Вихретоковый преобразователь

 

1. ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий колебательный контур, выполненный в виде отрезка коаксиальной линии с катушкой воз15 буждения, расположенной у его открытого конца, и подключенную к закрытому концу отрезка коаксиальной линии цепь отрицательного активного сопротивления , выполненную в виде усилительного каскада с конденсатором Обратной связи, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности, емкость колебательного контура выполнена в виде отрезка коаксиальной линии с соотношением диаметров внешнего и внутреннего проводников, равным 1,02-1,05, конденсатор обратной связи выполнен в видедополнительного отрезка коак .сиальной линии, а внутренние проводники обоих отрезков коаксиальных ли- g НИИ совмещены. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5)) О 01 И 27/90

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .:,: /

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3511293/25-28 (22) 12 ° 11.82 (46) 23 ° 02. 84 ° Бюл. 9 7 (72) Н .П. Калинин, В.Д.Остапенко и A.Ë.Äoðoôååâ (71) Пермское производственное объединение Моторостроитель им. Я.М.Свердлова (53) 620.179. 14 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 540503, .кл. G 01 В 7/06, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

М 600885, кл. G 01 В 7/06, 1976 (прототип). (54)(57) 1. ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий колебательный контур, выполненный в виде отрезка коаксиальной линии с катушкой воэбуждения, расположенной у его открытого конца, и подключенную к закрытому концу отрезка коаксиальной линии цепь отрицательного активного сопротивления, выполненную в виде усилительнoI о каскада с конденсатором Oб ратной связи, о т ли ч ающи и с я тем, что, с целью повышения чувствительности, емкость колебательного контура выполнена в виде отрезка коаксиальной линии с соотношением диаметров внешнего и внутреннего проводников, равным 1,02-1,05, конденсатор обратной связи выполнен в виде дополнительного отрезка коаксиальной линии, а внутренние проводники обоих отрезков коаксиальных ли- щ с ний совмещены.

1075142

2l(f EP е II

2»2 где

33) 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности контроля, он снабжен терморезистором, разме1

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может быть использовано для определения качества поверхности материалов и изделий с помощью вихревых токов повышенной и сверхвысокой частоты.

Известен вихретоковый преобразователь, содержащий полый цилиндрический корпус, расположенные в нем каркас с обмоткой и конденсатор, образующие параллельный колебательный предназначенный для монтажа схемы преобразования сигналов датчика в выходной помехоустойчивый сигнал, выполненной в виде узкополосного усилителя сигналов (1).

Однако точность контроля качества поверхности материалов и изделий известным датчиком недостаточна, так как дальнейший рост частоты тока возбуждения датчика ограничен от- 2О носительно большим значением распределенных параметров монтажа его элементов, в т.ч. и схемы преобразования.

Наиболее близким по технической 25 сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является вихретоковый преобразователь, содержащий отрезок коаксиальной линии, колебательный контур с навесным конденсатором и g() катушкой возбуждения расположенной .» у открытого конца отрезка коаксиальной линии, и цепь отрицательного активного сопротивления, выполненную в виде усилительного каскада с положительной обратной связью. Элементом обратной связи является конденсатор, подключенный к закрытому концу отрез- ка коаксиальной линии (2).

Однако чувствительность известного преобразователя в диапазоне ïîâû40 шенных и сверхвысоких частот (бо-. лее 100 мГц) недостаточна из-за боль. шого значения паразитной индуктивности соединительных выводов конденсатора обратной связи, навесного 45 конденсатора колебательного контура, распределенной индуктивности отрезка коаксиальной линии по сравнению с полезной сосредоточенной индуктивностью катушки возбуждения, имеющей 5О в диапазоне сверхвысоких частот 1-2 витка провода. Кроме того, известный преобразователь обладает температурной нестабильностью, так как щенным на отрезке коаксиальной линии, и включенным в цепь управления отрицательным активным сопротивлением, его колебательный контур выполнен в виде цельного металлического узла, на геометрические размеры которого влияют колебания температуры окружающей среды, что приводит к изменению выходного сигналa и снижает точность контроля.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности контроля.

Цель достигается тем„ что в вихретоковом преобразователе, содержащем кох ебательный контур, выполнен» ный в виде отрезка коаксиальной линии с катушкой возбуждения, расположенной у его открытого конца, и подключенную к закрытому концу отрезка коаксиальной линии цепь отрицательного активного сопротивления, выполненную в виде усилительного каскада с конденсатором обратной связи, емкость колебательного контура выполнена в виде отрезка коаксиальной линии с соотношением диаметров внешнего и внутреннего проводников, равным 1,02-1,05, конденсатор обратной связи выполнен в виде дополнительного отрезка коаксиальной линии, а внутренние проводники обоих отрезков коаксиальной линии совмещены.

Кроме того, вихретоковый преобразователь снабжен терморезистором, размещенным на отрезке коаксиальной линии и включенным в цепь управления отрицательным активным сопротивлением.

Известно, что распределенная емкость С и индуктивность L отрезка коаксиальной линии определяются из соотношений (()о 8 (,,—,„г е.—, (2) отношение диаметров внешнего и внутреннего проводников;

EI>, P0 — диэлектрическая и магнитная проницаемости вакуума;

K P — относительные диэлектрическая и магнитная прони1075142 цаемости изолирующего слоя;

1 — длина отрезка.

Диаметры внутреннего и внешнего проводников выполнены весьма близкими, отличающимися на 2-5%. В этом случае Pr) †=(, n (1,02-1,05) 9, т.е.

Х -О, и отрезок коаксиальной линии фактически является сосредоточенной емкостью параллельного колебательного контура, величина которой определяется из соотношения (1).

Индуктивностью колебательного контура является катушка возбуждения преобразователя. Это позволяет свести до минимума паразитную распределен- 15 ную индуктивность отрезка коаксиальной линии, обеспечивает сосредоточение емкости колебательного контура, необходимой для получения требуемой резонансной частоты, непосредственно в отрезке коаксиальной линии, что исключает применение навесного конденсатора в цепи колебательного контура. Выполнение конденсатора обратной связи в виде дополнительного отрезка коаксиальной линии с общим внутренним проводником снижает паразитные параметры монтажа положительной обратной связи. Создание емкости колебательного контура и емкости конденсатора положительной обратной связи усилительного каскада на основе конструктивных элементов отрезка коаксиальной линии с практически одинаковым температурным коэффициентом обеспечивает возможность термо- 35 компенсации схемы. Введение терморезистора в цепь управления отрицательного активного сопротивления позволяет компенсировать температурный дейф выходного сигнала преоб- 40 разователя.

На фиг. 1 приведена монтажная схема основных элементов вихретокового преобразователя; на фиг. 2 принципиальная электрическая схема преобразователя.

Вихретоковый преобразователь содержит отрезок 1 коаксиальной линии, состоящий из внутреннего проводника 2, внешнего проводника 3 и изолирующего слоя 4 между ними. Диаметр внутреннего проводника 2 равен

D =2 мм, а диаметр внешнего проводника 3 равен Dq=2,08 мм. Таким образом, соотношение диаметров внешнего и внутреннего проводников равно — =1,04 мм/мм. У открытого конца отрезка коаксиальной линии на диэлектрическом стержне 5 располагается катушка б возбуждения, один вывод которой соединен с внутренним проводником 2, другой — с внешним проводником 3. Таким образом, катушка 6 возбуждения и отрезок 1 коакси-. альной линии образуют измерительный колебательный контур. С другого кон- 65 ца отрезка коаксиальной линии внутренний проводник охватывает медное кольцо 7, образующее вместе с частью внутреннего проводника 2 и изолирующим слоем 4 конденсатор 8 обратной связи в виде дополнительного отрезка коаксиальной линии. Коллекторный вывод СВЧ транзистора 9 соединен с проводником 2. Другой (опорный) колебательный контур с перестраиваемой резонансной частотой образован индуктивностью 10 и последовательно соединенными электрической емкостью

11 и варикапом 12. Питание постоянным напряжением варикапа 12 осуществляется через резистор 13. Опорный колебательный контур соединен,с эмиттерным выводом транзистора 9.

Одна обкладка конденсатора 8 обратной связи соединена с эмиттером, а другая — c коллектором транзистора 9. Режим работы транзистора 9 по постоянному таку устанавливается резистором 14, терморезистором 15, размещенным в полости выточки внешнего проводника 3, и конденсатором 16. Все элементы в своей совокупности образуют двухконтурный измерительный автогенератор сверхвысокой частоты, выходной сигнал которого с детектора 17, а также питание автогенератора осуществляется через блок 18 проходных конденсаторов.

Устройство работает следующим образом.

Автогенератор вырабатывает электромагнитные колебания частотой

О, 1-1, 5 кГц. Частота колебаний определяется индуктивностью катушки б возбуждения и длиной отрезка 1 коаксиальной линии. Величина сигнала на выходе детектора 17 зависит от добротности измерительного контура, степени .расстройки резонансных контуров, величины постоянной составляющей тока транзистора 9. При установке торца отрезка 1 коаксиальной линии на поверхность контролируемого объекта (He-показан) в послецнем возникают вихревые токи, влияющие на параметры измерительного контура.

В зависимости от качества пбверхности характер изменения параметров измерительного контура оказывается различным и изменяется амплитуда выходного сигнала автогенератора. Если температура преобразователя до измерения отличалась от температуры контролируемого объекта, то температура преобразователя стремится к температуре контролируемого объекта, изменяя при этом добротность и расстройку резонансных контуров, величину постоянной составляющей тока транзистора 9. Изменение сопротив1075142

Составитель A.Äåëoâà

Редактор Т.Кугрышева ТехредМ.Тепер Корректор A.Тяско

Заказ 489/36 Тираж 823 Под пи си ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Натент, г.УЖгород, ул.Проектная, 4 ления термореэистора 15 компенсирует это мешающее паразитное влияние температуры.

С помощью предлагаемого вихретокового преобразователя можно надежно. выявлять микротрещины, оценивать пористость жаростойких покрытий, что недоступно для обыкновенных (работаю. щих на более низкой частоте) вихретоковых преобразователей..