Цифровой электромагнитный толщиномер Советский патент 1979 года по МПК G01B7/06 

1

Изобретение относится к средствам электромагнитной размерометрии и может быть использовано для контроля толщины материалов и изделий в машиностроении с преобразованием его результатов в цифровой код.

Известен электромагнитный толщиномер, содерл ;аи1,ий электроиндуктивный экранный преобразователь и связанный с ним индикатор сигналов 1.

Однако точность контроля на некоторых участках недостаточная из-за нелинейности характеристики взаимодействия преобразователя с контролируемы. образцом материала.

Известен цифровой электромагнитный толщиномер, содержащий блок синхронно коммутируемых излучающих и приемных электроиндуктивных преобразователей и связанный с ними блок цифровой индикации сигналов 2.

Однако точность и производительность контроля и.м недостаточные, так как синхронная ком.мутация производится посредством громоздкого и сложного электромеханического устройства, а блок цифровой индикации выполнен по компенсационной схеме с нуль-органом, нестабильность которой относительно велика.

Целью изобретения является повыщение

производительности и точности контроля, для чего излучающие преобразователи составлены из нескольких пар катушек, выполненных и включенных между собой так, что в направлении по оси, проходящей через катушки, создана траектория перемещения «нулевой напряженности магнитного поля, а блок цифровой индикации сигналов выполнен в виде последовательно связанных генератора тактовых сигналов, фазочувствительного детектора, регистра и счетчиков и.мпульсов.

Рекомендуется с целью повышения надежности толщиномера каждую пару катушек выполнить в виде плоских диэлектрических основании, установленных на заданном расстоянии друг от друга, витки на которых образуют плоские контуры.

На чертеже представлена структурная схема толщиномера.

Толщиномер содержит источник 1 тока, подключаемый с помощью коммутатора 2 к дисковььм катушкам 3 излучающих преобразователей, жестко коаксиально укрепленным в корпусе 4 источника, наложенного на поверхность 5 объекта 6 контроля. К управляющему входу коммутатора 2 через дешифратор 7 подключен выход счетчика 8. На другую сторону 9 объекта 7 наложен корпус 10 приемника (соосно с корiiycoM 4), содсржащи дисковые электро|П1дуктив11ыс приемные ирсобразовате.и 11, закреп.юнные в нем жестко коаксиально. Расстояние между соседними катушками 3 (их го.пцнна) paBiia, например, 1 мм, тот же параметр д:1я атушек преобразователей 11 равен, например, 1,1 мм, что обеспечивает дискретность отсчета, например, 0,1 мм. Катушки иреобразователей 11 через коммутатор 12 подключены к фазочувствительиому детектору 13. Уиравляюшие входы коммутатора 12 через дешифратор

14нодключены к выходам счетчика 15. Выход счетчика 8 подключен к входам регистра 16, выходы которого и выходы счетчика

15подключены к старшим и младшим разрядам цифрового индикатора 17. Выход источника 1 тока соединен с входом фазочувствительпого детектора 13 и делителя 18 частоты, выход которого соединен с входом схемы 19 управления. Выход детектора 13 подключен к схеме 19 управления с генератором тактовых импульсов, а выходы этой схемы соединены с входами «сброс и «счет счетчиков 9 и 15 и с входом «перепос регистра 16.

Работает толиипюмер следуюп,им образом.

Вначале импульс «сброс с выхода схемы 19 управлеиия устанавливает в «О счетчик 15 и в состояние, соответствуюн1,ее максимальной измеряемой толщине, счетчик 8. При этом, через коммутатор 2 к выходу источника 1 тока подключается первая (ближайшая к поверхпости 5 объекта 7 контроля) дисковая катушка 3, а через коммутатор 12 к входу фазочувствительного детектора 13 последняя наиболее удаленная от поверхности 9 объекта 7 контроля дисковая катушка индуктивного преобразователя 11. Благодаря тому, что дисковая катушка 3 состоит из внешней и внутренней спиралей, включенных встречно и обтекаемых одним и тем же током, распределение поля по ее оси таково, что в определеиной точке от ее поверхности поле равно нулю. Соотношением витков и радиусов спиралей расстояние от плоскости катушки 3 до точки нулевого поля выбрано таким, что эта точка располагается дальше от поверхпости 9 объекта 7, чем включенная в начальный момент последняя катушка преобразователя 11. После этого генератор тактовых импульсов схемы 19 управления подает на вход счетчика 8 импульсы, каждый из которых уменьшает состояние счетчика на 1. Благодаря связи схемы 19 управления через делитель 18 частоты с входом источника 1 тока излучаюшие катушки 3 поочередно переключаются при переходе через нулевое значение намагничиваюшего тока, что исключает переходные процессы становления этого тока (с учетом большого выходного сопротивления источника 1 тока). При этом переключения происходят через заданное количество периодов тока (равное коэффициенту деления делителя 18), что исключает влияние переходных нроцессов в приемном тракте толщиномера. Поочередное переключение катушек 3 нриводит к тому, что точка нулеBoio поля дискретно, с шагом, например,

Iмм перемешается в сторону объекта 7. Таки.ч образом, по оси, проходящей через катушки 3 и катушки преобразователей И, создается траектория пере.мещения «нулевой напряженности магнитного поля.

11ри пересечении этой точкой плоскости наиболее удаленной катушки преобразователя 11 фаза его выходного сигнала меняется на 180°, что вызывает изменение полярности сигнала фазочувствительного детектора 13. Это приводит к тому, что схема 19 управления подает в регистр 16 импульс «перенос и состояние счетчика 8 переносится в регистр, где запоминается значение старших разрядов толщины объекта 7. Затем импульсы счета поступают на входы счетчиков 8 и 15 одновре.менно. При этом точка нулевого поля продолжает дискретно перемещаться в сторону объекта, как и ранее, с щагом, например, 1 мм, а коммутатор 12 иереключает преобразовате;1ь 11 также в сторону объекта 7 контроля с ща|-ом, например, 1,1 м.м. Так как расстояние между катушками преобразователя 11 на 0,1 мм больше, чем между катушками 3, то вновь включенная коммутатором 12 катушка преобразователя 11 оказывается на 0,1 мм ближе к точке нулевого поля, чем предыдущая, т. е. переключаемые катушки преобразователя 11 как бы «догоняют точку нулевого поля с дискретностью 0,1 мм. Когда в результате очередного переключения катушек 3 и катушек преобразователя 11 очередная подключенная коммутатором 12 к входу фазочувствительного детектора 13 катушка преобразователя

I1окажется ближе к объекту 7 контроля, чем точка нулевого поля, полярность на выходе фазочувствительного детектора 13 опять изменится на 180°, что вызовет прекращение подачи счетных импульсов со схемы 19 управления. При этом в счетчике 15 находятся младшие разряды значения толнщны объекта 7.

Цифровой индикатор 17 будет отображать результат измерения толщины объекта 7 контроля, старшие разряды которого записаны в регистре 16, а младшие - в счетчике 15.

При контроле толщины непроводящих объектов допустимо использование частоты намагничивающего тока источника 1 порядка Гц, при коэффицифициенте деления делителя 18 частоты порядка что достаточно для исключения влияния переходных процессов в приемном тракте толщиномера, и при количестве дисковых катущек порядка 10-, что достатично для контроля значительных толщин, максимальное время измерения составит порядка 4-80 м/сек, что минимум на два порядка меньше быстродействия известных толщиномеров. Функциональные узлы схемы (12-18 и 7,8) могут быть выполнены на интегральных схемах.

Катушки 3 и катушки преобразователя 11 выполнены в виде плоских диэлектрических оснований, установленных на заданном расстоянии друг от друга, витки на которых образуют плоские контуры. Последние могут быть выполнены методами печатного монтажа или другими методами основанными на нанесении электропроводящих материалов на диэлектрик.

Формула изобретения

1. Цифровой электромагнитный толщиномер, содержащий блок синхронно-коммутируемых излучающих и приемных электроиндуктивных преобразователей и связанный с ними блок цифровой индикации сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения пропзводитсльност п точности контроля, излучающие преобразователи составлены из нескольких пар катушек, выполненных и включенных между собой так, что в направлении по оси, проходящей через катушки, создана траектория перемещения «нулевой напряженности магнитного поля, а блок цифровой индикации сигналов выполнен в виде последовательно связанных генератора тактовых сигналов, фазочувствительного детектора, регистра и счетчиков импульсов.

2. Толщиномер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения надел ности, каждая пара катушек выполнена в виде плоскпх диэлектрических оснований, установленных на заданном расстоянии друг от друга, витки на которых образуют плоские контуры.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 358607, кл. G 01 В 7/06, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР .№ 491022, кл. G 01 В 7/06, 1973.

«ш