Двухчастотный модуляционный дефектоскоп Советский патент 1981 года по МПК G01N27/86 

Изобретение относится к неразрушакяцим методам и средств контроля качества материалов и изделий, и может быть использовано для дефектоскопии проката, проволоки, труб,.баллонов, прутков и других изделий из электропроводящих материалов. При электроиндуктивном контроле результирующее поле преобразователя, расположенного над электропроводящим телом (магнитньм или немагнитным определяется суммарным векторным потенциалом первичных и вторичных индуцированных токов. Наличие дефектов обуславливает перераспределение вторичных токов в окрестности дефекта, что приводит к образованию аномального поля (поле дефекта). Вектор индукции поля дефекта будет зависеть от глубины залегания дефекта, его величины (например, радиуса раковины), глубины проникновения вихревых токов, выделение составляющей индукции поля дефекта (полости, т1 ещины, включения) связано с появлением в результирующем поле пространственной составляющей вектора индукции поля дефекта. При контроле металлоизделий используют амплитудные одно- и двухчастотные дефектоскопы с различными электромагнитньти преобразователями, расположенными на фиксированном расстоянии от изделия. Известно устройство для магнитного анализа ферромагнитных материалов, содержащее два генератора и два резистора, включенные по мостовой схеме, в измерительную цепь которой включен индикатор Jl. Недостатком устройства является влияние зазора между преобразователем, индуктивность которого является также индуктивностью контура одного из генераторов. Это влияние понижает точность при определении величины измеряемого параметра. Известен электромагнитный дефекTOCKon, содержащий два разночастотных генератора, рабочий и эталонньй преобразователи, два разночастотных усилителя, два фазовых детектора с фазовращателями, входы каждого из них соединены с выходом своего генератора и вычитающий каскад, входы которого соединены с выходаг 1и фазовых детекторов, а выход - с индикатором. Один канал в этом устройстве является рабочим, а другой опорным. Выбором фазы опорных напряжений, осуществляемых с помощью фазовращателей, осуществляется отстройка от мешающего параметра, например электропроводности материала 2.

Недостатком устройства является возможность отстройки только от одного мешающего параметра, в связи с чем изменение величины зазора между преобразователем и изделием искажает результаты измерения.

Известно устройство для импульсного индуктивного контроля изделий, содержащее последовательно включенные генератор, преобразователь, выпрямитель, блок определения среднего значения сигнала и индуктора и регулирующую цепь из пикового детектора и блока сравнения с иЬточником опорного напряжения, включенную между выходом выпрямителя и управляющим входом генератора. В зтом устройстве изменение зазора между преобразователем и изделием приводит к изменению величины выходного напряжения ге нератора З.

Недостатком устройства является влияние нестабильности измерительного канала на резульгаты измерения, а также малый диапазон регулирования что приводит к понижению точности и достоверности результатов измерения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является двухчастотный модуляционный дефектоскоп, содержащий два генератора, три усилителя, регулятор амплитуды, амплитудный детектор, фазочувствительный выпрямитель, фильтры нижних и верхних частот и выходной блок.

Устройство работает следующим образом.

Один из генераторов посылает на преобразователь сигнал низкой частоты, а другой - сигнал высокой частоты, с преобразователя измерительный сигнал низкой частоты поступает

471744

через низкочастотный измерительный канал на выходной блок, который дает величину измеряемого параметра. Высокочастотный сигнал, пропорциональный величине зазора, поступает в свой канал, где после преобразований и вьтрямления фазовым детектором, поступает на блок регулировки сигнала. Использование такой системы регулировJQ ки создает возможность уменьшения влияния зазора преобразователь-изделие на результат контроля 4.

Недостатком дефектоскопа является сложной в настройке и невысокаяi точность контроля, обусловленная нестабильностью и неидентичностью частотных характеристик двух каналов. Так, температурные и режимные измерения параметров низкочастотных и высокочастотных скалярных умножителей и резистивных элементов, неидентичность выходных напряжений генераторов, неравенство коэффициентов усиления масштабных преобразователей и других 25 звеньев 1змерительной схемы в условиях производства вызывает дополнительные погрешности контроля,значение которых соизмеримо с погрешностью от колебаний скорости их движения и зазора электромагнитный преобразовательизделие.

- Цель изобретения - пОвьшение точности и достоверности контроля изделий при колебаниях скорости движения 35 и величины зазора электромагнитный преобразователь-изделие в широких пределах.

Поставленная цель достигается тем, что дефектоскоп снабжен балансным 40 смесителем, к входам которого подключены генераторы, а к выходу - регулятор амплитуды, выход которого сое- динен с входамидвух усилителей, коммутатором, сое{ иненным входами с выходами этих двух усилителей, а выходом - с входом цепочки из посл.едова. тельно соединенных преобразователя. Третьего усилителя, детектора, фильтра верхних .частот, выпрямителя и 50 выходного блока, коммутационным мультивибратором, 9ЫХОДЫ Которого соединен с управляющим входом коммутатора и опорным входом выпрямителя, а также дифференциальным усилителем и 55 источником опорного напряжения, подKjno4eHHbiM к одному из входов дифференциального усилителя, другой вход которого через фильтр нижних частот соединен с выходом детектора, а его 5 выход - с управляющим входом регулятора амплитуды. На чертеже представлена блок-схе ма двухчастотного модуляционного дефектоскопа. Дефектоскоп содержит первый и вт рой высокочастотные генерато зы 1 и 2, соединенные со входом балансно го смесителя 3, регулятор 4 амплитуды (регулируемый делитель напряже ния;. Регулятор 4 соединен с входами параллельно включенных избирательных усилителей: первого усилителя 5 суммарной ((4J),+CJL) частоты и второго усилителя 6 разностной () частоты, а их выходы соединены с вх дом коммутатора 7, к управляющему входу которого подключен выход комму тационного мультивибратора 8 часто та генерации которого Q.«WU. и Wi К выходу коммутатора 7 подключен эл тромагнитный преобразователь 9, вклю ченный в мостовую схему или выполненный в виде переходного трансформ тора. Выход преобразователя 9 соединен с последовательно включенньми широкополосным третьим усилителем 10, амплитудным детектором 11. Выход детектора 11 через фильтр 12 нижних частот соединен с одним из входЬв дифференциального усилителя 13, второй вход которого соединен с источни ком 14 опорного напряжения. Выход ди ференциального усилителя 13 подключе к управляющему входу регулятора 4. К выходу детектора 11 также подключен через фильтр 15 верхних частот и фазочувствительный выпрямитель 16, выходной блок 17, опорный вход вьшрямителя 16 соединен с выходом мультивибратора 8. Устройство работает следующим образом. Колебания высокочастотного генератора I (u;,t+4-() смешивают с колебаниями высокочастотного гене.ратора 2 U2 U2C05{u;,) в балансном смесителе 3. В результате .смешивания образуются колебания вида 12 )U U2COs(.iiL), CS,,/2)U U2Coe()-t-bVvPa:l, W гдеУ,Ч2. фазовые углы; S-г - крутизна преобразователя. оГ т смесителя JLBJНизкочастотная составляющая разностей частоты UU -U|fUJQ используется в качестве зондирующего сигнала. 46 а высокочастотная составляющая суммарной частоты ии - Для компенсации влияния колебаний зазора преобразователь-изделие. Вьщеление напряжений суммарной и разностной частоты производят с помощью усилителей 5 и 6. Автоматическим коммутатором 7, управляемым напряжением коммутационного мультивибратора 8, формируются пакеты зондирующего (испытательного) и компенсационного, напряжений. Частота напряжения мультивибратора 8 выбирается значительно меньше разностной частоты збндирующего напряженияй.«:а))2-u)o. Пакеты напряжений суммарной (компенсационной) и разностной испытательной частот поочередно воздействуют на преобразователь 9. Выходное напряжение преобразователя 9 зависит как от свойств контролируемого изделия, так и от скорости двиения и величины зазора преобразователь-изделие. Амплитуда низкочастотного напряжения зависит от электромагнитных характеристик свойств номального поля дефекта контролиуемого изделия, а также от величиы его скорости и зазора электромагитный преобразователь-изде.пие ;--5,,(/5в О-Го-Те/2),,иДС2) де К ,К, К , К. - коэффициенты передачи 4 э -fo И соответственно регулятора 4 усилителя 5, усилителя 10 и детектора 11; SQ - чувствительность преобразователя 9; (jfjj - коэффициент, учитывающий влияние зазора на чувствительность преобразователя 9; - коэффициент учитывающий влияние аномального . электромагнитного поля дефекта на чз ствительность преобразователя. .Амплитуда высокочастотного напряжеия в виду малой глубины проникновеия электромагнитной волны, практичеси не ,испытьшает влияния аномального оля дефекта () J 4444t o NoVUiU,.-ез), где К,- - коэффициент передачи усшшотеля 6. Непрерывная работа автоматического коммутатора 7, управляемого напря жением мультивибратора 8, формирует на выходе преобразователя 9, частот но-модулированное напряжение, состо щее из пакетов колебаний разностной частотыi& -u;, ии с амплитудой U, и пакетов суммарной частотыии +иц,, ш с амплитудой Ц. Коэффициенты усиления усилителей 5 и 6 выбираются равными (). Это приводит к тому, что при отсутствии аномального поля дефекта в . контролируемом изделии амплитуды пакетов разностной и суммарной частот равны ,). Аномальное поле ,xj-f ll дефекта приводит к неравенству ампл туд пакетов в двухчастотном напряжении,, что равнозначно появлению амплитудной модуляции. Изменение скорости и величины зазора преобразователь-изделие в одинаковой мере изменяет амплитуды высокочастотного и низкочастотного напряжений и и U(, Поэтому появление амплитудной модуляции однозначно свидетельствует о появлении дефекта независимо от скорости движения и величины зазора преобразователь-контролируемое изделие. Частотно-модулированное напряжение усиливается широкополосным усилителем 10 и детектируется амплитуд ным детектором 11. Постоянная составляющая детектора I, вьщеленная фильтром 12 нижних частот пропорциональна полусумме амплитуд пакетов разностной и суммарной частот ч,i-.,-т T6l2l.o«,,, Выделенное фильтром 2 напряжение воздействует на один из входов . усилителя.13, на другой вход которо го поступает стабильное напряжение источника 14 (Ц соп51). Выходное напряжение усилителя 13, пропорциональное ,э(1|, воздействует на управляющий вход регулятора 4, П достаточно большом коэффициенте ус ния усилителя 13 ( ) его вход ные напряжения автоматически уравновешиваются Ц2. результате такого регулирования коэффициент деления регулятора 4 будет равен ы 4 So.K SgH-To- rjl K oN.-iJa Фильтром 15 верхних частот выделяется переменная составляющая прог детектированного напряжения, пропорционального полуразности амплитуды суммарной и разностной частот II -V ykiy±L . % 2L ; ,(( где К - коэффициент передачи фильтра 15 верхних частот. Учитывая значение коэффициента деления регулятора 4, получим I (T6/gJ 15 K,,() поскольку коэффициенты Jb и Тб значительно меньше единицы ( Уо , ) коэффициенты передачи фильтров 15 и 12 выбираются одинаковыми ( то и ,где ,5 U,постоянная дефектоскопа. Переменная составляющая напряжения, пропорциональная аномальному полю дефекта, преобразует ся фазочувствительным вьшрямителем 16 и.в сигнал постоянного напряжения, воздействующий на выходной блок 17. Таким образом, выходной сигнал двухчастотного модуляционного дефектоскопа не зависит от величины скорости движения и зазора электромагнитного преобразователя - изделие, а также от изменений параметров измерительной схемы (балансного смесителя 3, чувствительности электромагнитного преобразователя 9, коэффициента усиления усилителя 10, коэффициента передачи детектора 1 1) и колебаний величин амплитуд высокочастотных генераторов 1 и 2. Указанные вьте особенности позволяют существенно повысить точность и достоверность контроля изделий, а также упрощают эксплуатацию дефектоскопа из-за отсутствия необходимости в периодических подстройках параметров измерительной схемы в процессе работы Формула изобретения Двухчастотньш модуляционный дефектоскоп, содержащий два генератора, три усилителя, регулятор амплитудыj амплитудный- детектор, фазочувствительшзК выпрямитель, фильтры нижних и верхних частот и выходной блок, о т