Вихретоковое многопараметровое устройство для неразрушающего контроля и матричный накладной вихретоковый преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения параметров электропроводящих материалов .объектов.

Цель изобретения - повышение точности и информативности контроля.

Цель достигается путем формирования оптимальных функций вихретокового преобразователя за счет вариации параметров его измерительных и возбуждающих обмоток.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого вихретокового многопара- метрового устройства; на фиг.2 - матричный накладной вихретоковый преобразователь; на фиг.З - конструктивное выполнение рамочных измерительных обмоток; на фиг.4- 11 - примеры вариантов соединения обмоток возбуждения, на фиг. 12 - зависимости выходного напряжения вихретокового преобразователя от контролируемых параметров.

Вихретоковое многопараметровое устройство для неразрушающего контроля, содержит программно-управляемый по амплитуде и частоте генератор 1, матричный преобразователь с возбуждающей обмоткой 2, подключенный к генератору 1 и группу секционированных обмоток, две группы программно-управляемых коммутаторов и 7-9, входы каждого коммутатора первой группы подключены к выходам группы измерительных обмоток, выходы каждого коммутатора первой группы подключены к входам каждого коммутатора второй группы, а также последовательно соединенные программно-управляемый коммутатор 10, к входам которого подключены входы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор 11, аналого-цифровой преобразователь 12, блок управления 13 и блок отображения информации 14, управляемая шина блока управления подключена к управляющим входам генератора 1, коммутаторов обеих групп 4-6 и 7-9, программно-управляемого коммутатора 10 и аналого-цифрового преобразователя 12, дополнительный программно-управляемый коммутатор 10; управляющий вход которого соединен с управляющей шиной блока управления 13, возбуждающая обмотка матричного преобразователя 2 выполнена в виде секций, а генератор 1 подключен к ней посредством дополнительного программно-управляемого коммутатора 3.

Вихретоковый преобразователь 2 состоит из стрежневого магнитопровода 15, охватывающих его обмоток возбуждения, выполненных в виде множества секций 16г 16П,- распределенных по длине магнитопровода 15; концентрических измерительных обмоток 174-17П; размещенных рядом с обмотками возбуждения и выполненных в виде множества секций, рамочных петлеобразных обмоток 18i-18m размещенных рядом с концентрическими обмотками и выполненными в виде отдельных секций. В качестве примера на фиг.2 показано два

чередующихся ряда обмоток 17 и 18. Секции измерительных обмоток являются выходами вихретокового преобразователл и под- . ключаются к сигнальным входам

соответствующих коммутаторов 4-6. Обмотки возбуждения 16i-16n подключаются к входу программно-управляемого генератора 1. Число используемых обмоток возбуж дения и характер их соединения

О осуществляются программно-управляемым коммутатором 3. На фиг.З показан пример конструктивного выполнения рамочной обмотки 18,. уложенной через прорезь 19 на диэлектрической шайбе 20,-например, пря5 моугольной формы.

Вихретоковое многопараметровое устройство работает следующим образом.Вихретоковый преобразователь 2 в режиме настройки приводят в электромагнит0 ное взаимодействие с набором контрольных образцов, позволяющих определять реакции измерительных обмоток 17, 18 при вариации соответствующих параметров контролируемого объекта.

5 Формируемое матричным преобразователем 2 электромагнитное пол е-воздействует на обмотки возбуждения и изменяет их сопротивления за счет параметрического эффекта, в измерительных об0 мотках 17i-17r. магнитный поток,- создаваемый обмотками возбуждения 16-|- 16П наводит электродвижущие силы; определяемые как характером полей рассеяния с поверхностью магнитопроводов 15, так и

5 его амплитудой, в измерительных обмотках .наводится электродвижущая сила; определяемая только характером и величиной полей рассеяния. Переключая с помощью программно-управляемых

0 коммутаторов 4-6 соединения начала и концов секций измерительных обмоток, э с помощью, программно-управляемых коммутаторов 7-9 соединения начала и концов групп измерительных обмоток, получа5 ют различные функции преобразования вихретокового преобразователя. Затем посредством программно-управляемого коммутатора 3 соединяют в различной комбинации соединение обмоток возбужде0 ния 16i-16n, .получают различные функции преобразования преобразователей. Путем изменения величины тока в обмотках- возбуждения могут быть получены дополнительные функции преобразования. В

5 режиме настройки преобразователя могут быть использованы более трех коммутаторов в каждой группе. Анализируя выходные характеристики вихретокового преобразователя 2 при взаимодействии с контрольны- ми образцами, определяют оптимальные

варианты включения секций обмоток и измерительных обмоток, а также оптимальные значения токов в обмотках возбуждения.

Завершив режим настройки преобразователя, приводят его в взаимодействие с контролируемым объектом, реализуя выбранные режимы, анализируют выходные сигналы с помощью микроЭВМ 13 и по результатам анализа определяют контролируемые параметры и вы водят их на устройство отображения 14.

На фиг.4-11 приведены возможные варианты коммутации секций обмоток возбуждения 16 на примере четырёх секций. Размещение а зоне возникающих магнит- ных полей (отличающихся характером распределениятопологии поля), измерительных обмоток 17 и 18, позволяет получать большое количество зависимостей выходных напряжений как с отдельных сек- ций, так и с их групп. Не менее эффективно воздействие на эти зависимости величины тока, протекающего как по отдельным секциям, так и по их группам обмоток возбуждения, вызывающего изменения топологии магнитных силовых линий в области магни- топровода. Например, последовательно-согласное соединение (фиг.4), позволяет получать зависимости выходных напряжений с различных секций от величины зазора под полюсом преобразователя прямо про- тивоположные.

Устройство позволяет вместе с матричным преобразователем практически получать большое количество функций преобразования при контроле как геометрических, так и электромагнитных и физико- механических параметров и, как следствие, осуществить выбор оптимальных функций, обеспечивающих большую чувствитель- ность практически ко всем контролируемым параметрам. Это стало возможным прежде всего за счет реализации в матричном преобразователе одновременно следующих физических эффектов: зависимость величи- ны и топологии электромагнитных полей рассеяния преобразователя от величины параметров контролируемого объекта, то есть величины выходного напряжения, снимаемого с рамочных измерительных обмо- ток от этих параметров; зависимость величины магнитного потока, проходящего по магнитопроводу преобразователя от величины параметров контролируемого объекта, а следовательно и выходного напряжения, снимаемого с концентрических измерительных обмоток при изменении параметров объекта.

Завершив режим настройки, приводят вихретоковый преобразователь 2 в электромагнитное взаимодействие с электропроводящим материалом контролируемого обьек- та, реализуют выбранные режимы при настройке, совместно анализируют с помощью блоков управления 13 (например, микроЭВМ) полученные сигналы и определяют интересующие контролируемые параметры. Результаты контроля отображаются в блоке отображения информации 14.

При практической апробации был использован вихретоковый преобразователь с параметрами: диаметр магнитопровода 2 мм, высота магнитопровода 10 мм, число секций обмоток возбуждения 4. число секций рамочных измерительных обмоток 4, число секций концентрических измерительных обмоток 4, секции всех обмоток имели по 50 витков, диаметр намоточного провода всех секций 0,06 мм. В качестве контрольных образцов использовались образцы из чугуна, образцы в одном комплекте имели процентное содержание углерода С от 2,1 до 2,8% при постоянном значении процентного содержания кремния Si 1,4% образцы в другом комплекте содержали кремния от 1,24 до 1,9%, и углерода во всех образцах 2,7%. В качестве контролируемых параметров приняты: процентное содержание углерода С%, процентное содержание кремния Si% и величина зазора Дмкм или толщина диэлектрического покрытия под полюсом преобразователя. В качестве источника переменного тока использовался мультивибратор, величина намагничивающего тока при всех измерениях составляла 20x10 а, а частота 32 кГц, Наиболее эффективным методом нахождения параметров является метод получения линейных уравнений, В ходе экспериментальных исследований были получены три оптимальных варианта коммутации обмоток возбуждения.

Вариант К Коммутация обмоток возбуждения по схеме, приведенной на фиг.4. Из фиг. 12 следует, что напряжение с двух концентрических обмоток 17з, включенных встречно, изменялась линейно при изменении углерода С от 2,1% до 2,6%, U (р(С%), при изменении кремния Si от 1,10% до 1,6% U tp() и воздушного зазора от О до 90 мкм.

Вариант П. Включение секций обмоток возбуждения по схеме, приведенной на фиг.9. Из фиг.13. следует, что напряжение с двух рамочных обмоток 184; 18б, включенных согласно, изменялось линейно при изменении указанных параметров в тех же пределах.

Вариант ill. Включение обмоток возбуждения по схеме, приведенной на фиг.5.

Из фиг.14 следует, что напряжение с двух групп измерительных обмоток, включенных между собой согласно (одна группа состояла из двух рамочных дифференциально включенных обмоток 1821 18зи вторая группа состояла из трех ,17з, Мг концентрических обмоток включенных согласно/ практически также изменялось линейно при изменении углерода, кремния и воздушного зазора в тех же пределах.

Зависимости, приведенные на фиг.13,14, позволяют составить систему уравнений

U.i ацС + aiaSi + aw A(1)

Ull 321С + 322SI + 323 Д(2)

Uui аз1С + aaaSI + азз Д(3) где Uii Uit; Uui - напряжения, снимаемые с групп измерительных обмоток, соответствующих вариантам I, I, III;

а - коэффициенты, представляющие собой тангенсы наклона зависимостей, приведенных на фиг.13,14.

Из полученной системы следует, что точность контроля будет достигнута высокая, так как в уравнении (1) имеется составляющая, чувствительная к изменениям С%, а в уравнениях (2,3) соответственно к изменению Si% и Двмкм.

Из полученной системы на основе мик- роЭВМ легко находятся значения С%, 51%, Дв мкм, например, для С% расчетная формула примет вид

с%- ,

U, I 322823 |+и | ЗЦ813 i+u | аца12 | 1 I 832833 i 831333 I I 821322

811312313

821 322 323

831 332 333

. Формула изобретения.

1. Вихретоковое многопараметровое устройство для неразрушающего контроля, содержащее программно-управляемый по амплитуде и частоте генератор, матричный преобразователь с возбуждающей обмоткой1, подключенный к генератору, и группой

секционированных обмоток, две группы программно-управляемых коммутаторов, входы каждого коммутатора первой из которых подключены к выходам группы измерительных обмоток, выходы каждого коммутатора первой группы подключены к входам каждого коммутатора второй труппы, а также последовательно соединенные программно-управляемый коммутатор, к

входам которого подключены выходы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор,аналого-цифррвой преобразователь, блок управления и блок отображения информации, управляющая

шина блока управления подключена к управляющим входам генератора, коммутаторов обеих групп, программно-управляемого коммутатора и аналого-цифрового преобразователя,, отличающееся тем, что, с

целью повышения точности и информативности контроля, оно снабжено дополнитель- нымпрограммно-управляемым коммутатором, управляющий вход которого соединен с управляющей шиной блока управления, возбуждающая обмотка матричного преобразователя выполнена в виде секций, а генератор подключен к ней посредством дополнительного программно- управляемого коммутатора.

2, Матричный накладной-вихретоковый преобразователь, содержащий стрежневой магнитопровод, охватывающую его возбуждающую обмотку и m расположенных в плоскости, перпендикулярной оси

магнитопровода измерительных обмоток, каждая из которых выполнена в виде п секций, от личающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности, возбуждающая обмотка выполнена в виде m

секций, каждая из которых расположена в плоскости, соответствующей измерительной секции каждой измерительной обмотки, обмотки выполнены поочередно в форме петлеообразных рамок и концентрических

витков, а ближайшая к возбуждающей обмотке секция измерительной обмотки вы- полнена в форме петлеобразных рамок,

фи&.1

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения параметров электропроводящих материалов объектов. Цель изобретения - повышение точности и информативности контроля достигается благодаря тому, что вихретоковое многопа- раметровое устройство для неразрушающегоконтроля, содержащее программно-управляемый по амплитуде и частоте генератор, матричный преобразователь с возбуждающей обмоткой, подключенной к генератору, и группой секционированных обмоток, две группы программно-управляемых коммутаторов, входы каждого коммутатора первой группы подключены к выходам группы измерительных обмоток, выходы каждого коммутатора первой группы подключены к входам каждого коммутатора второй группы, а также последовательно соединенные программно- управляемый коммутатор, к входам которого подключены выходы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор, ана- лого-цифровой преобразователь, блок управления и блок отображения информации, управляющая шина блока управления подключена к управляющим входам генератора, коммутаторов обеих групп, программно-управляемого коммутатора и аналого-цифрового преобразователя, снабжено дополнительным программно-управляемым коммутатором, управляющий вход которого соединен с управляющей шиной блока управления, возбуждающая обмотка матричного преобразователя выполнена в виде секций, а генератор подключен к ней посредством дополнительного программно- управляемого коммутатора, а в матричном накладном вихретоковом преобразователе, содержащем стержневой магнитопровод, охватывающую его возбуждающую обмотку и расположенные в плоскости, перпендикулярной оси магнитопровода измерительной обмотки, каждая из которых выполнена в виде секций возбуждающая обмотка выполнена в виде секций, каждая из которых расположена в плоскости соответствующей измерительной обмотки, секции каждой измерительной обмотки выполнены поочередно в форме петлеобразных рамок и концентрических витков, а ближайшая к возбуждающей обмотке секция измерительной обмотки выполнена в форме петлеобразных рамок. 2 с.п. ф-лы, 14 ил. ел с оо со ю 00

(риа.2

Фс,г. &t/t. ц

ID 2О 30 40 5О 6О 70 80 9О fOO KM

.i 2.2 Z3 2.4.S 2.6 /

I, &tt

X/1.2 /.Ъ t4 tS

Фиг 1Z

Z.I

X/ 1.2 131.4flt/Z i3

S.

X/1.2 t3 Ifr

&&. &

ZS %

I SI,

i.5 i.ff %