Способ измерения толщины электропроводящих изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий для измерения толщины плоских электропроводящих изделий, например листов проката в металлургической промышленности и др. отраслях народного хозяйства . Целью изобретения является повышение точности измерения толщины электропроводящих изделий за счет использования в качестве информативного параметра направления векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов при поддержке постоянным отношения . действительной и мнимой составляющих вносимых напряжений на низких частотах. Для осуществления этого устройство содержит генератор высокой частоты, генератор низкой частоты, сумматор, блок стабилизации фазового угла, вихретоковый преобразователь , блок разделения частот, блок определения направления векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей Ei-гхревых токов и блока вычитания. Использование в качестве информативного параметра направления вектора напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных пьлей вихревых токов осуществляется за счет конструкции вихретокового преобразователя и введения блока определения направления векторов напряженмости высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревьсх токов . Постоянное отношение действительной и мнимой составляю1цих вносимьк напряжений на низкой частоте поддерживается за счет введения блока 4 стабилизации фазового угла совместно с reHepaTof)OM низкой частоты вихретокового преобразователя и блока разделения частот, информация о толщине изделия снимается с выхода блока вычитания, 2 ,ф-лы, 3 ил. (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU„„1260833

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3862739/25-28 (22) 05,03.85 (46) 30.09.86. Бюл. 1Ф 36 (7 1) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) И.N.ÁHõoâñêèé и В.Е.Шатерников (53) 620. 179, 14 (088. 8) (56) Дефектоскопия. 1983, Р 7, с. 14-16.

Дорофеев А.Л., Никитин A.È,, Рубин А.Л. Индукционная толщинометрия. M,: Энергия, 1978, с. 103-106, рис. 60. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий для измерения толщины плоских электропроводящих изделий, например листов проката в металлургической промышленности и др. отраслях народного хозяйства. Целью изобретения является повышение точности измерения толщины электропроводящих изделий за счет использования в качестве информативного параметра направления векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов при поддержке постоянным отношения: действительной и мнимой (50 4 G 01 N 27/90, Г 01 В 7/06 составляющих вносимых напряжений на низких частотах. Для осуществления этого устройство содержит генератор высокой частоты, генератор низкой частоты, сумматор, блок стабилизации фазового угла, вихретоковый преобразователь, блок разделения, частот, блок определения направления векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов и блока вычитания.

Использование в качестве информативного параметра направления вектора напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов осуществляется за счет конструкции вихретокового преобразователя и введения блока определе- ния направления векторов напряжен ности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов. Постоянное отношение действительной и мнимой составляющих вносимых напряжений на низкой частоте поддерживается за счет введения блока 4 стабилизации фазового угла совместно с генератором низкой частоты вихретокового преобразователя и блока разделения частот. Информация о толщине изделия снимается с выхода блока вычитания . 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1260833

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и может быть использовано для измерения толщины плоских электропроводящих изделий, например листов проката, в машиностроительной, металлургической и других отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является повышение точности измерения толщины плоских электропроводящих изделий путем исключения погрешности в определении толщины изделия, возникающей за счет неоднозначной зависимости электропроводности материала на низких и высоких частотах.

На фиг,1 приведена структурная схема измерения толщины электропроводящих изделий, поясняющая способ; на фиг.2 — гадографы вносимых напряжений, поясняющие работу блока стабилизации фазового угла; на фиг.3 структурная схема блока стабилизации фазового угла.

Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, генератор 2 низкой частоты, подключенный к выходам генераторов высокой и низкой частот, сумматор 3, подключенный одним входом и выходом соответственно к выходу и входу генератора 2 низкой частоты — блок 4 стабилизации фазового угла, вихретоковый преобразователь, включающий возбуждающую катушку 5, подключенную к выходу сум-" матора 3, возбуждающая катушка выполнена плоской и прямоугольной формы и расположена перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, измерительные катушки 6, 7 и включенные с ними последовательно-встречно компенсационные катушки 8 и 9 измерительные и компенсационные катушки выполнены плоскими прямоугольной формы, взаимно перпендикулярными, одна пара, состоящая из компенсационной и измерительной катушек, расположена параллельно, а другая пара — перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, подключенные входом к выводам измерительных и компенсационных катушек 6, 7,.

8 и 9 первый блок 10 и второй блок 11 компенсации, причем первый вход первого блока 10 компенсации соединен с измерительной катушкой 7, расположенной перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, второй

40 вход — с соответствующей компенсационной катушкой 9, первый вход второго блока 11 компенсации соединен с измерительной катушкой 6, расположенной параллельно рабочей поверхности преобразователя, второй вход с соответствующей компенсационной катушкой 8, первый фильтр 12 высокой частоты и первый фильтр 13 низкой частоты, входом подключенные к выходу первого блока 10 компенсации, последовательно соединенные и подключенные к выходу второго блока 11 компенсации второй фильтр 14 высокой частоты и блок 15 определения направления напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 12 высокой частоты, последовательно соединенные и подключенные к выходу второго блока 11 компенсации второй фильтр 16 низкой частоты и блок 17 определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов, второй вход которого соединен с первым фильтром 13 низкой частоты, а выход второго фильтра 16 низкой частоты подключен к второму входу блока 4 стабилизации фазового угла, последовательно соединенные блок 18 вычитания и индикатор 19, причем блок 18 вычитания обоими входами подключен к выходам блоков 15 и 17 определения направления вектора напряженности соответственно низкочастотного и высокочастотного магнитного поля вихревых токов, возникающих в изделии 20.

Блок 4 стабилизации фазового угла (фиг.3) содержит последовательно соединенные преобразователь 21 фазового угла в напряжение и блок 22 сравнения, подключенный к второму входу блока 22 сравнения блок 23 опорного напряжения, причем один вход преобразователя 21 подключен к генератору 2 низкой частоты, другой— к выходу второго фильтра 16 низкой частоты, а выход блока 22 сравнения подключен к генератору 2 низкой частоты.

На фиг,1 приняты следующие обозначения:

А — сечение рабочей стороны воз-, I буждающей катушки 5; А — фиктивный возбудитель вихревых токов, эквивалентный возбудителю вихревых тоl2b0

10 поля вихревых токов; — направление вектора напряженности низкочас- 25 тотного магнитного поля вихревых токов; t — толщина изделия 20.

На фиг.2 введены следующие обозначения: с(, — фазовый угол вносимо .го напряжения в измерительную катуш ку 6 на низкой частоте для тонких

:изделий; с - — фазовый угол вносимо,го напряжения в измерительную катушку 6 на низкой частоте для более толстых изделий; Ч вЂ” ноРмиРованное,з> вн вносимое в измерительную катушку 6

;напряжение.

Сумматор 3 предназначен для сложения частот, поступающих с выхода генератора 1 высокой частоты и с вы- 40 хода .генератора 2 низкой частоты.

Блок 4 стабилизации фазового угла предназначен для управления работой генератора 2 низкой частоты таким образом, чтобы фазовый угол ы вно- . 45 симого напряжения в измерительную катушку 6 был постоянным для конкретного диапазона толщины изделия 20 независимо от его электропроводности. Первый блок 10 компенсации предназначен для балансировки измерительной катушки 7 и компенсационной катушки 9, включенных последовательно и встречно. Второй блок 11 компенсации предназначен для балансировки измерительной ка— тушки 6 и компенсационной катушки 8, также включенных последовательно и ков на высокой частоте; А — фиктивный возбудитель вихревых токов, эквивалентный возбудителю вихревых токов на низкой частоте; 1 — расстояние от линии пересечения измерительных катушек 6 и 7 до возбуждающей ! катушки 5, соизмеримое с удвоенной толщиной изделия 20; h — расстояние между центром сечения рабочей стороны возбуждающей катушки 5 и изделием 20; дЬ вЂ” расстояние между расположением фиктивных возбудителей вихревых тбков, эквивалентных вихревым токам на высоких и низких частотах; Н,, Н вЂ” векторы напряжен- f5 ности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов, наводимых рабочей стороной воз-. буждающей катушки 5, их можно разложить на нормальные Н„, Й и тан- 20 генциальные Н, Н< составляющие;

1!Ъ

У вЂ” направление вектора напряженI ности высокочастотного магнитного

833 4 встречно. Блок 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов предназначен для определения пространственного угла v

Блок 17 определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов предназначен для определения пространственного угла ч, Блок 18 вычитания

2 предназначен для вычитания из сигнала, поступающего с выхода блока 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов, сигнала с выхода блока 17 определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов. Индикатор 19 предназначен для индикации толщины изделия 20. Преобразователь 21 фазового угла в напряжение предназначен для измерения фазы сигнала с измеритегьной катушки 6 относительно фазы сигнала возбуждающей катушки 5 на низкой частоте и преобразования разности этих фаз в. соответствующее напряжение ° Блок 22 сравнения предназначен для сравнения . напряжений с выхода преобразователя 21 фазового угла в напряжение и блока 23 опорного напряжения и формирования в зависимости от этого соответствующего напряжения, поступающего на управляющий вход генератора 2 низкой частоты, Блок 23 опорного напряжения предназначен для формирования напряжения, эквивалентного оптимальному значению фазового угла или d. для конкретного диапазона

1 2 изменения толщины изделия 20.

Способ измерения .толщины электропроводящих изделий осуществляют следующим образом.

В изделии 20 с -помощью возбуждающей катушки 5, на которую через сумматор 3 поступают сигналы с выхода генератора 1 высокой частоты и с выхода генератора 2 низкой частоты, возбуждают вихревые токи. Далее, с помощью первого и второго фильтров

12 и 14 высокой частоты и блока 15 определения направления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов определяют. направление ч вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов. С помощью первого и второго фильтров 13 и 16 низкой частоН q, 2h

tg v

H 1

П 1

Н г Zh — nh

tg <". г

H„, 1 (2) Значения тангенциальной Н, Н !. г и нормальной Н,, Н „составляющих векторов напряженности высокочастотного и низкочастотного магнитных полей вихревых токов пропорциональ— ны значениям напряжений, наводимых в измерительных катушках 7 и 6. Значение толщины изделия 20 t однозначно связано со значением ьй. Из уравнения (2) имеют

«..h Н! — (3)

1 Н„

2h аh Н<,, 1 1 Н,, так как llpocTpBHcòâåííûé угол Ч явг ляется функцией зазора, толщины изделия и электропроводности его материала. Откуда толщина t изделия

30 (4) П

5 12608 ты и блока 17 определения направле- ния вектора напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов определяют направление 1" вектог ра напряженности низкочастотного магнитного поля вихревых токов. Из геометрических соображений ряженке, эквивалетн<>е значению Ы для определенного изменения толщины изделия 20 ° Текущее значение <7 изделия

20 определяют с помощью преобразователя 21 фазового угла в напряжение, на первый вход которого поступает напряжение с выхода генератора 2 низкой частоты, а на второй — с выхода второго фильтра 16 низкой частоты. Преобразователем 21 фазового угла в напряжение определяется значение S и формируется напряжение, эквивалентное этому значению. В блоке 22 сравнения происходит сравнение напряжений, поступающих с выхода преобразователя 21 фазового угла в напряжение и с выхода блока 23 опорного напряжения. Если эти напряжения равны между собой, то на выходе блока 22 сравнения не формируется управляющий сигнал и частота генератора 2 низкой частоты не меняется, Если же эти напряжения не равны между собой, то с выхода блока 22 сравнения поступает сигнал на управляющий вход генератора 2 низкой частоты, который изменяет частоту последнего до тех пор, пока напряжение с выхода преобразователя 21 фазового угла в напряжение и блока 23 опорного напряжения не будут равны. Таким образом, происходит стабилизация фазового угла ы, ипи Ы независимо от г электропроводности, зазора и толщины материала.

45

HHt

Для того чтобы отношение

Э

Н

Пг однозначно определялось только толщиной иэделия 20 и независимо от электропроводности его материала и зазора, поддерживают постоянным отношение действительной и мнимой составляющих вносимых напряжений на низкой частоте, т.е. поддерживают постоянным фазовый угол d или Ы.г

По разности направлений векторов напряженности магнитного поля вихревых токов на высокой и низкой частотах, получаемых с выхода блока 18 вычи— талий, и индикатору 19 судят о толщине изделия.

Поддержка постоянным фазового yr ла d- осуществляется следующим образом. Из годографов опрецеляют оптимальное значение фазового угла ы для конкретного диапазона изменения толщины изделия ZQ. В блоке 23 опорного напряжения сформировано напформула изобретения

1. Способ измерения толщины электропроводящих изделий, заключающийся в том, что в изделии возбуждают вихревые токи одновременно на высокой и низкой частотах и по разности амплитуд сигналов, принятых на каждой частоте, определяют толщину изделия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, поддерживают постоянным отношение действительной и мнимой составляющих вносимых напряжений на низкой частоте, определяют направления векторов напряженности магнитного поля вихревых токов на высокой и низкой частотах в некоторой точке пространства, расположенной около возбудителя вихревых токов, и учитывают эти направления при определении разности амплитуд сигналов.

1

2. Устройство для измерений тол- щины электропроводящих изделий, содержащее генератор высокой частоты, генератор низкой частоты, вихретоковый.преобразователь, включающий возбуждающую, измерительные катушки и включенные с ними последовательновстречно компенсационные катушки, первый и второй блоки компенсации, входом подключенные к выводам измерительных и компенсационных катушек, первый фильтр высокой частоты и первый фильтр низкой частоты, входом подключенные к выходу первого блока компенсации, и последовательно соединенные блок вычитания и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, возбуждающая катушка преобразователя выполнена плоской и прямоугольной формы и расположена перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, измерительные и компенсационные катушки выполнены плоскими прямоугольной формы, взаимно перпендикулярными одна пара, состоящая из компенсаци онной и измерительной катушек, расположена параллельно, а другая па,ра — перпендикулярно рабочей поверхности преобразователя, причем первый вход первого блока компенсации соединен с измерительной катушкой, расположенной перпендикулярно рабоче новерхности преобразователя, второй

260833 8 вход — с соответствующей компенсационной катушкой, первый вход второго блока компенсации соединен с измерительной катушкой, расположенной параллельно рабочей поверхности преобразователя, второй вход — с соответствующей компенсационной катушкой, а устройство снабжено сумматором, входом подключенным к генера10 торам высокой и низкой частоты, а выходом — к возбуждающей катушке преобразователя, блоком стабилизации фазового угла, подключенным одним входом и выходом к входу и выхо15 ду генератора низкой частоты, последовательно соединенными и подключенными к выходу второго блока ком- . пенсации вторым фильтром высокой частоты и блоком определения направ20 ления вектора напряженности высокочастотного магнитного поля вихревых токов, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра высокой частоты, последовательно сое 5 диненными и подключенными к выходу второго блока компенсации вторым фильтром низкой частоты и блоком определения направления вектора напряженности низкочастотного магнитноÇ0 ro поля вихревых -.îêîâ, второй вход которого соединен с первым фильтром . низкой частоты, а выходвторого фильтра и низкой частоты подключен к второму входу блока стабилизации фазового угла.

12Г)0833

Составитель А,Бодров

Техред Л. Сердюкова

Редактор Л.Повхан

Корректор P..Øàðoøè

Заказ 5223/44 Тираж 778 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул. Проектная, 4