход синхронизации триггера 9 в момент ta устанавливает последний в единичное состояние и счетчик 14 начинает подсчитывать поступающие на его вход с выхода элемента 12 И импульсы образцовой частоты (фиг.2 з, к). В момент тз передний фронт очередного сигнала с выхода усилителя-формирователя 5 устанавливает триггер 9 в нулевое состояние, вследствие чего триггер 10 устанавливается в единичное, а триггер 8- в нулевое состояние (фиг.2 в, ж, з, и). На выходе уст- ройства появляется нулевой сигнал Готово.

При этом в счетчике 14 окажется зафиксированным число

N Тв fo,

где Тв - значение периода возбуждающего сигнала при выполнении условия баланса фаз;

fo - значение образцовой частоты. При установке преобразователя 3 на поверхность изделия из ферромагнитного материала последовательность измерительных сигналов будет опережать последо- ёательность образцовых сигналов. Триггер 7 в этом случае устанавливается в единичное состояние (фиг.2 е) и на первом и втором выходах мультиплексора-селектора 6 появляются прямоугольные последовательности соответственно измерительных и образцоУ вых сигналов (фиг.2 г, д). Блок 13 начинает сравнивать временной сдвиг Тф с времен- ным эквивалентом второго заданного значения фазы р2 . В остальном процесс контроля изделия из ферромагнитного материала аналогичен процессу контроля изделий из неферромагнитного материала.

Нулевой уровень сигнала ферромагнетик, поступающего с триггера 7 на выход устройства, свидетельствует, что изделие выполнено из неферромагнитного, а единичный - ферромагнитного материала.

На основании кода, зафиксированного в счетчике 14, с учетом сигнала ферромагнетик судят о физико-механических свойствах контролируемого изделия.

Формула изобретения

ферромагнитных и неферромагнитных материалов по физико-механическим свойствам, определяют знак фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала преобразователя, и в зависимости от полученного знака фиксируют указанную разность фаз между измерительным и возбуждающими сигналами, при этом отрицательный знак фазы измерительного сигнала соответствует неферромагнитному, а положительный - ферромагнитному материалам.

которого соответственно соединены с входом и выходом третьего триггера, четвертый

5 триггер, вход синхронизации которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а инверсный вход - с входом третьего триггерами элемент И, первый вход которого соединен с прямым выходом чет0 вертого триггера, второй вход - с выходом генератора образцовой частоты, а выход - с входом счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности конт5 роля физико-механических свойства изделий, оно снабжено мультиплексором-селектором и вторым элементом И, при этом адресные входы мультиплексора-селектора соединены с выходами первого триггера, а выходы - с

вторым и третьим входами блока сравненияпервый вход второго элемента И соединен

фазы, выход первого усилителя-форми-с выходом второго триггера, а его второй

рователя соединен с вторым и третьимвход - с третьим выходом блока сравнения

информационными входами мультиплексо-фазы, а выход - со сбросовым входом чет- ра-селектора и информационным входом 5 вертого триггера, информационный вход копервого триггера, выход второго усилителя-

формирователя соединен с первым и четвертым входами мультиплексора-селектора и входом синхронизации первого триггера.

торого соединен с инверсным выходом, а сбросовый вход счетчика импульсов соединен со счетным входом второго триггера.

. |Л

} неоеррондгнетик

иа

.Ц,

ж

tv

%

NH

t, it

Фиг. 2.

Составитель Б.Березюк Техред М.Моргентал

Корректор И.Шулла

Редактор О.Стенина

Заказ 4119ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

фазы, а выход - со сбросовым входом чет- вертого триггера, информационный вход ко

торого соединен с инверсным выходом, а сбросовый вход счетчика импульсов соединен со счетным входом второго триггера.

Фецропагнетих

3ffnaSot

t3 и Ь

Корректор И.Шулла