Устройство для электромагнитного контроля композиционных материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N27/90 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к методам й& разрушающего контроля материапов и может быть использовано для контроля параметров композиционных материалов при вихретоковом контроле.

Известно устройство для электромагнитного контроля, содержащее емкостный и вихретоковый первичные преобразователи накладного типа, являющиеся элементами трехточечного автогенератора. Преобразователи конструктивно объединены. Вихретоковый преобразователь включен в нагрузочный контур .автогенератора, емкостный преобразователь включен в цепь положительной обратной связи. СИР- j нал автогенератора выделяется амплитудным детектором и поступает на региотрирующий прибор tilНедостатком известного устройства является то, что отстройка от изменений 20 величины зазора осуществляется лишь для сред с достаточно большой электропроводностью, для которых место эффект экранирования, и электрическое

поле вглубь образца не проникает. В противном случае для сред с меньшей электропроводностью точность измерений заметно снижается. Изменение емкости преобразователя, включенного в цепь положительной обратной связи трехточечного; автогенератора не только меняет амплитуду автоколебаний, что явлйётся компенсирующим воздействием, но и изменяет режим автогенератора по постоянному току. Это приводит к изменению нагрузочной характеристики автогенератора и снижает , точность измерений. Кроме того, изменения добротности контура автогенератора под действием внесенного в вйхретоковый преобразователь активного сопротивления помимо изменения амплитуды автоколебаний, что является сигналом, меняет и колебательную характеристику автогенератора, что снижает точность компенсаций от влияния зазора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для элект,ромагнитного контроля композвдионных магериапов, содержащее два трехгочечных автогенератора, один из которых с кварцевой стабилизацией частоты выполнен на биполярном тран - зисторе, а другой - одноконтурный - на полевом транзисторе, с общей резонансной системой В выходных цепях состоящей из вихретокового параметрического преобразователя, выполненного в виде ряда отдельных ячеек, распределенных по заданной поверхности, три управляемы резистора, первый из которых включен последовательно с резистором между- ба зой транзистора и общей щиной, второй последовательно срезистором в пепи эмиттера, а третий параллельно колебательному контуру, а исток полевого транзистора соединен через резисторы с управляющими входами управляемых резисторов, амплитудный детектор, вход которого подключен к коллектору транзистора кварцевого автогенератора; и регистрирующий прибор 2. Недостаток известного устройства - недостаточная точность, контроля из-за того, что отстройка от изменений зазора осуществляется в узком диапазоне. Кроме того, измерения с помощью фазового детектора характеризуются значительным погрешностями, Цель изобретения - повыщение точнос ти контроля. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя дополнительными управляемыми резисторами, варикапом, конденсатором и тремя допол нительными резисторами, сток транзис тора одноконтурного автогенератора подключен к средней точке вихретокового преобразователя, между этой точкой и шиной питания подключен первый дополнительный управляемый резистор, второй управляемый резистор включен последо:ватеяьно с резистором между затвором транзистора и общей шиной, варикап и конденсатор последовательно соединены :между собой и подключены между истоко транзистора и общей щиной, общая точка конденсатора и варикапа и управляющие входы дополнительных управляемых резисторов через дополнительные резисторы подключены к выходу амплитудного детектора, а вход регистрирующего прибор подключен к истоку транзистора одноко турного автогенератора. На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит кварцевый автогенератор 1 на биполярном транзисторе в одноконтурный автогенератор 2 на полевом транзисторе с общей резонансной системой в выходных цепях, амплитудными детектор 3 и регистрирующий прибор 4. Кварцевый автогенератор выполнен на биполярном транзисторе 5 по схеме с общей базой и содержит резисторы 6-10 и управляемые резисторы 11 и 12, в качестве которых используются пэлевьш транзисторы, в цепях фиксированного и автоматического смещения, конденсаторы L3 и 14 в базовой и эмиттерной цепях, конденсатор 15 колебательного контура, вихретоковый преобразователь, включенный в качестве индуктивности контура, состоящий из двух последовательно соединенных секций 16 и 17 с межЬитковыми распределенными емкостями 18 всего преобразователя и межвитковой распр&деленной емкостью 19 одной секции; управляемый резистор 20, подключенный цараллельно конденсатору 15 колебательного контура с резистором 21 в цепи управления, кварцевый резонатор 22 между эмиттером и коллектором тра зистора 5, ; Одноконтурный автогенератор 2 выполнен на полевом транзисторе 23 по схеме с общим затвором и содержит резисторы 24-27 и управляемый резистор 28 в цепях фиксированного и автоматического смещения, управляемый резистор 29 с резистором 30 в цепи управления, подключенный между средней точкой вихретокового преобразователя и шиной питания, конденсаторы 31-33, устанавливающие режим автогенератора по переменному току, - цепочку из последовательно включен ых варикапа 34 и конденсатора 35,. включенную между истоком и общей шиной, средняя точка которой через рез1 стор 36 подключена к .йыходу амплитудного детектора 3. Регистрирующий подключен к истоку транзистора 23 одноконтурного автогенератора. Устройство работает следующим образом. Кварцевый автогенератор 1 настроен на работу в несколько перенапряженном режиме. При отсутствии в ближней зоне поля, создаваемого секциями 16 и 17 вихретокового преобразователя исследуемого материала, выходной сигнал амплитудного детектора определяется добротностью контура, состоящего из конденсатора 15, последовательно соединенных секций 16 и 17 вихретокового преобразователя, распределенных емкостей 18 и 19 всего вихретокового преобразователя и одной секции, управляемого резистора 20. и ег настройкой относительно частоты квари& вого резонатора. Генерируемая частота .л. при этом сравнительно низкая (г 100-5ОО кГц). Управляемый резистор 20 несколькр шунтйруе контур, снижая егц добротность. Одноконтурный автогенератор 2 настроен на работу в напряженном режиме, Частота автоколебаний задается ко туром, состоящим из одной секции 16 ,вихретокового преобразователя и межвитковой распределенной емкости 19 и составляет f/j Ю-SO мГц. Управляемый резистор 29 несколько шунтирует этот контур, снижая его добротность. При внесении в ближнюю зону поля, создаваемого секциями 16-17 вихреток1 вого. преобразователя проводящего материала, увеличивается активное сопротивление вихретокового преобразователя; увеличивается распределенная межвитко- вая емкость 18, работающая на низкой г в режиме экранирования и частоте фиксирующая величину усредненного зазо ра между поверхностью преобразователя и поверхностью контролируемого материяала; увеличивается величина тангенса угла диэлектрических потерь в межвитковой распределенной емкости 19, работающей на высокой частоте {. при отсутствии-экранирования. Величина истокового тока транзистора 23 одноконтурного автогенератора 2 определяется величиной активного сопротивления, внесенного в секцию 16 вихретокового преобразователя и величиной емкости 19, т.е. определяется проводящими свойствами материала, вызывающими рассеяния (диссипашио) энергии. Падение напряжения на резисторе 26 в цепи истока транзистору 23 является управляющим для управляемого резистора 20, шунтирующего низкочастотный конту кварцевого автогенератора. При увеличении проводимости контролируемого материала добротнЬсть низкочастотного контура, включающего элементы 15-18, 20 кварцевого автогенератора 1 уменьшается за счет увеличения активного сопротивления секций 16-17 всего вихретокового преобразователя. Одновременн с этим уменьшается величина добротност высокочастотного контура, включающего элементы 16, 19. одноконтурного автоге- нератора, и соответственно этому величи на тока истока транзистора 23, Соответ ствующее ДЗ изменения напряжения оступает на управт;ющ|Ю электроды упавляемых резисторов 20,11,12, восста авливая режим кварцевого автогенераТ1 а по переменному и постоянному токам. Изменение (лежвитковой емкости 18, вляющееся следствием изменения зазора, асстоашает низкочастотный контур квар-цевого автогенератора 1 относительно частоты ква щевого резонатора. Изменение амплитуды гармоннческого напряж&шя при этом выделяется амплитудным детектором 3 и поступает ва управляк щие электроды управляемых резнсторов 28-29 и на варикап 34 в качестве ко{ ректирующего воздействия. При 9том восстанавливается режим, автогенератора по переменному току путем воздействия на нагрузочную характеристику автогенератора с помощью элементов 29ь-ЗО и на колёоательную характернстшЕу с помощью элементов 34-36, а также по постоянному току (элементы 27-28). Так, например, если фякснрованвая частота кварцевого резонатора задана в пределах правого склона резонансной характеристики низкочастотного контура кварцевого автогенератора 1, то изменение межвитковой емкости 18 при увеличении зазора вызовет увеличение амплитуды автоколебаний. Направления включения диодов в амплитудн(Яи( детекторе 3 выбрано таким, что это соответ ствует увеличению положительного напряжения на выходе амплитудного детек-, тора. Это приводит к умёнывению српро тивления управля0ъ{ого резистора 29 и увеличению лкости варикапа 34, что вызывает уменьшение амплитуды напряжения, генерируемого одноконтурном автогенератором 2, противодействуя тем самым увеличению этого , вызванного увеличением зазора. Измён 1ние величины сопротивления утфавляемого резистора 28 позволяет в некоторых пределах менять напряженность режима автогенератора и, соответственно этому, форму нагрузочной и колебательной характеристики одноконтурного автогенератора. Это позволяет регулировать диапазон отстройки от-вариаций величины зазора. За счет использований комбинированного первичного преобразователя производи тельность измерений повышается в среднем на 20%. Учитывая, что стоимость базового прибора составляет 5,2 тыс. руб., то можно при том же объеме контроля уменьшить число необходимых при боров. Таким образом, ожидаемый экономиче ский эффек даже при той же стоимости предпагаемого прибора составляет около 1 тыс.руб. для одного прибора. Ориентировочная потребность народного хозяйства - ЗОО приборов. Формула изобретения Устройство для электромагнитного контроля композиционных материалов, содержащее два трехточечных автогенератора, один 03 которьщ/с кварцевой . стабилизацией частоты выполнен на б1ьполярном транзисторе, а другой - одноконтурный - на полевом транзисторе, с .общей резонансной системой в выходнг 1х цепях, состоящей из -вихретокового параметрического преобразователя, выполнен ного. в виде ряда отдельных .ячеек, распределенных по заданной поверхности, три управляемых резистора, первый вз которых включен последовательно с рези тором между базой транзистора и общей шиной, второй - последовательно с резистором в цепи эмиттера, а третий параллельно колебательному контуру, а исток полевого транзистора соединен че резисторы с управляющими входами управляемых резисторов, амплитудный детектор, ькоа. которого подключен к кол лектору транзистора кварцевого автоге98 нератора, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено двумя дополнительными упрйвляемыми резисторами, ьарикапом, конденсатсм роми тремя допсшнительными резисторами, сток транзистора одноконтурного автогенератора подключен к средней точке вихретокового преобразователя, между этой точкой и шиной питания подключен первый дополнительный управляемый резистор, второй управляемый резистор включен последовательно с резистором между затвором транзистора и общей шиной, варикап я конденсатор последовательно соединены между собой и подключены между истоком транзистора и обгщей шиной, общая точка конденсатора и варикапа и управляющие входы дополнительных управляемых резисторов через дополнительные резисторы подключены к выходу амплитудного детектора, а вход регистрирующего прибора подключен к истоку транзистора одноконтурного автогенератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР ivfe 726490, кл. G 01 N 27/9О, 1978. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2943791/28, кл. G-O1H 27/90, 1980 (прототип).