Способ измерения электропроводности металлических изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов. Цель изобретения - повышение точностных возможностей и расширение функциональных возможностей. Устройство, реализующее способ, содержит генераторы 1 и 2 возбуждающих сигналов и образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, элемент И 11, блок 12 сравнения фазы, счетчик 13 импульсов и арифметический блок 14. В устройство введены триггеры 6-10. Способ основан на поддержании постоянства фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала путем автоподстройки частоты последнего. При этом в блок 12 сравнения вводят два заданных значения фазы, одно из которых соответствует высокой чувствительности преобразователя к измеШ (Л Слд со СП СлЭ cpuel

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (II) А1 (5)) 4 G 01 1(27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4070102/24-21 (22) 29.05.86 (46) 15.09.87. Бюл. № 34 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Б.М. Березюк (53) 621.317.332.3(088.8) (56) Патент США ¹ 4095180, кл. 324/233, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1049836, кл. G N 27/02, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов.

Цель изобретения — повышение точностиых возможностей и расширение функциональных воэможностей. Устройство, реализующее способ, содержит генераторы 1 и 2 возбуждающих сигналов и образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, элемент И 11, блок 12 сравнения фазы, счетчик 13 импульсов и арифметический блок 14. В устройство введены триггеры 6 — 10. Способ основан на поддержании постоянства фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала путем автоподстройки частоты последнего.

При этом в блок 12 сравнения вводят два заданных значения фазы, одно из которых соответствует высокой чувствительности преобразователя к иэме! !7753 нению эа п ра. Процесс сравне ния сдвига фаэ п нт<1ряют с другим заданным значением и в момент их равенства фиксируют частоту возбуждающего сиг— нала. Одн временно измеряют его пери!!эобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов, а также "олщины диэлектрического покрытия, нанесенного на поверхность металлического иэделия, в машиностроении, авиационной промышленности и других областях народного хозяйства.

Цель изобретения — повышение точностных возможностей и расширение функциональных возможностей.

Предлагаемый способ измерения электропроводности основан на поддержании постоянства фазы измерительного сигнала по отношению к фазе воз— буждающего сигнала путем автоподстройки частоты последнего. В идеальном случае, когда преобразователь нечувст-2О вителен к зазору, результат измерения определяют иэ соотношения

N = Сб, (!) где б — электропроводность материала;

N — результат квантования периода возбуждающего сигнала импульсами образцовой частоты;

С вЂ” коэффициент пропорциональности.

В действительности показания прибора зависят как от величины измеряемой электропроводности, так и зазора:

N=C,6+Сй,(2) где h — величина з аз ор а;

С, и Сг — коэффициенты, определяемые 35 чувствительностью преобразователя к электропроводности и зазору соответственно.

В уравнении (2) неизвестны две величины: б u h. Для определения каж- 4б дой из них необходимо иметь систему двух уравнений. Ее можно получить, проводя измерения при двух различных

«начениях заданного сдвига фаз р и ц,. од и определяют конечный результат измерения путем умножения постоянного наперед заданного числа на разность измеренных периодов, 2 с.п. ф-лы, 3 ил. огда

N1 C„G + С гй (3)

N = C а + C h

"г где N, — результат квантования периода Т< возбуждающего сигнала при у = с!, И„ — результат квантования периода Т, возбуждающего сигнала при q

Измеряемое значение электропроводности будет равно

С И С Ч гг н 1г м

Значение зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемого изделия можно определить из соотношения

h = К(Сч !! — C !J,), (5) где К = С „С и. — С г1 С1г .

Коэффициенты С „, С,, С, и С определяют из расчетных характеристик вихретокового преобразователя.

Установленный на поверхности контролируемого изделия вихретоковый преобразователь возбуждают синусоидальным током частотой f. Фазу измерительного сигнала преобразователя сравнивают с заданным значением q, . В зависимости от знака результата сравнения увеличивают или уменьшают частоту возбуждения преобразователя до тех пор, пока фаза измерительного сигна1 ла не сравнится с значением . Кван1 туют период возбуждающего сигнала импульсами образцовой частоты и запоминают результат N, = Т,, Далее фазу измерительного сигнала сравнивают со значением р, и в зависимости от знака разности увеличивают или уменьшают частоту возбуждения. При выполнении условия . = прекращают г изменение частоты возбуждения и определяют второй результат квантования г = Т 1,. Па основании соотно53

25 з 13377 шений (4) и (5) по известным коэффициентам С„, С,, Сг, и Сг определяют значения электропроводности контролируемого материала и зазора между датчиком и поверхностью контролируемого изделия.

Значение с, обычно выбирают из условия максимальной чувствительности преобразователя к изменению электро- 10 проводности материала, а значения <р г из условия максимальной чувствительности к зазору.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для осуществления 15 способа; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 — алгоритм работы арифметического блока.

Устройство содержит генератор 1 возбуждающих сигналов, генератор 2 20 образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, триггеры 6-10, элемент

И ll блок 12 сравнения фазы, счетчик 13 импульсов и арифметический блок 14.

Выход генератора 1 соединен с входом преобразователя 3, два выхода которого соединены соответственно с входами усилителей-формирователей 4 30 и 5. Первый вход блока 12 сравнения фазы соединен с выходом первого усилителя-формирователя 4, его второй вход — с выходом второго усилителяформирователя 5 и входом синхронизации триггера 10, третий вход — с выходом триггера 6, четвертый вход— с выходом триггера 7 и информационным входом триггера 8, его первый и второй выходы — соответственно с управ- 40 ляющими входами генератора 1, третий выход — с входом синхронизации триггера 9 и управляющим входом счетчика 13. Вход сброса триггера 8 соединен со сбросовыми входами триггера 7 45 и арифметического блока 14, входом синхронизации триггера 6 и клеммой

Пуск", его вход синхронизации — с входом синхронизации триггера 7, сбросовым входом триггера 9 и инверсным 50 выходом триггера 10, инверсный выход— со сбросовым входом триггера 6. Информационный вход триггера 10 соединен с выходом триггера 9, его выход— с управляющим входом блока 14 и входом элемента И ll, второй вход кото-, рого соединен с выходом генератора 2 образцовой частоты, а выход — со счетным входом счетчика 13. Разрядные выходы счетчика 13 соединены с входами арифметического блока 14.

На фиг. 2 представлены эпюры напряжений на выходах следующих элементов: 11 — усилителя-формирователя 5 (а); V — усилителя-формирователя 4 (б); Un клеммы "Пуск (в); триггера 6 (г); U, — триггера 7 (д); триггера 8 (е); U — триггера 9 (ж); U<, — триггера 10 (з); U„ элемента И 11 (и); Uö — блока 12 сравнения фазы (к).

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Т, — период возбуждающих сигналов при =<,; Т вЂ” период возбуждающих сигналов при g = g, N, результат квантования периода Т,; N — результат квантования периода Тг; момент поступления сигнала

Пуск ; С, — момент сравнения сдвига фаз с,; t, — начало квантования периода Т, С4 — конец квантования периода Т,; t — момент срванения сдвига фаз с ч,; tt, — начало квантования периода Т,; t — конец квантования периода Тг.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения в блок 12 сравнения фазы вводят первое сР, и второе ср заданные значения фазы и устанавливают в исходное состояние бистабильные элементы устройства. Вихретоковый преобразователь 3, возбуждаемый синусоидальными сигналами генератора 1, устанавливают на поверхность контролируемого изделия. На выходах преобразователя установятся две последовательности синусоидальных сигналов, сдвиг фаз между которыми будет зависеть от электропроводности контролируемого материала и зазора между преобразователем и поверхностью изделий.

Усилители-формирователи 4 и 5 преобразуют синусоидальные сигналы с соответствующих выходов преобразо а еля 2 в две последовательности прямоугольных импульсов (фиг. 2а,б).

Сигнал "Пуск", поступивший на вход устройства, своим нулевым уровнем устанавливает в исходное состояние триггеры 7 и 8, арифметический блок 14 и задним фронтом — в единичное состояние триггер 6 (фиг. 2в,д,е). С поступлением с выхода триггера 6 единичного потенциала блок 12 с учетом нулевого потенциала на выходе триггера 7 сравнивает сдвиг фаз между об1337753 разцовым и измерительным сигналами с заданным значением д . В зависимосI ти от знака результата сравнения соответствующий сигнал, появившийся на

5 первом или втором выходе блока 12, увеличивает или уменьшает частоту генератора до тех пор, пока не выполнится условие =,. В момент сравнения сдвига фаз между образцовым Ið и измерительным сигналами с первым заданным значением на третьем выходе блока 12 появляется еДиничный по- ° тенциал, устанавливающий своим передним фронтом в единичное состояние триггер 9 (фиг. 2ж), единичный потенциал с выхода которого поступает на информационный вход триггера 10. Первый единичный сигнал с выхода усилителя †формировате 5 устанавливает триггер 10 в единичное состояние (фиг. 2з).

Нулевой потенциал с выхода инверсного выхода триггера 10 устанавливает в нулевое состояние триггер 9 (фиг. 25

2ж), а единичный потенциал с прямого выхода открывает элемент И Il. Счетчик 13 начинает подсчитывать импульсы образцовой частоты генератора 2, поступающие на его счетный вход через 30 элемент И 11 (фиг. 2и).Следующий единичный сигнал с выхода усилителя-формирователя 5 устанавливает в нулевое состояние триггер 10. Единичный сигнал, появившийся на инверсном выходе триггера 10, своим передним фронтом подтверждает нулевое состояние триггера 8 и устанавливает в единичное состояние триггер 7 (фиг. 2д). Нулевой потенциал с прямого выхода триг- 4О гера 10 закрывает элемент И ll и сигнализирует блоку 14 о необходимости считывания с выходов счетчика 13 результата N квантования периода Т возбуждающего сигнала. С приходом 45 единичного сигнала с выхода триггера 7 блок 12 начинает сравнивать сдвиг фаз между образцовым и измерительным сигналами с вторым заданным значением (p . В зависимости от знака 5р результата сравнения соответствующий сигнал, появившийся на первом или втором выходах блока 12, увеличивает или уменьшает частоту возбуждения генератора I, а нулевой потенциал с его третьего выхода устанавливает в нулевое состояние счетчик 13 (фиг.

2к). Процесс автоподстройки частоты возбуждения и сравнения сдвига фаз сигналов с вторым заданным значением длится до тех пор, пока не выполнится условие Ч = Ц . Тогда единичный потенциал, появившийся на третьем выходе блока 12, своим передним фронтом устанавливает в единичное состояние триггер 9, единый потенциал с выхода которого поступает на информационный вход триггера 10. Первый поступивший на вход триггера IO с выхода усилителя-формирователя 5 единичный сигнал своим передним фронтом устанавливает его в единичное состояние. Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 10 устанавливает в нулевое состояние триггер 9, а единичный потенциал с его прямого выхода открывает элемент И 11, и счетчик 13 начинает считать число импульсов образцовой частоты 1 . С приходом переднего фронта следующего возбуждающего сигнала триггер 10 устанавливается в нулевое состояние, закрывает элемент И ll, сигнализирует арифметическому блоку 14 о необходимости считывания с выходов счетчика 13 результата Ф 2 квантования периода Тг возбуждающего сигнала и передним фронтом единичного сигнала со своего инверсного выхода устанавливает в единичное состояние триг— гер 8. Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 8 устанавливает в нулевое состояние триггер 6 и сигнализирует об окончании процесса измерения .

Б начале работы в арифметический блок 14 вводят численные значения коэффициентов С „, С,г, Сг,, С,г, зависящие от расчетных характеристик применяемого вихретокового преобразователя, и блок по заложенной в его памяти подпрограмме вычисляет численное значение коэффициента К. После поступления сигнала "Пуск" блок 14 находится в состоянии ожидания окончания процесса сравнения сдвига фаз с первым заданным значением 1,, автоподстройки частоты возбуждающих сигналов и квантования периода Т . При поступлении с выхода триггера 10 сигнала "Конец квантования" блок 14 считывает с выходов счетчика 13 результат квантования N,, заносит его в оперативную память и ожидает поступления второго сигнала нКонец квантования". При поступлении этого сигнала блок 14 считывает результат N кванг тования периода Т возбуждающих сиг1337753 налов, о1!род(л»!ет в .(ависимости от

ОСУЩЕСтВЛЯЕЛ»О! о РЕжИМа ИЭМЕРЕНИЯ ЧИС— ленное значение б и/и!!и »-, и выводит полученный результат на алфавитно †циф5 ровой индикатор.

С поступлением каждого очередного

II II сигнала Пуск описанная последовательность действий повторяется.

10 формула изобретения

1. Способ измерения электропроводности металлических изделий, заключаю»цийся в сравнении разности фаэ между измерительным и возбуждающим 15 сигналами преобразователя с заданным значением фазы, соответствующим высокой чувствительности преобразователя к изменению электропроводности, в зависимости от знака результата сравне- 20 ния увеличивают или уменьшают частоту возбуждения преобразователя, фиксируют частоту возбуждения в момент равенства указанной разности фаз заданному значению и измеряют период возбуждающего сигнала, о т л и ч аю »ц и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, устанавливают дру. ое заданное значение фазы, 30 соответствующее высокой чувствительности преобразователя к изменению зазора, повторяют процесс сравнения сдвига фаз с другим заданным значением и в момент их равенства фиксируют частоту возбуждающего сигнала, изме( ряют его период и определяют конечный результат измерения путем умножения постоянного наперед заданного числа на разность измеренных перио- 40 дов.

2. Устройство для измерения электропроводности металлических изделий, содержащее блок сравнения фазы, два управляющих выхода которого соединены с Bx(! 1(1 мl» У!1Р 1»». » че л1(1! (1 (!1(I! ! (»Р возбуждаюших сиг»»;ц!(»в, вихр(т(к »вь!й преобразователь, вход»()ò(ро! (i с(!(.ди— нен с выходом генер;!т(»р!! ноэбуждак— цих сигналов, два у(è(»»»òf..f»ÿ — формирователя, входы которых соепинены соответствующими выходами вихретокового преобразователя, а выходь! — с нходами блока сравнения фазы, с третьим входом которого соединен выход первого триггера, и последовательно соединенные генератор образцовой частоты, элемент И и счетчик им!!Ульсов, информационные выходы которого соединены с входами арифметического блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональш!х возмож— ностей, в него введены четыре триггера, при этом вход синхронизации первого триггера соединен со сбросовыми входами второго и третьего триггеров, арифметического блока и кнопкой

"Пуск», вход синхронизации второго триггера соединен с входом синхрони— эации третьего триггера, сбросовым входом четвертого триггера и инверсным выходом пятого триггера, прямой выход второго триггера соединен с четвертым входом блока сравнения фазы и информационнь|м входом третьего триггера, инверсный выход которого соединен со сбросовым входом и(р -ого триггера, вход синхр(ниэации четвертого триггера и сбросовьд» вход счетчика импульсов соединены с третьим выходом блока сравнения фазы, выход четвертого триггера соединен с информационным входом пятого триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а прямой выхсд — с вторьп", входом элемента И и упр;(вляю!Ш»м входом арифметического блока.

I:!3775 3 с и 4 б

Vg

Ug

У и с

Vjg з

Ц

l/)р к

1р 1д Ф Х Å

Фи 1

ФиС.З

Составитель В. Стукан

Редактор Е. Копча Техред М.Ходанич Корректор С. Шекмар

Заказ 4!22/40 Тираж 776 Подписное

В!!ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Ироек гная, 4