Способ вихретокового контроля неферромагнитных изделий

 

Изобретение может быть использовано для определения удельной злектрической проводимости и толщины неэлектропроводящего покрытия на изделиях из электропроводящих материалов . Целью изобретения является повышение точности и информативности контроля. В процессе контроля преобразователь устанавливают на эталон-, ный образец и выполняют цикл его настройки , в процессе которого запитывают преобразователь частотами u)i , U} и;,и u)j w,/n, где. n - целое число, формируют корректирующий сигнал S ,, где и,, - выходные сигналы преобразователя на разных частотах, и добиваются уело- . ВИЯ , запоминая при этом величины Ui, Uj ии. Затем преобразователь устанавливают поочередно на эталонный образец с фиксированным зазором Н, на контролируемое изделие и на контролируемое изделие с фиксированным зазором. При каждой перестановке преобразователя выполняют цикл настройки, аналогичный первому , и запоминают значения скорректированных значений выходного сигнала преобразователя на частоте Ы,. По запомненным значениям выходных сигналов преобразователя, полученным в результате четырех циклов настройки , в соответствии с полученными зависимостями определяют величины удельной электрической проводимости и толщины диэлектрического покрытия. 1 ил. (Л J 4ib О) СП 4iak 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4240196/25-28 (22) 05.05.87 (46) 23.12.88. Бюл. N - 47 (71) Куйбышевский авиационный институт им, акад. С.П.Королева (72) А.P.Øèøêèí и В.Н.Буров (53) 620. 179. 14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1176231, кл. G 01 N 27/90, 1985..

Авторское свидетельство СССР

Ф 1374120, кл. G 01 N 27/90, 1987. (54) СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ

НЕФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ . (57) Изобретение может быть использовано для определения удельной электрической проводимости и толщины неэлектропроводящего покрытия на изделиях из электропроводящих материалов. Целью изобретения является повышение точности и информативности контроля. В процессе контроля преобразователь устанавливают на эталонный образец и выполняют цикл его настройки, в процессе которого запитывают преобразователь частотами u)<

ÄÄSUÄÄ 1446548 А1 (5g 4 G О1 N 27/90 G 01 В 7/06

cog- =ы„,и ыр и, /п, где. n — целое число, формируют корректирующий сигS = U „ЦП » где П,, U q n U з— выходные сигналы преобразователя на разных частотах, и добиваются условия S = -- О,,запоминая при этом величины U „, U u U . Затем преобразователь устанавливают поочередно на эталонный образец с фиксированным зазором dH на контролируемое иэделие и на контролируемое иэделие с фиксированным зазором. При каждой перестановке преобразователя выполняют цикл настройки, аналбгичный первому, и запоминают значения скорректированных значений выходного сигнала преобразователя на частоте (>,.

По запомненным значениям выходных сигналов преобразователя, полученным в результате четырех циклов настройки, в соответствии с полученными зависимостями определяют величины удельной электрической проводимости и толщины диэлектрического покрытия.

1 ил.

1446548

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для измерения удельной электрической про- 5 водимости материалов, иэделий и толщины диэлектрических покрытий на них, Цель изобретения — повышение точности и информативности контроля за счет формирования определенного вида 10 зависимости величины сигнала вихретокового преобразователя от измеряемых параметров и введения заданных прира цений измеряемых параметров.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего способ вихретокового контроля неферромагнитных изделий.

Устройство состоит из генераторов

1-3 синусоидального тока, соединен- Zp ных последовательно коммутатора 4, трансформаторного накладного вихретокового преобразователя 5, усилителя 6 переменного напряжения, амплитудного детектора 7, сумматора 8 и 25 коммутатора 9, трех блоков 10-12 памяти, вычислительного блока 13, соединенных последовательно блока 14 возведения и квадрат и вычитателя

15, блока 16 умножения, усилителя 17 gp постоянного тока и генератора 18 тактовых импульсов. Выходы генераторов

1-3 соединены с входами коммутатора

4. Выкоды коммутатора 9 соединены с входами блоков 10-12 памяти, выходы которых соединены с входами вычисли.тельного устройства 13 ° Выход блока

10 соединен также с входом блока 14 возведения в квадрат, а выходы блоков 11 и 12 памяти соединены с входа- 40 ми блока 16 умножения, выход которого соединен с вторым входом вычитателя 15. Выход вычитателя 15 подключен к входу усилителя 17 постоянного тока, выход которого соединен с 45 вторым входом сумматора 8. Выходы генератора 18 тактовых импульсов соединены с синхронизирующими.входами

-коммутаторов 4 и 9 и вычислительного блока 13.

Способ реализуется следующим образом.

С помощью накпадного трансформаторного вихретокового преобразователя 5 возбуждают в контролируемом изделии (не показано) вихревые токи.

Выходной сигнал преобразователя 5, установленного на изделии, зависит от удельной электрической проводимости материала, толщины диэлектрического покрытия и стабильности параметров функции преобразования измеряемых параметров в электрический сигнал . Чтобы исключить погрешность от случайных изменений параметров функции преобразования и взаимного влияния измеряемых параметров проводятся 12 тактов измерения.

В процессе калибровки вихретоковый преобразователь 5 устанавливают на эталонный образец (не показан) с известной величиной удельной электрической проводимости 6 и без диэлектрического покрытия. Зависимость величины сигнала U вихретокового преобразователя 5 от величины параметра

В, = Riff cu ь, где R радиус большей катушки вихретокового пре.образователя 5; 1л, = 4 Т 10 Гн/м— магнитная постоянная;

ы — круговая частота, питающая вихретоковый преобразователь 5 тока, в достаточно широком диапазоне изменения описывают выражением

П = а,В + а„, где а о, а, — коэффициенты пропорциональности;

k " показатель степени (k g О).

Изменяя частоту (d в и раз, где и ) О, создают мультипликативный тест параметра й, равный

18 = B.m

В первом, втором и третьем так1 тах измерения вихретоковый преобразователь 5 запитывают током частотой

01 (dg= 0)1и и 0)э= c0, /Il соответ ственно. Если результат измерения в первом, втором и третьем тактах измерения обозначить U» U < H U > соответственно, то можно записать и,, = а,(В,,) + а,, От=а М;m) +а

01=а(В /m) +a (2) где m = и.

Процесс калибровки включает шесть тактов измерения сигнала вихретокового преобразователя 5.

I з 144654

Для определения величины В по величине сигнала U вихретокового преобразователя 5 необходимо знать величины коэффициентов а, а, и k. Решео ние системы (2) значительно упроститг ся, если величина а равна нулю, для этого необходимо выходной сигнал U суммировать с корректирующим сигна лом U „, = -а . Величина ао равна 10 нулю, если величина сигнала S z, = О, где S находится по формуле! Н +0 3 !. U a+U 3)

2U.! 2Б (8) С учетом того, что k 0, m = vn и прологарифмировав обе части выражения (8), получают окончательное выражение для нахождения величины k го преобразователя 5 используется его выходное напр яжение.

Решая уравнение (7) относительно к величины m получают (3) зт 112НЗ

Если в выражение (3) подставить значения U, U U из (2), то получают (4) S =аай (2m — — ) к

3! о З7 шн

U a В к (5) Для нахождения величины k можно использовать систему (2) уравнений, с учетом того, что после коррекции а = О можно записать. о

Ua+U к 1 — — -=ш +

U. шк (6) Умножив обе части выражения (6) на величину m получают (ш ) 2-(<)m "+ 1 = О. (7)

Из анализа известных зависимостей следует, что величина k (О (в зависимости от величины конструктивных параметров вихретокового преобразователя значение k = -0,8 -1,5), если в качестве сигнала вихретоковоВеличины а„Я не могут быть равны

К

Br

1 нулю величина (2-ш " — — -) не равна

Э

me нулю, если k g О, поэтому S = О только в том случае, если а „= О. Таким образом, суммируя сигнал вихретокового преобразователя 5 с корректирующим сигналом и- добиваясь равенства U U U = О путем изменения ве! 2 3 личины U, можно сформировать бо-. лее простую зависимость величины U от параметра И, которая описывается выражением

U<+U з

21n(— — ——

2U 2U

° (9) In u

Величины коэффициентов а и а о зависят от величины зазора dH между

20 вихретоковым преобразователем 5 н поверхностью контролируемого материала и могут быть представлены в виде выражений

25 (10) а =С,Н+ С а,=Ь„Н+Ь,, где С !, С, Ь,, Ь вЂ” коэффициенты пропорциональности.

Вводя заданную величину приращения зазора ËI между эталонным образцом и преобразователем и повторяя цикл настройки преобразователя, моЗ5 жет быть найдена скорректированная величина U выходного сигнала преобразователя на частоте !!,, Корректировка выходных сигналов преобразователя необходима, поскольку при введении зазора величина а „ изменится.

Скорректированные значения Б и U с учетом выражений (10) и (11) и того, что в первом такте калибровки АН = О, равны

U, =Ьа, (Ъ !+Ь о Л Н) и эт (12) 50

На этом операции, связанные с эталоннЫм образцом (процесс калибровки) оканчиваются.

В процессе измерения вихретоковый

55 преобразователь 5 устанавливают на контролируемое изделие с неизвестной величиной удельной электрической проводимости Б„и неизвестной толщиной диэлектрического покрытия Н„. В

1446548 где

1п и (=

Ua+U з

1n(— — —2U„

u = (b,н„+Ь,) и„; (13) 15 (18) (14) 0т ь,- —

Врт (15) 0и-0 т

Ьт = — —— а к, н

Эт (16) 40

u «u

В 2=2 н b,4Н

50 выражение величи(16) и учитывая, Подставив в это ну Ь„ из выражения

Ви тт что (— -) = и

И эт эт лучают: выражение (9), по55

66(— — -) 0т U с этu 0 э т (17) процессе измерения проводят шесть тактов измерения сигнала вихретокового преобразователя 5. Аналогично процессу калибровки, в первом, втором и третьем тактах измерения вихретоковый преобразователь 5 запитывают током частотой ит, ы = мтп м

CJ,/п.и измеряют скорректированный сигнал вихретокового преобразова"10, теля U на частоте т. Скорректированное значение U> с учетом выражения (11) равно где  — величина обобщенного параи метра для контролируемого изделия.

В четвертом, пятом и шестом так- 20 тах процесса измерения задают приращение зазора д Н между преобразователем и контролируемым изделием и измеряют скорректированный сигнал U вихретокового преобразователя 5 на 25 частоте cd

Скорректированное значение 0 с учетом выражения (11) равно

U < = (Ь,(Н„+ДН)+Ь,) В "„,.

Дпя определения величин В н и Н ц необходимо, используя выражение (12) представить величины коэффициентов

Ьо и Ь, в виде следующих выражений: к

Дпя определения величины l3„ необходимо вычесть из выражения (14) выражение (13) и выразить из получен- 45 ной разницы величину Я„

Для определения величины Н„используем выражение (13) к (u /ви).-ь

Н и Ьт

Подставляя в это выражение значеВ к ния Ъ Ь и (— ) с учетом выражео» т g ут ний (15), (16) и (17), определяют толщину диэлектрического покрытия в . виде

0ч 01

Н „= 4Н(— — — — — — -) ОтО 0 7 04 От

Генератор 18 тактовых импульсов устройства, реализующего способ, имеет четыре режима: "Калибровка", "Калибровка — Тест", "Измерение

"Измерение — Тест". Генераторы 1-3 переменного сигнала поочередно с помощью коммутатора 4 по команде генератора 18 тактовых импульсов подключаются к генераторной обмотке (не показана) накладного трансформаторного вихретокового преобразователя 5.

Выходной сигнал с измерительной обмотки (не показана) преобразователя

5 усиливается усилителем 6 и выпрямляется амплитудным детектором 7. В режиме "Калибровка" преобразователь

5 устанавливают на эталонный образец, в блоке 10 памяти по команде с генератора 18 тактовых импульсов запоминается величина U в блоке 11 памяти — величина U, а в блоке 12 памяти — величина U> Величина U, с выхода блока 14 возведения в квадрат поступает на первый вход вычитателя

15, величина (V,us) с выхода блока

16 умножения поступает на второй вход вычитателя 15. Величина S = U2,—

0т0 поступает на второй вход усилителя 17 постоянного тока. Величина корректирующего сигнала U- = Б где k > — коэффициент усиления усилителя 17, суммнруется с усиленными и выпрямпеиными сигналами вихретокового преобразователя в сумматоре 8 °

Если величина k достаточно большая, U кар то S з = =О, поэтому в устано0у

7 144654 вившемся режиме U -U U = 0 тем саз мым дос тига ется ав томати ческая коррекция сигнала. Скорректированные ве/ личины U O< и U запоминаются вычислительным устройством 13. В режиме "Калибровка-Тест" под вихретоковый преобразователь 5 подкладывают диэлектрическую пластинку толщиной ЛН и после корректировки скорректирован-1р ная величина U4 запоминается в вычислительном устройстве 13. В режиме

"Измерение" измеряется и запоминается скорректированная величина U --,, в режиме "Измерение — Тест" измеряет-. 15 ся и запоминается скорректированная величина U . Значение Н„, Ь,„и Ы вычисляются вычислительным устройством

13 по формулам (17) (18) и вычислен. ные значения Н < и Ь„выводятся на 20 индикатор вычислительного устройства 13.

Дпя получения оптимальной переходной характеристики устройства время установления выходного напряжения уси25 лителя 17 постоянного тока должно быть больше, чем время выборки блоков 10-12 памяти.

6 = (— « ), цб

И 3У

+ 1

1п и ц т+цз

1n (— — ——

2U где Н и g — толщина диэлектричесИ И кого покрытия и удельная электрическая проводимость контролируемого изделия; б — удельная электрическая проводимость эталонного образца.

Формула изобретения

Способ вихретокового контроля неферромагнитных иэделий, включающий установку вихретокового преобразователя. на эталонный образец, выполнение цикла настройки преобразовате35 ля, в котором осуществляется последовательное возбуждение преобразователя на трех частотах ; ы,, u)<= ы, и и ы о, /п, где п > О, измерение со-40 ответствукпцих выходных сигналов U, U и U преобразователя, формирование из них сигнапа корректировки S u icopрекции выходных сигналов преобразователя до выполнения условия $ = О, измерение и запоминание соответствую-: щих величин скорректированных выходных сигналов преобразователя U Ug

8 8 и Uq, установку преобразователя на контролируемое изделие, измерение выходного сигнала преобразователя, совместный анализ сигналов преобразователя при устаповке на эталонный образец и контролируемое изделие и определение по ним величин контролируемых параметров изделия, о т— р и ч а ю шийся тем, .что, с целью повышения точности и информативности контроля, сигнал корректировки в цикле настройки преобразователя формируют в виде S - =O,-U U, повторяют цикл настройки преобразователя при его установке соответственно на эталонном образце с фиксированным зазором AH на контролируемом изделии и на контролируемом изделии с фиксированным зазором йН, запоминая при завершении каждого цикла настройки соответствующие скорректированные выходные сигналы,U4,U и U преобразователя на частоте ы„, а величины контролируемых параметров определяют из соотношений ц5 . ц1

Н = ЬН(— — — -- — — -), И ц ц ц ц

5 4 1

1446548

Составитель В.Крапивин

Редактор Л.Зайцева Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 6743/50 Тираж 847. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН1 Г,<.:Р

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. П »к T íëí, 4