Магнитоиндукционный сканирующий интроскоп

Интроскоп предназначен для визуализации электропроводящих объектов с помощью наведения индукционных токов и измерения их магнитных полей. Техническим результатом является возможность осуществления двумерной визуализации электропроводящих объектов, в том числе скрытых за электропроводящими материалами, с применением низкочастотных датчиков магнитного поля простой конструкции. Компактное переносное устройство позволяет восстанавливать изображения в реальном времени. Устройство содержит катушку-источник, генератор возбуждения, приемные магнитные датчики, контроллер обработки данных с выходом для запуска генератора возбуждения. Приемные магнитные датчики выполнены в виде сканирующей матрицы из плоских спиральных магнитоиндукционных катушек, размещенных параллельными рядами со сдвигом и подключенных к многоканальному мультиплексору сканирующей матрицы. Сканирующая матрица размещена на линейном электромеханическом устройстве, перемещающем сканирующую матрицу в плоскости магнитоиндукционных катушек ортогонально рядам, мультиплексор сканирующей матрицы выполнен с возможностью одновременного подключения нескольких магнитоиндукционных катушек к многоканальному микроконтроллеру, который способен выделять из принимаемых сигналов квадратурные составляющие на различных частотах и передавать их в устройство визуализации. 1 нпф, 3 библ., 1 илл.

Устройство предназначено для визуализации электропроводящих объектов с помощью наведения индукционных токов и измерения их магнитных полей.

Известно устройство для обнаружения металлических и металлосодержащих объектов (Патент на изобретение РФ 2366982 C2, МПК G01V 3/11), которое может быть использовано для поиска и идентификации скрытых подповерхностных объектов, находящихся в непроводящих и слабопроводящих средах. Металлоискатель содержит индукционный преобразователь, три усилителя, синхронный детектор и индикатор.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности двумерной визуализации изображения объекта.

Известен способ неразрушающего контроля дефектов в изделиях из электропроводящих материалов (Патент на изобретение РФ 2461819 C1, МПК G01N 27/83). Способ включает сканирование поверхности контролируемого изделия, считывание, преобразование и обработку информации, полученной в процессе сканирования, а также визуализацию дефектов, при этом через контролируемое изделие пропускают электрический ток и регистрируют распределение напряженности магнитного поля, создаваемого этим током, по поверхности изделия. Создают магнитный образ поверхности контролируемого изделия, визуализируют его и сравнивают полученный магнитный образ с заранее полученным магнитным образом контрольного образца, не содержащего дефекты. Устройство, реализующее способ, может быть использовано для выявления дефектов, их геометрических размеров, количества и пространственного положения, в том числе в ферро-, пара- и диамагнитных средах.

Недостатком известного устройства является необходимость пропускания через исследуемый объект электрического тока контактным способом.

Наиболее близким является известное устройство обнаружения электропроводящих объектов на базе датчиков магнитного поля с частотным выходом (Патент на изобретение РФ 2472182 C1, МПК G01V 3/11). Устройство содержит генератор возбуждения катушки индуктивности с входом управления запуском и выходом сигнала возбуждения, катушку индуктивности с входом сигнала возбуждения, блок датчиков, состоящий из N датчиков, каждый из которых имеет сигнальный выход, многоканальный электронно-счетный частотомер с бинарным входом и выходом, контроллер обработки данных частотомера и формирования сигнала обнаружения с выходом управления запуском генератора.

Недостаток известного устройства состоит в том, что для измерения магнитного поля используются датчики сложной конструкции, требующие применения сверхвысокочастотных трактов и генераторов. Устройство обеспечивает формирование сигнала обнаружения, но не предусмотрена визуализация объекта. Применение негармонических сигналов затрудняет процесс обработки и фильтрации данных измерений и не позволяет повысить отношение сигнал-шум.

Технической задачей является возможность двумерной визуализация электропроводящих объектов, в том числе скрытых за электропроводящими материалами, с применением датчиков простой конструкции с электромеханическим сканированием. Для упрощения обработки данных измерений в качестве зондирующих сигналов целесообразно использовать гармонические сигналы.

Поставленная задача решена тем, что в устройстве обнаружения электропроводящих объектов, включающем индуктивную катушку-источник, генератор возбуждения, приемные магнитные датчики, контроллер обработки данных с выходом управления запуском генератора упомянутые приемные магнитные датчики выполнены в виде сканирующей матрицы из N>1 плоских магнитоиндукционных катушек диаметром d, размещенных в M>1 параллельных рядов со сдвигом между рядами на расстояние d/M, подключенных к N-канальному мультиплексору сканирующей матрицы, при этом сканирующая матрица размещена на линейном электромеханическом устройстве, имеющем возможность перемещать сканирующую матрицу в плоскости магнитоиндукционных катушек ортогонально рядам катушек, мультиплексор сканирующей матрицы выполнен с возможностью одновременного подключения LN магнитоиндукционных катушек к многоканальному микроконтроллеру, а микроконтроллер способен выделять из принимаемых сигналов квадратурные составляющие на различных частотах и передавать их в устройство визуализации.

Устройство иллюстрируется блок-схемой на фиг. 1.

Устройство содержит матрицу 3 магнитоиндукционных катушек 1, мультиплексор 2, катушку-источник 4, линейное электромеханическое устройство 5, микроконтроллер 6, устройство визуализации 7. Сканирующая матрица 3 состоит из N плоских приемных катушек 1 диаметром d, размещенных в M рядов со сдвигом d/M между рядами. Электромеханическое устройство 5 управляется микроконтроллером 6.

Работа устройства и получение изображений электропроводящих объектов осуществляется следующим образом.

Для включения устройства необходимо подать питание на микроконтроллер, линейный сканер и на микросхемы мультиплексора. Устройство размещают напротив исследуемой области пространства, включают процесс механического сканирования и опроса приемных катушек. При этом по сигналу микроконтроллера 6 генератор возбуждения генерирует зондирующий сигнал, который поступает на катушку-источник 4, наводящую индукционные токи в исследуемом объекте. Индукционные токи в объекте создают вторичные магнитные поля, которые регистрируются сканирующей матрицей магнитоиндукционных катушек.

Сигналы с магнитоиндукционных катушек 1 поступают на мультиплексор 2, который преобразует переменное магнитное поле индукционных токов в электрический сигнал, поступающий в аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера 6. В микроконтроллере 6 происходит цифровая фильтрация измеренного сигнала и извлечение косинусной и синусной квадратур сигналов на частоте зондирования. Измеренные квадратурные составляющие передаются в устройство обработки и визуализации 7. Измерения могут происходить на различных частотах, что позволяет определять не только форму, но и электропроводимость исследуемых объектов. В устройстве 7 осуществляется идентификация материала и формы исследуемого объекта, его визуализация в виде двумерного изображения и результаты определения его электропроводимости.

Для устранения влияния на сканирующую матрицу прямого сигнала от катушки-источника осуществляется цифровая калибровка измерений на основе вычитания фоновых составляющих. Для упрощения обработки измерений в качестве зондирующих сигналов используют гармонические монохроматические сигналы или их линейные комбинации.

Техническим результатом является возможность осуществления двумерной визуализации электропроводящих объектов, в том числе скрытых за электропроводящими материалами, с применением низкочастотных датчиков магнитного поля простой конструкции. Компактное переносное устройство позволяет восстанавливать изображения в реальном времени.

Магнитоиндукционный сканирующий интроскоп, включающий индуктивную катушку-источник, генератор возбуждения, приёмные магнитные датчики, контроллер обработки данных с выходом управления запуском генератора, отличающийся тем, что приёмные магнитные датчики выполнены в виде сканирующей матрицы из N>1 плоских спиральных магнитоиндукционных катушек диаметром d, размещенных в М>1 параллельных рядов со сдвигом между рядами на расстояние d/M, подключенных к N-канальному мультиплексору сканирующей матрицы, при этом сканирующая матрица размещена на линейном электромеханическом устройстве, имеющем возможность перемещать сканирующую матрицу в плоскости магнитоиндукционных катушек ортогонально рядам катушек, мультиплексор сканирующей матрицы выполнен с возможностью одновременного подключения LN магнитоиндукционных катушек к многоканальному микроконтроллеру, а микроконтроллер способен выделять из принимаемых сигналов квадратурные составляющие на различных частотах и передавать их в устройство визуализации.

РИСУНКИ