Устройство фазоимпульсного управления для магнитного дефектоскопа Советский патент 1993 года по МПК G01N27/84 

Изобретение относился к неразрушающему контролю ферромагнитных изделий магнитопорошковым методом и может быть использовано для выявления поверхност ных дефектов, например, коленчатых валов, осей вагонных и локомотивных колесных пар и других деталей подвижного состава железнодорожного транспорта при выполнении ремонтных работ.

Известно устройство фазоимпульсного управления (УФИУ) переносного импульсного дефектоскопа, применяемого для маг- нитопорошкового контроля деталей двигателей внутреннего сгорания, содержащий силовой блок, накопительную емкость в виде батареи конденсаторов,, шаговый искатель, блок коммутации и силовой управляемый тиристор. Контроль деталей производится способом остаточной намагниченности (СОН).

Недостатком данного УФИУ являются низкие функциональные возможности, обусловленные отсутствием в дефектоскопе режима контроля деталей способом приложенного поля (СПП).

Известно также УФИУ специализированного магнитопорошкового дефектоскопа, применяемого для контроля деталей из ферромагнитных материалов на железнодорожном транспорте, содержащий амп-. литудно-фазовый блок, силовые тиристоры, включенные в первичную обмотку разделительного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с намагничивающим устройством. Контроль деталей производится способом приложенного поля.

00

о

00

о о

Недостатком этого УФИУ является также его низкие функциональные возможности, что обусловлено отсутствием режима контроля СОН, невозможностью регулирования намагничивающего тока и автоматического размагничивания деталей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому решению является фазоимпульсный регулятор тока для источников питания лазеров на парах металла, который может быть использован в качестве УФИУ магнитного дефектоскопа.

Устройство содержит последовательно соединенные входной трансформатор, нуль-орган, разрядный ключ, схему задержки и генератор импульсов, и последовательно соединенные формирователь импульсов управления, управляемый вентиль и выходной трансформатор.

Устройство работает следующим образом.

Входной трансформатор обеспечивает питанием всю низковольтную часть схемы. В момент перехода переменного напряжения через ноль на выходе нуль-органа появляются импульсы положительной полярности, заставляющие срабатывать разрядный ключ. Схема задержки задерживает генерацию управляющих импульсов относительно каждого нулевого момента напряжения. Генератор импульсов управления подает на формирователь импульсов управления импульсы с частотой 20-25 кГц и длительностью 15-20 мкс, длительность которых может регулироваться. Сформированные и усиленные в формирователе импульсов управления импульсы подаются на управляемый вентиль, являющимся коммутирующим силовым элементом и пропускающим на нагрузку часть полупериодов или полные полупериоды в зависимости от величины задержки.

Преимуществом указанного прототипа по сравнению с аналогом и является некоторое расширение функциональных возможностей за счет изменения величины переменного намагничивающего тока от нуля до максимального значения (т.е. обеспечена возможность регулирования величины переменного намагничивающего тока).

Однако и данному устройству присущ недостаток, обусловливающий низкие функциональные возможности из-за наличия только одного режима контроля деталей, а именно - СПП.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля путем обеспечения дополнительного режима контроля - СОН.

Поставленная цель достигается тем, что известное УФИУ. содержащее последовательно соединенные входной трансформатор, нуль-орган, разрядный ключ, схему

задержки и генератор импульсов, и последовательно соединенные формирователь импульсов управления, управляемый вентиль и выходной трансформатор, согласно изобретению снабжено последовательно

0 соединенными выпрямителем, подключенным к выходу входного трансформатора, элементом ИЛИ, и элементом И, второй вход которого подключен к генератору импульсов, а выход соединен со входом фор5 мирователя импульсов управления, последовательно соединенные RS-тригге- ром подключенным к выходу нуль-органа, 1К триггером, прямой выход которого подключен ко второму входу элемента ИЛИ, а

0 инверсный выход соединен с переключателем, первый выход которого подключен к третьему входу элемента И, схе мой установки триггера, включенной между вторым выходом формирователя импульсов управ5 ления и вторым входом IK-триггера, последовательно соединенными кнопкой и электромагнитным реле, выходы которого подключены к RS-триггеру и схеме задержки, и источником логической единицы, вы0 ход которого соединен со вторым и третьим входами переключателя, четвертый вход переключателя соединен с общим проводом, а второй выход переключателя подключен к третьему входу 1К-триггера.

5 .Достижение поставленной цели, обеспечиваемое новой совокупностью признаков, поясняется следующим.

Если в прототипе известный регулятор мощности (фазоимпульсный регулятор тока)

0 не позволяет получить режим контроля СОН, то в предлагаемом УФИУ магнитного дефектоскопа для устранения этого недостатка введены новые блоки.

В известном техническом решении вы5 ход генератора импульсов управления непосредственно связан с формирователем импульсов управления. Такое соединение дает возможность управлять вентилем в каждом полупериоде питающего напряже0 ния, но получить однополярные импульсы в нагрузке не позволяет. Для получения одно- полярных импульсов необходимо получить импульсы управления, чередующиеся через один полупериод. В этом случае на нагрузке

5 будет действовать выпрямленное однополу- периодное напряжение. Так как нагрузкой управляемого вентиля служит первичная обмотка выходного трансформатора, то прин- ципиально необходимо, чтобы через управляемый вентиль протекал ток только а

- синхронный RS-триггер и IK-триггер реализованы на одном корпусе микросхемы К 511ТВ1 6К0.348.218ТУ, содержащей 2 IK- триггера;

- схема установки триггера выполнена на двух элементах микросхемы К 511ЛА5 6К0.348.149ТУ;

- источник логической единицы реализован на одном элементе микросхемы К 511ЛА5 6К0.348.149ТУ;

-логический элемент ИЛ И представляет диодную схему логического сложения, реализован на диодах КД511А ТТ3.362.100ТУ;

- логический элемент И реализован на микросхеме К 511ЛИ1 6К0.348.149ТУ;

- электромагнитное-реле представляет собой двухпозиционное одностабильное с двумя переключающими контактами, питаемое постоянным током - реле РЭС9.РС4.529.029-08 РСО.452.034 ТУ;

- кнопка, микропереключатель ПМ29А-1 АГО.367.00 ТУ;

- переключатель, тумблер ПТ41-2В АГО.360.035 ТУ.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания от однофазной сети переменного тока 220 В 50 Гц нал дефектоскоп схема 15 установки триггера устанавливает К-триггер 13 в единичное состояние.

При включении переключателя 14 в режим контроля СПП (диаграммы напряжений представлены на фиг.2), переменное напряжение от входного трансформатора 1 подается на нуль-орган 2 (график 1). В момент перехода переменного напряжения через нуль на выходе нуль-органа 2 будут синхроимпульсы (график 11), которые управляют работой разрядного ключа 3 и синхронного RS-триггера 12. При разомкнутой кнопке 16 на выходе синхронного RS-триггера 12 имеется уровень логической 1. При замыкании кнопки 16 в момент прихода синхроимпульса от нуль-органа 2 синхронный RS-триггер 12 переключается в нулевое состояние (график IV), при этом состояние IK-триггера 13 не меняется (график V), так как его третий вход через замкнутые контакты переключателя 14 соединен с массой. Напряжение от выпрямителя 9 (график VI) подается на вход элемента ИЛИ 10, на выходе которого будет уровень логической 1 (график VII).

Разрядный ключ 3 с приходом каждого синхроимпульса устанавливает схему 4 задержки в .нулевое состояние (график III). Схема 4 задержки задерживает появление импульсов на выходе генератора 5 импульсов относительно каждого момента нулевого напряжения (график VIII).

Длительность задержки устанавливается задатчиком тока (на схеме не показан), работой которого управляет электромагнитное реле 17, Диаграмма напряжений графикэ VIII, соответствует минимальной задержке, при которой ток в нагрузке протекает с начала каждого полупериода (график XI).

На вход элемента И 11 от элемента ИЛИ

0 10 поступает напряжейие с уровнем логической 1 (график VII), на второй вход от генератора 5 импульсов поступают импульсы, задержанные относительно каждого нулевого момента напряжения (график VIII), а на

5 третий вход через замкнутые контакты переключателя 14 поступает напряжение с уровнем логической 1 от источника 18 логической единицы. При этом на выходе элемента И 11 в каждом полупериоде

0 появляются импульсы, задержанные относительно нулевых моментов напряжения (график IX), которые преобразуются в формирователе 6 импульсов управления до значений, необходимых для отпирания вентиля

5 7, который является коммутирующим силовым элементом, пропускающим в первичную обмотку выходного трансформатора 8 или часть полупериодов, или полные полупериоды, в зависимости от установленной

0 в схеме 4 задержки величины задержки.

При размыкании кнопки 16 реле своими контактами (на схеме не показаны) возвращает синхронный RS-триггер 12 в исходное состояние, а в схеме 4 задержки

5 коммутирует цепи плавного увеличения величины задержки до максимального значения. Ток нагрузки при этом плавно уменьшается до нуля. Таким образом происходит размагничивание контролируемой де0 тали переменным убывающим током (или полем, в случае применения в качестве нагрузки соленоида или электромагнита).

При переключении переключателя 14 в режим контроля СОН (диаграммы напряже5 ний представлены на фиг.З), нуль-орган 2, разрядный ключ 3, схема 4 задержки, генератор 5 импульсов и синхронный RS-триггер 12 работают аналогично, как и при режиме контроля СПП. На третий вход IK-триггера

0 13 в этом случае через замкнутые контакты переключателя 14 поступает уровень логической 1 от источника 18 логической единицы.

После замыкания кнопки 16 1К-триггер

5 13 устанавливается в нулевое состояние. На вход элемента ИЛИ 10 подается однополу- периодное напряжение (график VI). а на второй вход уровень логического О. Как только амплитуда однополупериодного напряжения достигнет уровня логической 1

течение одного полупериода. С этой целью в предлагаемом решении между генератором импульсов и формирователем импульсов управления включен логический элемент И, который совместно с элементом ИЛИ и IK-триггером позволяет получить в нагрузке одиночный импульс тока,

Наличие выпрямителя, подключенного к выходу входного трансформатора и входу элемента ИЛИ позволяет выделить в режи- ме контроля СОН импульсы управления для формирования .тока в нагрузке, которые следуют через один полупериод.

Кроме того, известный фазоимпульс- ный регулятор тока (регулятор мощности) работает в непрерывном режиме. Однако контроль деталей в условиях выполнения ремонтных работ предъявляет к магнитным дефектоскопам требование экономичности, что может быть достигнуто путем повторно- кратковременной работы.

С этой целью для управления работой задатчика тока (на схеме не показан) схемы задержки в устройство введено электромагнитное реле, позволяющее дистанционно осуществлять включение УФИУ от кнопки.

IK-триггер является основным элементом, определяющим работу устройства как в режиме контроля СОН, так и в режиме контроля СПП. При этом при включении напряжения питания и после прохождения в нагрузку одного полупериода сетевого напряжения IK-триггер устанавливается в единичное состояние, а переключение происходит при замыкании кнопки, причем только в режиме контроля СОН.

Введение связи между нуль-органом и синхронным RS-триггером позволяет производить переключение .триггера синхронно с нулевыми моментами питающего напряжения.

Для повышения помехоустойчивости RS-триггера и исключения случайного срабатывания его вследствие переходных процессов, вызванных дребезгом контактов электромагнитного реле, он выполнен.син- хронным. Изменение состояния синхронного RS-триггера происходит при замкнутой кнопке в момент прихода синхроимпульса от нуль-органа. Наличие связи между фор- мирователем импульсов управления и схемой установки триггера является отличительной особенностью УФИУ. Благодаря такой связи в режиме контроля СОН возможна установка IK-триггера в единич- мое состояние при наличии на входе схемы установки триггера импульса,

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства фазоимпульсного управле-

ния магнитного дефектоскопа; на фиг.2 и 3 - диагоаммы напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство фазоимпульсного управления магнитного дефектоскопа содержит по- следовательно соединенгше входной трансформатор 1, нуль-орган 2, разрядный ключ 3, схему 4 задержки и генератор 5 импульсов, и последовательно соединенные формирователь 6 импульсов управления, управляемый вентиль 7 и выходной трансформатор 8, последовательно соединенные выпрямитель 9, подключенный к выходу входного трансформатора 1. элемент ИЛИ 10. и элемент И 11, второй вход которого подключен к генератору 5 импульсов, а выход соединен со входом формирователя 6 импульсов управления, последовательно соединенные RS-триггер 12 подключенный к выходу нуль-органа 2 подключенный к выходу нуль-органа 2, IK-триггер 13, прямой выход которого подключен ко второму входу элемента ИЛИ 10, а инверсный выход соединен с переключателем 14, первый выход которого подключен к третьему входу элемента И 11, схему 15 установки триггера, включенную между вторым выходом формирователя 6 импульсов управления и вторым входом IK-триггера 13, последовательно со- еДиненные кнопку 16, электромагнитное реле 17, выходы которого подключены к RS-триггеру 12 и схеме 4 задержки, источник 18 логической единицы, выход которого соединен со вторым и третьим входами переключателя 14, четвертый вход переключателя 14 соединен с общим проводом, а второй выход переключателя 14 подключен к третьему входу IK-триггера 13.

Использование в предлагаемом изобретении новых блоков (схем) выгодно отличает УФИУ магнитного дефектоскопа от прототипа, так как обеспечивает возможность проведения контроля СПП и СОН, а также производить регулирование величины намагничивающего тока и автоматическое размагничивание деталей.

Элементы, применяемые при выполнении устройства:

- блоки (схемы), входящие в состав устройства (нуль-орган, разрядный ключ, схема задержки, генератор импульсов, формирователь импульсов управления и вентиль), реализованы с применением интегральных и дискретных электронных элементов: микросхем К 511ЛА5 6К0.348.149ТУ; транзисторов КТ3102АМ ЭА0.336.122ТУ, КТЗЮТк аА0.336.170ТУ, КТ117ВМ ТТ3.3.365.002ТУ КТ814В аА0.336.184ТУ: триака ТС 142-80- 6-6 ТУ 16-432.013-83;

(точка а на графике VI) на выходе элемента ИЛИ 10 появится уровень логической Г (график. VII), который подается на вход элемента И 11. на второй вход которого подаются задержанные относительно каждого нулевого момента напряжения импульсы (график VIII), а на третий вход через контакты переключателя 14 подается уровень логической 1 с инверсного выхода IK-триггера 13.

Первый из импульсов генератора 5 импульсов, прошедший на выход элемента И 11 (график IX) через формирователь 6 импульсов управления отпирает вентиль 7.

Одновременно формируется импульс сброса (график X). который через схему 15 установки триггера возвращает IK-триггер 13 в единичное состояние. На третьем входе логического элемента И 11 появляется уровень логического О и поступление импульсов от генератора 5 импульсов через логический элемент И 11 на вход формирователя 6 импульсов управления прекращается. В течение полупериода в нагрузке протекает ток (график XI). При переходе сетевого напряжения через нуль вентиль 7 закрывается.

Для повторного пуска кнопку 16 необходимо разомкнуть и снова замкнуть.

Формула изобретен и я

Устройство фазоимпульсного управления ма гн итного дефе ктос копа, содержащее последовательно соединенные входной

трансформатор, нуль-орган, разрядный ключ, схему задержки и генератор импульсов и последовательно соединенные формирователь импульсов управления. управляемый вентиль и выходной трансформатор, отличающееся , что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными выпрямителем, подключенным к выходу входного трансформатора, элементом ИЛИ и элементом И. второй вход которого подключен к генератору импульсов, а выход соединен с входом формирователя импульсов управления, последовательно соединенны- ми RS-триггером, подключенным к выходу нуль-органа, IK-триггером. прямой выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, и переключателем, первый вход которого соединен с инверсным выходом IK-триггера, первый выход переключателя подключен к третьему входу элемента И, схемой установки триггера, включенной между вторым выходом формирователя импульсов управления и вторым выходом IK- триггера, последовательно соединенными кнопкой и электромагнитным реле, выходы которого подключены к RS-триггеру и схеме задержки, и источником логической единицы, выход которого соединен с вторым и третьим входами переключателя, четвертый вход переключателя соединен с общим проводом, а второй выход переключателя подключен к третьему входу 1К-триггера. &ОВ50Гц

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при дефектоскопии изделий из ферромагнитных материалов. Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет введения дополнительного режима контроля. Режим работы устройства определяется положением переключателя 14 и в зависимости от его положения осуществляется контроль либо методом приложенного поля, либо методом остаточной намагниченности. В обоих случаях нуль-орган 2 фиксирует прохождение сигнала через нулевое значение, управляя ра ботой RS -триггера 12, разрядный ключ 3 устанавливает в нулевое значение схему 4 задержки, которая уп- .равляет работой генератора 5 импульсов. Отличие режимов сводится к различным способам формирования тока в нагрузке, определяющим либо плавное нарастание его величины, либо импульсное. 2 ил. ё