Вихретоковое многопараметровое устройство для неразрушающего контроля и матричный накладной вихретоковый преобразователь

 

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 многопараметровое 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 программноуправляемый коммутатор, к входам которого подключены выходы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор, аналого-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 программноуправляемого 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4918069/28 (22) 01.02.91 (46) 15.05.93. Бюл. ¹ 18 (76) В.И.Чаплыгин и В.B,Êoíîâàëåíêo (56) Герасимов В,Г, и др, Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий, М.: Энергоиздат, 1983, с. 272.

Авторское свидетельство СССР

N 1589195, кл.G 01 N 27/90, 27,04,89. (54) ВИХРЕТОКОВОЕ МНОГОПАРАМЕТРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ И МАТРИЧНЫЙ

НАКЛАДНОЙ ВИХРЕТОКОВ ЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ6 (57) 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 многопараметровое устройство для неразрушающего контроля, содержащее программно-управляемый по амплитуде и частоте генератор, матричный преобразова-. тель 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 поИзобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения параметров электропроводящих материалов. объектов.

„„5U„„1816319 А3 следовательно соединенные программноуправляемый коммутатор, к входам которого подключены выходы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор, аналого-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 программноуправляемого 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 петлеобраэных рамок и концентрических витков, а ближайшая к возбуждающей обмотке секция измерительной обмотки выполнена в форме петлеобраэных рамок. 2 с,п. ф-лы, 14 ил.

Цель изобретения — повышение точности и информативности контроля.

Цель достигается путем формирования оптимальных функций вихретокового пре1816319 образователя за счет вариации параметров его измерительных и возбуждающих обмоток.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого вихретокового многопараметрового устройства; на фиг.2 — матричный накладной вихретоковый преобразователь; на фиг.3 — конструктивное выполнение рамочных измерительных обмоток; на фиг,4—

11 — примеры вариантов соединения "0 обмоток возбуждения.. на фиг.12 — зависимости выходного напряжения вихретокового преобразователя от контролируемых параметров.

Вихретоковое многопараметровае уст- 15 ройство для неразрушающего контроля, содержит программно-управляемый по амплитуде и частоте генератор 1„матричный .преобразователь с возбуждающей обмоткой 2, подключенный к генератору 1 и 20 группу секционированных обмоток, две группы программно-управляемых коммутаторов 4-6 и 7-9, входы каждого коммутатора первой группы подключены к выходам группы измерительных обмоток, выходы каждо- 25 го коммутатора первой группы подключены к входам каждого коммутатора второй группы; а также последовательно соединенные программно-управляемый коммутатор 10, к входам которого подключены входы комму- 30 таторов второй группы, амплитудный детектор 11, аналого-цифровой преобразователь

12, блок управления 13 и блок отображения информации 14, управляемая шина блока управления подключена к управляющим 35 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; 40 управляющий вход которого соединен с уп- равляющей шиной блока управления 13, возбуждающая обмотка матричного преобразователя 2 выполнена в виде секций, а генератор 1 подключен к ней посредством 455 дополнительного программно-управляемо.го коммутатора 3.

Вихретоковый преобразователь 2 состоит из стрежневого магнитопровода 15, охватывающих его обмоток возбуждения, 50 выполненных в виде множества секций 16116,, распределенных по длине магнитопровода 15; концентрических измерительных обмоток 174 — 17П; размещенных рядом с обмотками возбуждения и выполненных в ви- 55 де множества секций, рамочных петлеобразных обмоток181-18п раэмещенных 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 преобразователя и подключаются к сигнальным входам соответствующих коммутаторов 4-6, Обмотки возбуждения 161 — 16П подключаются к входу программно-управляемого генератора 1. Число используемых обмоток возбуж. дения и характер их соединения осуществляются программно-управляемым коммутатором 3. На фиг.3 показан пример конструктивного выполнения рамочной об- мотки 18,.уложенной через прорезь 19 на диэлектрической шайбе 20,- например, прямоугольной формы.

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

Формируемое матричным преобразователем 2 электромагнитное поле воздействует на обмотки возбуждения 161 — 16л и изменяет их сопротивления за счет параметрического эффекта, в измерительных обмотках 171-17п. магнитный поток; создаваемый обмотками возбуждения 16<16П; определяемые как характером полей рассеяния с поверхностью магнитопроводов 15, так и его амплитудой, в измерительных обмотках

181-18П наводится электродвижущая сила; определяемая только характером и величиной полей рассеяния. Переключая с помощью программно-управляемых. коммутаторов 4-6 соединения начала и концов секций измерительных обмоток, а с помощью программно-управляемых коммутаторов 7 — 9 соединения начала и концов групп измерительных обмоток, получают различные функции преобразования вихретокового преобразователя, Затем посредством программно-управляемого коммутатора 3 соединяют в различной комбинации соединение обмоток возбуждения 16>-16>,,получают различные функции преобразования преобразователей. Путем изменения величины тока в обмотках возбуждения могут быть получены дополнительные функции преобразования.. В 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

1816319 варианты включения секций обмоток и измерительныхобмоток, атак>ке 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 выводят их на устройство отображения 14.

На фиг.4 — 11 приведены возможные варианты коммутации секций обмоток возбуждения 16 на примере четырех секций.

Размещение а зоне возникающих магнитных полей {отличающихся характером распределения топологии поля), измерительных обмоток 17 и 18, позволяет получать большое количество зависимостей выходных напряжений как с отдельных секций, 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 магнитопровода. Например, последовательно-согласное соединение (фиг.4), позволяет получать зависимости выходных напряжений.с различных секций от величины зазора под полюсом преобразователя прямо противоположные, 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 апти мал ьн ых фун кций, обеспечивающих большую чувствительность практически ко всем контролируемым параметрам. Это стало возможным прежде всего за счет реализации в матричном преобразователе одновременно следующих физических эффектов: зависимость величины и топологии электромагнитных полей рассеяния преобразователя от величины параметров контролируемого объекта, то есть величины выходного напряжения, снимаемого с рамочных измерительных обмоток 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-. тэ, 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

10 мм, высота мэгнитопровода 10 мм, число 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

20 чугуна, образцы в одном комплекте имели процентное содер>кание углерода С от 2,1 до 2,8% при постоянном значении процентного содер>кания 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 C%, процентное содер>кание кремния

Sl% и величина зазора Л мкм или толщина

30 диэлектрического покрытия под полюсом преобоазователя. В качестве источника переменного тока использовался мультивибратор, величина намагничивающего тока при всех измерениях составляла 20х10 а, а частота 32 кГц, Наиболее эффективным методом нахождения параметров является метод получения линейных уравнений, В ходе экспериментальных исследований были получены три оптимальных варианта комму40 тации обмоток возбуждения.

Вариант I. Коммутация обмоток возбуждения по схеме. приведенной на фиг.4. Из фиг.12 следует, что напряжение с двух кон45 центрических обмоток 171и 17з, включенных встречно, изменялась линейно при изменении углерода С от 2,1% до 2,6%, 0 =

=фС%), при изменении кремния Si от 1,10% до 1Я% U = p($i%) и воздушного зазора от

0 до 90 мкм.

Вариант li. Включение секций обмоток возбуждения по схеме, приведенной на фиг,9. Иэ фиг.13. следует, что напряжение с двух рамочных обмоток 18л; 18в, включенных согласно, изменялось, инейно при изменении указанных параметров в тех же пределах.

Вариант Ili. Включение обмоток возбу>кдения по схеме, приведенной на фиг,5. секций обмоток возбуждения 4, число сек15 ций рамочных измерительных обмоток 4, 1816319

35 а11а12 а13

821 822 823 31 32 33

Из фиг.14 следует, что напряжение с двух групп измерительных обмоток, включенных между собой согласно (одна группа состояла из двух рамочных дифференциально включенных обмоток 182; 183 и вторая группа состояла из трех 174, 173, 172 концентрических обмоток включенных согласно/ практически также изменялось линейно и ри изменении углерода, кремния и воздушного зазора в тех же пределах.

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

Ul - а и С + а12$! + а 13 Л (1)

Ои - а21С + а22$! + а23 Л (2)

Ош - а31С+ а32$1 + азз Ь (3) где Ui: Он; Ош — напряжения, снимаемые с групп измерительных обмоток. соответствующих вариантами, И, 1Н; 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 изме.нению $ф и Л в мкм.

Из полученной системы на основе микроЭВМ легко находятся значения С, $io

b s мкм, например, для С7 расчетная формула примет вид

c® 22 23 ) +1, (И 13 ) + (11а12 а32 s33 а31 033 621 а22. Формула изобретения

1. 8ихретоковое многопараметровое устройство для неразрушающего контроля, содержащее программно-управляемый по амплитуде и частоте генератор, матричный преобразователь с возбуждающей обмоткой, подключенный к генератору, и группой секционированных обмоток. дв е 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 группы, а также последовательно соединенные программно-управляемый коммутатор, к входам которого подключены выходы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор, аналого-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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и информативности контроля, оно 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 программноуправляемого 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 и секций, отличающийся 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 выполнена в форме петлеобразных рамок, 1816319

1816319

fbi

i Йг

16

gled

1816319

/З /4

Фов 1г

1б %

1816319

Составитель В. Чаплыгин

Техред М.Моргентал КоРРектоР Т. Вашкович

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1651 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5