Способ электромагнитного контроля качества композиционных материалов и устройство для его осуществления

 

Союз Советскнх

Соцнвлнснческнх

Реслублнк (I)) 1ОО0892

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) Допол интел ьное к а вт. с внд-ву— (22) Заявлено 20.10.81 (2I) 3841409/25-28 с прнсоеднненнен заявки рй— (23) Приоритет— (S l ) M Кл.

901 Й 27/90 твсуаирстиеииьа кинитвт

Опубликовано 28.02 83. Бюллетень М 8 ив килим изабретииий и итирнтий (53) УДК 620.149.14 (088.8) Дата опубликования описания 28 02.83

О. Г

Э. И. Арш, B. И. Редько, Г. М. Твердостут у Q. «С. Хатщецкий

4 (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля качества компо зиционных материалов, получаемых в процессе полимеризации, структурообразования и т. д. в случаях, когда качество контролируемого материала характеризуется 5 однородностью электрических свойств, а дефектные зоны обладают более проводяшими свойствами, и может быть использовано во всех отраслях машиностроения.

Известен способ контроля качества композиционных материалов, зактпочаюшийся в том, что с помощью емкостногопреобразователя с зазором возбуждают в объекте электрическое поле и по величине тангенса угла эквивалентных потерь судят о контролируемых параметрах объекта, причем частоту измерителя подбирают так, чтобы экстремум эквивалентного тангенса угла потерь 4q Cfg датчика был приуро20 чен к окончанию основных процессоВ структурообразования, осуществляют измерение С Д. и фиксируют момент достижения экстремального значения Ьф Cfg .

Недостатками способа являются низкая производительность контроля и узкий диапазон контролируемых величин, что обусловлено необходимостью предварительного выбора рабочей частоты.

Известно устройство, реализующее способ, содержащее измерительный автогенератор с емкостным первичным преобразователем с зазором, включенным в качестве элемента колебательного контура автогенератора, балансный усилитель, элемент задержки времени, указатель момента появления экстремума и реле (1) . . Недостаток устройства — ттизкая точность определения момента появления экстремума при окончании момента основных процессов структурообразования композиционных материалов, обусловленных тем, что зависимость эквивалентного тангенса потерь 6Q(fg от тангенса угла потерь среды К в области экстремума имеет малую величину.

Известно также устройство для электромагнитного контроля, содержащее ем3 1000М2 4 костной и вихретоковый первиные преобразователи накладного типа, являющиеся элемен тами трехточечных автогенераторов. Преобразователи конструктивно обьединены. Вихретоковый преобразователь S включен в нвгрузочный контур автогенератора, емкостной преобразователь включен в цепь положительной обработки свя-* зи. Сигнал с автогенервтора выделяется амплитудным детектором и поступает 10 после сравнения нв регистрирующий прибор (2 ), Недостатком устройства является то, что оно имеет ограниченную область применения и может быть применено 15 для сред,имеющих большую электропров одность.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ электромагнитного контроля 20 качества композиционгъм материалов, заключающийся в том, что с помощью емкостного преобразователя возбуждают в объекте электрическое поле и определяют тангенс угла эквивалентных потерь 25 и по величине тангенса угла эквивалентных потерь судят о контролируемых параметрах объекта.

Недостатком способа является то, что положение экстремума в характеристике Зр эквивалентных потерь от времени tg g(k) зависит от электромагнитных свойств композиционных материалов и делает необходимым выбор рабочей частоты на основе предВарительных исследований семейства частотных характеристик СГ { Я), что снижает производительность и сужает область его применения.

Устройство для электромагнитного

40 контроля качества композиционных материалов, реализующее известный способ, содержит автогенератор с емкостным первичным преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного конту— ра автогенератора, амплитудный и частот45 ный детекторы, подключенные к выходу автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов,- цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенную между выходом частотного детектора и базой автогенервторв, последовательно соединенные указатель момента появления экстремума, подключенный через второй элемент задержки времени к выходу блока умножения, и электронный ключ Р 3) .

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет оперативно выбрать нужную рабочую частоту и расширить область применения устройства. Кроме то— го, работа на одной частоте, при которой положение экстремума в характеристике $Q ф (Д",,) соответствует требуемым свойствам конкретных композиционных материалов, не позволяет осуществить контроль в .тех случаях, когда могут обрвзоваться дефектные зоны, характеризующиеся значительной неоднородно стью электрических свойств.

?1ель изобретения — повышение производительности контроля и расши.рение диапазона контролируемых величин.

Поставленная цель достигается reM, что согласно способу электромагнитного контроля качества композиционных материалов, заключающемуся в том, что с помощью емкостного преобразователя возбуждают в объекте электрическое лов ле и по величине тангенса угла эквивалентньм потерь судят о контролируемых параметрах обьекта, питание емкостного преобразователя осуществляют частотномодулированным напряжением, одновременнр возбуждают в изделии вихревые токи с помощью вихретокового преобразо— вателя, пространственно совмещенного с емкостным, управляют с помощью сигна.— ла от вихретокового преобразователя частотно-модулированным напряжением емкостного преобразователя, фиксируют значение частоты, соответствующее экстЮ ремуму тангенса угла эквивалентных потерь, и по значению которой проводят оценку качес тв а о бъек та.

Устройство для электромагнитного контроля качества композиционных магериалов, содержащее автогенератор с емкостным первичным преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного контура автогенервтора, амплитудный и частотный детекторы, подключенные к выходу ввтогенервтора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитудного и частотного детекторов, цепь обратной связи по лов стоянному току с элементом задержки времени, включенную между выходом частотного детектора и базой ввтогенератора, последовательно соединенные указа— гель момента появления экстремума, подключенный через второй элемент задержки времени к выходу блока умножения, электронный ключ, снабжено дополнительным автогенератором с вихретоко—

1000802

S вым преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного контура> вторым амплитудным детектором, двумя варикапами, двумя управляемыми резисгорами, генератором. линейно изменяюще- 5 гося напряжения и частотомером, вариквпы соединены последовательно с конденсаторами, управляемые резисторы подключены параллельно емкостному пре образователю, выход дополнительного авгогенераторв подключен к входу второго амплитудного детектора, выход которого через. резисторы подключен к катоду первого вариквпа и к управляющему электроду первого управляемого резистора, выходная цепь электронного ключа подключена к входу генератора линейно изменяющегося напряжения, выход которого через резисторы подсоединен к ка-, тоду вврикапа и к управляющему электр - ду второго управляемого резистора, в частотомер через электронный ключ .подключен к второму выходу автогенераторв с емкостным первичным преобразователем. 25

На чертеже представлена прннципивльа ная схема устройства для осуществления способа контроля качества композиционных материалов.

Устройство содержит измерительный Зф автогенератор 1, дополнительный ввтогенервтор 2, первый амплитудный детектор

3, второй амплитудный детектор 4, час тотный детектор 5, блок 6 умножения, элементы 7 и 8 задержки времени, указатель 9 момента появления экстремума, электронный ключ 1 О, генератор 1 1 линейно изменяющегося напряжения и частотомер 1 2

Измерительные преобразователи измерительного автогенервтора 1 и дополни- 4е тельного автогенератора 2 пространственно совмещены. К выходу ввтогенервторв

2 подключен амплитудный детектор 3.

К выходу измерительного ввтогенератора

1 подключены входы амплитудного и час- 45 тотного детекторов 4 и 5, к выходам которых подключены входы блока 6 умножения. Выход частотного детектора через элемент 7 задержки времени подключен к базе транзистора измерительного

I автогенераторв 2. К выходу блока 6 умножения подключены последовательно соединенные элемент 8 задержки времени, указатель 9 момента появления экст ремума и электронный ключ 10. Комму55 тируюшие цепи электронного ключа 10 подключены к входу генератора 11 линейно изменяющегося напряжения и частотомера 12.

Измерительный ввтогенервтор собран по схеме с остей базой на транзисторе

13 с резисторами 14 — 16, регулируюшими режим автогенератора по постоянному току, и конденсаторами 17 — 19, устанавливающими режим автогенератора ло переменному току. Резонансный конгур автогенератора образован емкостиым преобразователем 20 и катушкой 21 индуктивности. К выводам емкостного преобразователя подключены первая цепочка из последовательно соединенных варикапа 22 и конденсатора 23, вторая аналогичная цепочка из варикапа 24 и конденсатора 25, а также выводы сток-исток первого полевого транзистора 26 и второго полевого транзистора 27. Вихретоковый преобразователь 28, пространственно совмещенный с емкостны, подключен к входу дополнительного автогенервторв 2. Поля емкостного и вихрето-. кового измерительных преобразователей через диэлектрическую прокладку (эвэор)

29 взаимодействуют с контролируемым композиционным материалом 30.

Общая точка варикапа и конденсатора первой цепочки и затвор первого полевого транзистора через резисторы 31 и

32 соответственно подключены к выходу первого амплитудного детектора, а общая точка вариквпа и конденсатора второй цепочки и затвор второго полевого гранзистора через резисторы 33 и 34 соответственно соединены с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения

Устройство работает следующим образом.

В процессе структурообразования композиционных материапов свойства среды монотонно изменяются or проводниковых к диэлектрическим. Если технология нагрева композиционных смесей не обеспечивает по каким-либо причинам однороднвiй нагрев по всему обьему смеси, ro возникают дефектные зоны, отличаюшиеся от всего обьемв материала электрическими свойствами. При этом дефектные эоны обладают более проводяшими своФствами.

Тангенс угла эквивалентных потерь

ggg состемы емкостный измерительный преобразователь - зазор — среда изменяется or 1 д среды так, что при уменьшении 6 д до величины я(à —= 1 — 1,41 в характеристике ((g g) имеет место экстремум.

В первой части зависимости ф (Д;) сказывается эффект экранироввния емкости (контролируемая среда мого объекта, подается нв катод варпквпв 22, также включенного в контур из— мерительного ввтогенервторв. Для исклк чения измерений добротности контура пр . изменении емкости вариквпа 22 в колебв-тельный контур включен также шунтирутоший управляемый резистор 26, нв управляющий электрод (затвор ) которого подает ся напряжение or амплитудного детекто— ра 3.

Таким образом, в процессе контроля автоматически в зависимости от электропроводности материала выбирается центральная частота свипироввния в области окрестностей экстремума в характеристике Ь д (фд ), a при фиксации точки экстремума в характеристике опреде ляется рабочая частота, что в целом позволяет судить не только о наличии дефектной зоны в контролируемом объекте, но и об электрических свойствах дефектной зоны, связанных с процессами структурообразования, твердения, полимеризации и другими аналогичными процессами.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления могут быть искомпозиционных материалов по зависим:— сти tg(f (4), где t — время процесса

Использование предлагаемых способа и устройства позволяет сократить трудо вые затраты на проведение предвврител ных исследований частотных характеристик

gyesõß) контролируемых сред, повысить производительность контроля и расширить диапазон контролируемых величин.

1. Способ электромагнитного контрс— ля качества композиционных материалов, заключающийся в том, что с и омошью емкост—

I ного преобразователя возбуждают в объекте электрическое поле и определяют тангенс угла эквивалентных потерь, о т— лич аюшийся тем, что, сцелью повышения производительности контроля и расширения диапазона контролируемых величин, питание емкостного преобразова-теля осуществляют частотно-модулированным напряжением, одновременно возбуждают в изделии вихревые токи с помощьк вихретокового преобразователя, пространственно совмещенного с емкостным, управляют с помощью сигнала от вихрето7 000692 9 становится как бы третьей обкладкой емкостного преобразователя). 1(роме того, переход через экстремум в характеристике ЯД (1Я()зависит от частоты щ, так квк величина Фф д обратно про- 5 порционвльна Ж.

Из сказанного следует, что определение точки перехода зависимости

4gfg(%pe) с одновременным измерением рабочей частоты может дать знвчительный и объем информации при контроле качества композитных материалов или изделий.

Выходное напряжение второго амплитудного детектора 4 пропорционально величине

+gg емкостного преобразователя 20.

Напряжение с выхода амплитудного дегектора 4 подается на первый вход блока 6 ум ножения. Напряжение нв выходе частотного детектора 5 зависит or эквивалентной емкости С системы емкостЭ нъ1й преобразователь 20 — зазор 29— композиционный материал 30. Емкость

С имеет малые значения главным образом в окрестности экстремума в зввиси-.

1 мости +g3 (4y(Q Напряжение с выхода( частотного детектора 5 подается на второй вход блока 6 умножения, в также по цели обратной связи по постоянному пользованы для контроля процессов потоку через элемент 7 задержки времени — лимеризации или структурообрвзования нв базу транзистора 13. Влияние этой Зй обрвтной связи совместно с перемножением выходньпс сигналов детекторов 4 и структурообразоввния.

5 приводит к более резкому изменению величины у при переходе через экстремум. Этот сигнал управляет электронным д ключом 10, который останавливает свипирование генератора 11 линейно изменяющегося напряжения и подключает к изме рительному автогенератору 1 частотомер 12.

46

В процессе контроля качества композиционных материалов свипирование часто- ф о р м у л B и з î б р е r e ты измерительного ввтогенератора 1 производится воздействием выходного сигнала генератора 1 1 линейно изменяю- 4 шегося напряжения на катод вариквпа 24.

Для того, чтобы добротность контура

20 — 21 — 22 — 23 — 24 - 25 — 26—

27 измерительного автогенератора не менялась при изменении емкости варикапа 24, параллельно катушке 21 подключен шунтируюший управляемый резистор, в качестве которого использован полевой транзистор 27, на затвор которого подается напряжение от генератора 11. С целью изменения центральной частоты свиМ пирования выходное напряжение первого амплитудного детектора 3, пропорциональное электропроводности контролируе1 000892

10 кового пр образователя частотно-модулированным напряжением емкостного преобразователя, фиксируют значение частоты, соответствуюшее экстремуму тангенса угла эквивалентных потерь, и по значе- S нию которой проводят оценку качества

Обьекта.

2. Устройство для электромагнитного контроля качества композиционных материалов, содержашее автогенератор с емкастным первичным преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного контура автогенератора, амплитудный и частотный детекторы, подключенные -. выходу.автогенератора, блок умножения, входы которого подключены к выходам амплитуд- ого и частотного детекторов, цепь обратной связи по постоянному току с элементом задержки времени, включенную между выходом час ртного детектора и базой автогенерато-. ра, последовательно соединенные указатель момента появления экстремума, подключенный через второй элемент задержки времени к выходу бпока умножения, электронный ключ, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что оно снабжено дополнительным автогенератором с вихретоковым преобразователем, включенным в качестве элемента колебательного контура 30 вторым амплитудным детектором, двумя варикапам, двумя управляемыми резисторами, генератором линейно изменяюшегося напряжения и частотомером, варикапы соединены последовательно с конденсаторами, управляемые резисторы подклю-, чены параллельно емкостному преобразователю, выход дополнительного автогенератора подключен к входу второго амплитудного детектора, выход которого через резисторы подключен к катоду первого варикапа и к управляюшему электроду первого управляемого резистора, гыходная цепь электронного ключа подключена . к входу генератора линейно изменяюшегося напряжения, выход которого чере.> резисторы поцсоепинен . к катоду второго варикапа и к управляюшему электроду второго управляемого резистора, а частотомер через электронный ключ подключен к второму выходу автогенератора с емкостным первичным преобразователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 362242, кл. 501 Й 33/38, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 726490, кп. 601 Й 27/90, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

¹742784,,кл. 601 Й 87/22, 1980 (прототип). 0008Г

Составитель А. Бодров

Редактор С. Пекарь Техред К.Мыцьо Корректор H. Король

Заказ 1370/46 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 1 5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, мч. Проектная, -1