Устройство для неразрушающего контроля металлических изделий Советский патент 1993 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов и может быть использовано в машиностроении и черной металлургии.

Целью изобретения является повышение точности при контроле физико-механических свойств ферромагнитных материалов.

На фиг, 1 показана блок-схема устройства для контроля физико-механических свойств ферромагнитных материалов; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 - одна из возможных конструкций индуктивного преобразователя, используемого в устройстве.

Устройство содержит индуктивный преобразователь 1; жестко связанный с ним емкостный датчик зазора 2; регистрирующее устройство 3; умножитель 4, включенный между выходом индуктивного преобразователя 1 и входом регистрирующего устройства 3. Выход генератора 5, в колебательный контур которого включен емкостный -датчик зазора 2, через делитель частоты 6 соединен с входом синхронного фильтра 7. Выход синхронного фильтра 7 через выпрямитель 8, усилитель 9 и функциональный блок 10 соединен со вторым входом умножителя 4. Выход фазового детектора 11, входы которого соединены с выXI

Ю оо

СХ

XI CN

ходом делителя частоты 6 и выходом генератора тактовых импульсов 12, через блок памяти 13 соединен с управляющим входом генератора 5, причем управляющий вход цифрового блока памяти 13 через ключ 14 соединен с выходом генератора тактовых импульсов 12,

Опытным путем установлено, что выходной сигнал индуктивного преобразователя в функции от зазора наиболее точно аппроксимируется выражением:

Unp Uo пр (а # + b 5 + 1),

0)

где Uonp - сигнал преобразователя при зазоре, равном 0;

д - величина зазора;

a, b - константы, определяемые конструкцией датчика.

Уравнение (1) получено обработкой опытных данных с использованием метода наименьших квадратов. Для преобразователя, применяемого авторами (см. фиг. 3), константы а и b равны соответственно 0,031 0,290 .

Как следует из выражения (1), для отстройки от влияния зазора выходной сигнал индуктивного преобразователя необходимо умножить на корректирующий сигнал

Цкор а б2 + Ъд+ 1.

(2)

С этой целью при помощи емкостного датчика 2 изменения зазора преобразуют в изменения частоты генератора 5.

Частоту генератора 5 выбирают высокой с тем, чтобы получить высокую чувствительность емкостного датчика к зазору. Однако обработку сигнала удобнее и точнее проводить на низкой частоте. Поэтому с помощью делителя частоты 6 частоту генератора 5 делят на число N.

В конкретном устройстве, испытанном авторами, частота генератора 5 выбрана равной 5 МГц, (при d ), коэффициент деления N 100. Кроме того, делитель частоты 6 ограничивает и стабилизирует амплитуду импульсов, что необходимо для получения высокой точности преобразования.

Устройство работает следующим образом;

Частота генератора 5, определяемая емкостью датчика зазора 2, а следовательно, величиной зазора д поступает на вход делителя частоты 6. G выхода делителя частоты 6 последовательность импульсов поступает на вход синхронного фильтра 7 и один из входов фазового детектора 11.

Частота резонанса синхронного фильтра 7 равна тактовой частоте, поступающей с выхода генератора тактовых импульсов 12. Синхронный фильтр 7 необходим для получения сигнала, прямо пропорционального величине зазора д. Процесс преобразования с помощью фильтра показан на фиг. 2, на которой представлены зависимость относительного изменения частоты генераторэ 5 от зазора (кривая 1), зависимость относительного изменения коэффициента передачи синхронного фильтра 7 от относительного изменения частоты генератора 5 (кривая 2), зависимость относительного изменения коэффициента передачи синхронного фильтра 7 от зазора (кривая 3). Как видно из фиг. 2 нелинейность кривой 1 компенсируют нелинейностью кривой 2. В результате на выходе синхронного фильтра

получают сигнал, линейно зависящий от зазора. Линейный характер зависимости обеспечивают соблюдением равенства

f,

рез

Рген/N,

(3)

где Трез - частота резонанса синхронного фильтра;

- частота генератора 5 при бесконечно большом зазоре;

0 N - коэффициент деления делителя частоты 6.

Этого достигают периодической подстройкой частоты генератора 5 с помощью напряжения, подаваемого на управляющий

5 вход генератора 5 с выхода цифрового блока памяти 13. Подстройку генератора 5 осуществляют замыканием ключа 14 при отсутствии контролируемого материала. При этом на управляющий вход цифрового блока па0 мяти 13 начинает поступать последовательность тактовых импульсов. При частоте генератора 5 fpea N сигнал на выходе фазового детектора 11 отсутствует, а на выходе цифрового блока памяти 13 уста5 навливается значение управляющего напряжения, необходимое для выполнения равенства (5). В случае отклонения частоты генератора 5 в большую или меньшую сторону на выходе фазового детектора 11

0 появляется сигнал рассогласования соответствующий полярности, поступающий на запоминающий вход цифрового блока памяти 13. На выходе цифрового блока памяти 13 формируется управляющее напряжение,

5 увеличение или уменьшение которого соответственно увеличивает или уменьшает частоту генератора 5. В результате подстройки равенство (3) восстанавливается. Длительность процесса не превышает 0,5 с., после чего размыканием ключа 14 прекращают

цикл подстройки частоты генератора 5. При этом тактовые импульсы на управляющий вход цифрового блока памяти 13 не поступают, цифровой блок памяти 13 запоминает сформированное управляющее напряжение в виде двоичного цифрового кода. Тем самым обеспечивают долговременное хранение управляющего напряжения на управляющем входе генератора 5,

Выходной переменный сигнал синхронного фильтра, прямо пропорциональный зазору д, выпрямляется, усиливается и поступает на вход функционального блока 10. Функциональный блок 10 формирует корректирующий сигнал, определяемый выражением (2). Результат перемножения корректирующего сигнала и выходного сигнала индуктивного преобразователя 1, не зависящий от нестабильности рабочего зазора, поступает на регистрирующее устройство 3.

Таким образом, устройство обеспечивает повышение чувствительности корректирующего сигнала к зазору с ростом зазора, что исключает недокомпенсацию при зазорах, больше номинального значения, и пе- рекомпеисацию при зазорах, меньше номинального значения. Долговременное хранение управляющего напряжения на управляющем входе генератора 5, в контур которого включен емкостной датчик зазора, с его периодической подстройкой уменьшает разбаланс устройства. В результате

точность контроля физико-механических свойств ферромагнитных материалов повышается.

Формула и зоб ре тения

Устройство для неразрушающего контроля металлических изделий, содержащее индуктивный преобразователь, жестко скрепленный с ним емкостной преобразователь зазора, канал измерения зазора и регистратор, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности при контроле физико-механических свойств ферромагнитных материалов, оно снабжено умножителем, включенным между выходом индуктивного преобразователя и регистратором, а канал-измерения зазора выполнен в виде последовательно соединенных управляемого по частоте генератора, в колебательный контур которого включен емкостной преобразователь зазора, делителя частоты, синхронного фильтра, выпрямителя, усилителя и функционального блока, выход которого подключен к второму входу

умножителя, последовательно соединенных фазового детектора и цифрового блока памяти, выход которого соединен с управляющим входом управляемого по частоте генератора, а также генератора тактовых

импульсов, выход которого подключен к входам синхронного фильтра и фазового детектора, и через ключ - к второму входу цифрового блока памяти.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля ферромагнитных материалов и может быть использовано в машиностроении и черной металлургии. Цель изобретения - повышение точности при контроле физико-механических свойств ферромагнитных материалов - достигается благодаря тому, что устройство для неразрушающего контроля металлических изделий, содержащее индуктивный преобразователь, емкостный преобразователь зазора, канал измерения зазора и регистратор, снабжен умножителем, включенным между индуктивным преобразователем и регистратором, а канал измерения зазора выполнен в виде последовательно соединенных управляемого по частоте генератора, в колебательный контур которого включен емкостный преобразователь зазора, делителя частоты, синхронного фильтра, выпрямителя, усилителя и функционального блока, выход которого подключен к второму входу умножителя, последовательно соединенных фазового детектора и цифрового блока памяти, выход которого соединен с управляющим входом управляемого по частоте генератора, а также генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к выходам синхронного фильтра и фазового детектора, и через .ключ к второму входу блока памяти. 3 ил.