Способ селективного обнаружения металлических предметов

 

Изобретение касается обнаружения скрытых металлических предметов, . преимущественно ферромагнитных, в непроводящей среде с использованием переменного .магнитного поля ( ционных обмоток). Цель изобретения - повышение селективности обнару7кен ш. Три ортогональные обмотки возбуждения запитывают тремя отличающимися по частоте гармоническют токами. Измеряют три ортогональные пространственные компоненты индуцированного магнитного момента. Вьщеляют их гармонические составлякицие каждоП из трех частот токов возбуждения, находят по этим составляющим комплексные магнитные моменты, соответствую-. щие случаям намагничивания предмета по осям магнитной анизотропии, по значениям которых судят о физических свойствах предмета. 2 ип. (Л

СОЮЗ COBETOHIO

МЛ НВ О

РЕСПУБЛИК

<1В an

А1 ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТХРЬФИЯМ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (51)5 С 01 Ч 3/11

1(46) 23.09.90.Бюл. Р 35, (21) 4196536/31 "25 . (22) 19.02.87 (71) Научно-исследовательский инсти-.тут электронной интроскопии при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (72) А.Е.Гольдштейн, В.К.Жуков, С;А.Калганов и В.E.Êîíîâàëîí (53) 550.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .1 325578, кл. G 01 U 3/10, 1972.

Авторское свидетельство СССР

8 139376, кл, О 01. V 3/10, 1961. (54) СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРЕДМЕТОВ (57) Изобретение касается обнаружения скрытых металлических предметов,, преимущественно ферромагнитных, в непроводящей среде с использованием переменного, магнитного поля (индукционных обмоток). Цель изобретенияповышение селективности обнаружения.

Три ортогональные обмотки возбуждения эапитывают тремя отличающимися по частоте гармоническими токами.

Измеряют три ортогональные пространственные компоненты индуцированного магнитного момента. Выделяют их гармонические составляющие каждой иэ трех частот токов возбуждения, находят по этим составляющим комплекс"

we магнитные моменты, соответствую щие случаям намагничивания предмета по осям магнитной анизотропии, по значениям которых судят о физических свойствах предмета. 2 ил.

1 447 f07

Изобретение относится к технике .обнаружения скрытых ферромагнитных предметов.

Цель изабретеи33я — повы333ение се5 лективности об33аруже33ия металличес- ких предметов.

На фиг.l изображено взаимодействие магнитного поля вихретокового преобразователя с металлическим пред-ц) метам; на фиг.2 — структурная схема устройства„ реализующего предлагаемый способ. Сущность предлагаемого способа закл3очается в следующем. Три взаимно артагапальные обмотки возбужде" ния >»E» V«, Ы,. запитываются гармониче скимп тОКЯ33и 1» 9 II s 1пЯi t 9 1»y—

I s inQEt 1 32=- Х $1по»3с 9 где

1 9 Iq - амплитуды токов, Я, 9 <332 9 20

Q> — круговые частоты, отличающиеся одна от другой на ве3333чн3»уйЬ3 =-У,-»4 =

У -Q<. Величину »»Ы выбира3от из саображе3»ий вазможности частотнага раз-, деления сигцалав частотой О»9 (s»q, 25 ь1 равной †" . Здесь Т вЂ” время пзмереЯ 9 ния, определяемое главным образом . постоянной времени изменения полезного сигнала.

Таки9 пратекс»ощие в Обмотках возбужде3»ия9 сазцают в контролируемой . зоне впхретакавого преобраза3зателя магнйтиае поле, 3333еющее гармонические составляющие трех частот »9,, Я

Будем сч33тать9 чта в зоне контроля составляющие Н „ „ Н, и Н „ напряженности возбуждающего ма3нитнага паля для разных частот сртагснальны

EI р ав 31ы ПО амплитуде (IIPBK тич е ски эта мажет быть достигнута выборам саатветству3ощкх размеров и конфигурации обмоток), а металлический пред:мет 33меет форму тела вращения (цилиндр а 9 злл3 3псаида 9 сферс33,ее,а к то и e ) 9 15 дпя катарага характерно наличие одной аси магнитной анизатрации, совпадяощей с осью тела вращения, Направление асей хасрдинат выбирают совпадающими с направлен3пж33 Ортсганальных ссставлнющих Нох 9 Нок 9

Hgz вектоРа 33апРЯжен3»ост33 вазбУтД" щего магнитногo паля. Металлический прЕдмет, помещенный в зону контроля, обуславливает возникновение втаричнога магнитного поля, характеризую55 щегося вектором индуцированного маг9, нитного момента m. Вектор m можно представить векторной суммой oprol-oШ Х ШХ3+ШХ2+Ш КЭ

my 9 ш» » +ш, +mg q

m2 mz» Ш22 Ш23

Здесь числовые индексы гармони" ческих составляющих соответствуют индексам каждой из трех частот. Выражения, определяющие величины составляющих магнитных моментов

m„, =М cos»»LI» s in(u» t+g ) +

+М sin g„sin{(2»t+(f ), mee=coseL„coos»(»»esio(ossc+»9 )—

Мв $1-п(-+4»3)3

333 „ - с а $ „с а $ (М s 1 n (Q > t + (f )-H 5in(V 3:+g )g, m, =сов» сава (H„sin(4l, t+(f ) -М$$1п(У, t+q )

m>2=H cos M $in(CQ

+М $1п2 $1п(О, t+I. )

m»3 s = c o s 3 c o s»31, z p I s in (Cg I t+Cp )—

H $1й(О, +ф,)

Ъ, п32 =cosa(9»сО$ вtH $1п(Я» +Ц» )

М sin(Q» +Ц )), mz =СО$Ы» СO$ dZ (МаSin(g Zt+Ig )

H sin(ca3."+Чо) 3 ш2з Маcos cCz sin(Q>t+gz)+

+H зi. С, $Ы(у,3+у,)) 2) гДе совЫ„, cos»». », coskz — напРавлЯющие косинусы оси магнитной анизотропии предмета (в данном случае сав" падающей с его продольной осью), М-, ср и H» Cps — амплитуды и фазы

EISH9 EcцИрОВаН33Ь3Х ПрадОЛЬНОГО m> И пОперечнаго п» магнитных мамептсн предмета для случаев намагничиганпя предмета в переменном поле соответственно при параллельной и перпендикулярной ориентациях вектора напр33женнос" ти вазбужда3ощего магнитного поля и продольной оси предмета.

Величины продольного и поперечнага магнитных моментов являются наибональных пространственных компонент

Il3„9 m, m . В общем случае, когда форма металлического предмета отлична от сферической, а ось его магнитной анизотропии не совладает с àправлениями векторов НО„, Ноч, Но, модули векторов ш„, m, m2 имеют каждый по три гармонические составляющие, обусловленные магнитными полями всех трех частот

3 14 лее удобными информативными параметрами, которые можно испольэовать для селективного обнаружения металлических предметов вихретоковыми методами, поскольку они несут информацию как о геометрических, так и электромагнитных параметрах объекта контроля и не зависят от его ориентации в зоне контроля. Определение комплексных продольного и поперечного магнитных моментов осуществляется посредством измерения гармонических составляющих пространственных компо«ент вектора индуцированного магнитно о момента m„э m« Шхер m-з и решения системы уравнений (2) относительно искомых величин.

4/

На фиг.2 приведен пример устройства, реализующего пре) лагаемый способ. 0«о содержит генератдры первой

1, второй 2 и третьей 3 частот, вихретоковый преобразователь (ВТП) с системой трех ортогональных возбуждающих обмоток 4 и системой трех ортого«аль«ых измерительных обмоток

5, комле«саторы 6, 7 и 8 начальных напряжений ВТП, синхронно-фазовые фильтры 9-17 и решающий блок 18.

Устройство работает следующим образом.

Возбуждающими обмотками 4, запитываемыми от генераторов, создается в зоне контроля переменное магнитное поле, простра«ственные составляющие которого изменяются по гармоническим законам с частотами о,, сд, ñä . Напряжения измерительных обмоток 5 по" даются «а входы компенсаторов начальных напряжений, в которых.осуществляется взаимная компенсация соответствующих начального напряжения

ВТП и комгенсирующих напряжений, формируемых из напряжений генераторов.

Подстройкой амплитуд и фаз компенсирующих напржкений добиваются того, что при отсутствии в зоне контроля металлического предмета выходные напряже«ия компенсаторов 6, 7 и 8 бы « вгв.«1 «лтю. -Наличие в зоне контроля металлического предмета обусловливает появление вторичного магнитного поля и изменение напря- жений измерительных обмоток. Пс сколЬ.— ку компенсаторами 6, 7, 8 обеспечи- . вается компенсация начальных напряжений, то на их выходах выделяются вносимые напряжения ВТП. Величины вносимых напряжений первой, второй

47107, .4 и третьей измерительных обмоток про" порциональны соответственно величинами пространственных компонент т„, л

5 ш m инруцированного магнитного момента m, Гармонические составляющие вносимых напряжений, пропорциональные соответствующие гармоническим состав10 ляющим магнитного момента частотой

Ы„; m«,, m,,ш, - выделяются соответственно синхронно- фазовыми фильт- рами 9, 12, 15, опорными напряжения" ми которых является выходное- напря.

1б жение генератора 1, частотой О . и

m> а " фильтрами 10, 13, 16, опорными напряжениями которых является выходное напряжение генератора 2, частотой 63 t mq» m < >, m — фильтрами 1 f 1 4, 1 7, опорными напряже- ° ниями которых является выходное напряжение генератора 3. В качестве выходных напряжений синхронно-фазовых фильтров в данном случае исполь

25 зуются выходные напряжения фильтров низкой частоты, входящих в состав синхронно-фазовых фильтров и определяющих их частотную избирательность. Напряже«ия «а первых выходах щ фильтров 9-17 пропорциональны синфаз«ым (относительно фазы опорных напряжений) составляющим измеряемых сигналов, а напряжения на вторых ныходах фильтров — квадратурным составляющим измеряемых сигналов. Такий образом, выходные напряжения с фильтров 9-17 являются и«франизкочастот ными сигналами, постоянные времени изменения которых равны постоянныи

4О времени огибающих вносимых напряжений ВТП, а мг«ове«ные значения пропорциональны соответствующим действительным и м«иным частям комплексных магнитных моме«тов.

Решающим блоком 1.8 осуществляется вычисление действительных и мнимых частей комплексных продольного и попереч«ого магнитных моментов (HJIH их амплитуд и фаэ).

По найде1««.M величинам комплекс50 ных магнитных маме«тов, соответствуощпх случаям «амаг«ичива«ия металлического пре тета по осям магнитной а«изотропнн, и их соотношениям судят о размерах, форме и материале пред5б мета..

Формула иэ обретения

Способ селектив«ого обнаружения металлических предметов, ос«ованный

14471 на возбуждения тремя взаимно ортогопальными обмотками переменного магнитного поля и измерении пространствеинык компонент вектора индуцирован5 ного магнитного момента, .о т л и ч авщий с я тем, что, с целью по. вьЮенил селективиости обнаружения, обмотки возбуждения одновременно записывают тремя отличающимися по час-. 1О тоте.гармоническими токами, измеряют три ортогональные пространственные

07 компоненты "индуцированного магнитного момента, выделяют их гармонические составляющие, соответствующие кшкдой из трех частот токов возбуждения, находят по STHM составляющим комплексные магнитные моменты, соответствую- щие случаям намагничивания предмета, по Осям магнитной анизотропяи по значениям которых судят î раз мерах, Форме и матариале .предме1а °, фю

Оду