Преобразователь толщины в интервал времени

 

Изобретение относится к устройствам для толщинометрии и может быть использовано для контроля толщины стенок крупногабаритных неферромагнитных изделий. Цель изобретения - повышение информативности. Для этого на выходе первого элемента 13 ИЛИ формируются импульсы длительностью &Tgr;<SB POS="POST">X1</SB> и &Tgr;<SB POS="POST">X2</SB>. Первый из них пропорционален толщине стенки изделия, помещенной между источником 3 поля и катушкой преобразователя 5, а второй - ее толщине и электрической проводимости. На втором выходе преобразователя присутствует сигнал, идентифицирующий эти импульсы (импульсу &Tgr;<SB POS="POST">X1</SB> соответствует уровень логического нуля на втором выходе, а импульсу &Tgr;<SB POS="POST">X2</SB> - уровень логической единицы). 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Ь1)5 С О1 В 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4288649/25-28 (22) 22.07.87 (46) 30.01.90. Бюл. и 4 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт (72) В.Г. Брандорф и В.Л. Котляров (53) 620.179.14(088.8) (56) Дефектоскопия, 1981, У 12, с, 6777.. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ (57) Изобретение относится к устройствам для толщинометрии и может быть использовано для контроля толщины стенок крупногабаритных неферромаг„„SU„„1539510 А1

2 нитных изделий. Цель изобретения повышение информативности. Для этого на выходе первого элемента ИЛИ 13 формируются импульсы длительностью и ь„ . Первый из них пропорциоК1 нален толщине стенки изделия, помещенной между источником 3 поля и катушкой преобразователя 5, а второйее толщине и электрической проводимости. На втором выходе преобразователя присутствует сигнал, идентифицирующий эти импульсы (импульсу соответствует уровень логического нуля нв втором выходе, а импульсу i « - уровень логической единицы).

3 ил.

1539510

Изобретение относится к толщиномерам и может быть использовано для контроля крупногабаритных неферромагнитных изделий °

Целью изобретения является расширение информативности за счет измерения и электрической проводимости материала контролируемых иэделий.

На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя;.на фиг.2схема его управления; на фиг. 3 временные диаграммы: i(t) - ток источника поля; e(t) - ЭДС индукционно" го преобразователя « U e(t) напряже ние на выходе интегратора; U „- выходное напряжение преобразователя (на втором выходе); U „, — состояние первого выхода схемы управления и первого ключа, замкнутого при подаче на его управляющий вход "1"; 11 к состояние второго выхода схемы управления и второго ключа; 16 - состояние элемента И схемы управления;

Т„17 - состояние обратного выхода 25 третьего триггера схемы управления (третьего выхода схемы управления);

11 - состояние первого триггера (прямого выхода); 12 - состояние обратного выхода второго триггера 12.

На фиг. 3 штриховыми линиями обозначены зависимости при 6 = О, сплошными — при 6 О, что следует иэ обозначениЙ t д и

Преобразователь содержит соединен- З ные последовательно источник 1 постоянного напряжения, первый вход которого соединен с точкой нулевого потенциала, резистор 2, источник 3 поля и первый ключ 4, второй вывод которого 40 соединен с вторым выводом источника

1 постоянного напряжения, последова" тельно соединенные индукционный преобразователь 5, второй вывод которого соединен с точкой нулевого потенциала,д5 второй ключ 6, интегратор 7 и нульорган 8, третий ключ 9, выводы которого соединены с вторыми выводами второго ключа 6 и резистора 2, соответственно, и схему 10 управления, первый и второй выходы которой соединены с управляющими входами первого 4 и второго 6 ключей соответственно, а первый вход предназначен для подключения к источнику тактовых импульсов. Преобразователь содержит соединенные последовательно первый триггер ll, С-вход которого соединен с первым выходом схемы 10 управления, а инверсный выход соединен с D-входом первого триггера 11 и является первым выходом преобразователя, второй триггер 12, D-, С- и S-входы которого соединены соответственно с точкой нулевого потенциала, прямым выходом первого триггера 11 и выходом нуль-органа 8, и первую схему

ИЛИ 13, два входа которой соединены соответственно с инверсным выходом второго триггера 12 и третьим выходом схемы 10 управления, а выход первой схемы ИЛИ 13 соединен с управляющим входом третьего ключа 9 и является вторым выходом преобразователя, и вторую схему ИЛИ 14, два входа которой соединены соответственно с прямым выходом первого триггера 11 и выходом нуль-органа 8, а выход второй вхемы ИЛИ 14 соединен с вторым входом схемы 10 управления.

Схема 10 управления может быть выполнена, например, в виде соединенных последовательно счетчика 15, вход которого является первым входом схемы

10 управления, а прямой и инверсный выходы - первым и вторым соответственно выходами схемы 10 управления, схемы И 16, два входа которой соединены соответственно с двумя прямыми выходами счетчика 15, и третьего триггера 17, $-вход которого является вторым входом схемы 10 управления, Dвход соединен с точкой нулевого потенциала, С-вход соединен с выходом схемы

И 16, а инверсный выход является третьим выходом схемы 10 управления.

Преобразователь работает следующим образом.

Источник 3 поля и преобразователь

5 накладывают соосно на разные сторо" ны объекта контроля (не показан). Соосность достигается с помощью известных способов. Благодаря периодической коммутации первого ключа 4 схемой 10 управления по обмотке источника 3 поля протекает периодический пульсирующий ток i(t), чем создается электромагнитное поле, наводящее в обмотке преобразователя 5 импульсы ЗДС е().

Временные параметры, определяющие длительности фронтов импульсов тока

i(t) и импульсов e(t), определяются следующими параметрами и условиями: постоянной времени = L /R цепи тока i(t) эквивалентной индуктивностью.Ь и эквивалентным активным соЭ противлением К этой цепи при отсут1539510

2 tî,Э

= п ° и

О ct

5 ствии электропроводности объекта контроля (6 = 0); вносимыми в цепь тока i(t) индуктивностью L „ и активным сопротивлением К „, эти параметры определяются

1 электропроводностью 6 включений в стенке объекта контроля, их формой, размерами и ориентацией относительно соосной системы обмоток источника 3 и преобразователя 5.

Непосредственно перед моментом величина тока i(t) имеет стационарное значение i(t) = i = U/R где

U — напряжение источника 1, выходное напряжение интегратора 7 U q(t) - О.

Схема 10 управления работает путем подсчета счетчиком 15 выходных тактовых импульсов, поступающих на первый вход схемы 10 управления. Работа схемы 10 делится на четыре такта (по числу состояний счетчика 15). На втором выходе схемы 10 единица появляется в двух первых тактах (состояния счетчика 15 "00" и "01"), а на первом - в двух вторых тактах (состояния счетчика 15 "10" и "11"). .На выходе схемы И 16 единица появляется . в четвертом такте (состояние "11")..

Появление единицы на выходе схемы

И 16 устанавливает в "0" третий триггер 17, который может быть установлен в единичное состояние единичным уровнем, если он поступит на второй вход схемы 10 управления.

В момент t очередной тактовый импульс, сформированный из сетевого напряжения и поданный на первый вход

:схемы 10 управления, установит счетчик 15 схемы 10 управления (фиг. 2) в нулевое состояние (первый триггер 1 находится в состоянии "1"), в результате чего первый ключ 4 размыкается, а второй ключ 6 замыкается, и это состояние схемы остается неизменным до момента tz. Величина тока i(e) асимптотически уменьшается, стремясь к другому стационарному значению

i(t) = О. Процесс становления тока

i(t) = О практически завершается к моменту t „, и длительность переходного процесса t „„ 4 t, — to тем больше, чем больше потокосцепление контуров вихревых токов в электропроводящем включении с обмотками источника 3 и преобразователя 5. Длительность временного интервала t<- t выбирается из двух условий:

5 где Г - период питающей сети;

n — целое число, что обеспечивает независимость U (t ) от влияния электропроводящих включений и помех с ча10 стотой питающей сети.

Величина U (с ) — результат интегрирования отрицательного импульса

e(t) — зависит от расстояния между катушками источника 3 и преобразователя 5, т.е. от толщины стенки объекта контроля .

В момент t, счетчик 15 устанавлива,ется в состояние "01 никаких переключений в схеме- не производится, в момент tg счетчик 15 устанавливается в состояние "10", первый триггер 11 в "0", второй ключ 6 размыкается, а первый ключ 4 замыкается, ток ii(t)

25 начинает возрастать от нулевого значения до величины i . Длительность переходного процесса становления тока х равна t nn. Ha временном интервале

t> - t э t„„ второй ключ 6 разомкнут, д0 интегратор 7 выполняет роль аналогового запоминающего устройства: 0з(з)=

- Ugt,).

В момент t счетчик 15 устанавлиз

35, вается в состояние "11", на выходе . схемы И 16 появляется единица, положительный перепад напряжения на выходе элемента И 16 переводит третий. триггер 17 в "0", единица с обратного

4О выхода которого через третий-выход схемы 10 управления и первую схему

ИЛИ 13 поступает на управляющий вход третьего ключа 9 и на второй выход преобразователя толщины в интервал

45 времени. Третий ключ 9 замыкается, на, вход интегратора 7 подается постоянное . положительное напряжение U „,= i R (R - сопротивление резистора 2); U s(t) начинает линейно уменьшаться (прямая

50 f g с наклоном (). В момент t, когда

Us(y = О, срабатывает нуль-орган 8 и устанавливает третий триггер 17 в единицу, что. приводит к размыканию третьего ключа 9. Это состояние схемы ос55 тается неизменным до момента . Временной интервал С„„= t — t > зависит лишь от Т „ и R. Описанные процессы в принципе аналогичны протекающим в, известном преобразователе.

1539510

Процессы, протекающие в интервале с — t, аналогичны описанным процессам в интервале

В момент t счетчик 15 вновь переходит из состояния "01" в состояние

"10", первый триггер 11 устанавливаЕтся в состояние. "1". Положительным перепадом первого триггера 11 второй триггер 12 устанавливается в "0", Единичный сигнал с обратного выхода этого триггера через первую схему

ИЛИ 13 поступает на второй выход преобразователя толщины в интервал вреМени и на управляющий вход третьего 15 ключа 9, который в результате этого замыкается. На вход интегратора 7 подается положительное, возрастающее от нулевого значения, напряжение к я 20

К моменту t < (t < для точки f ) выходное напряжение U (t) достигает своего стационарного значения U (t>)

= Us(t ) = М(Т „)i,/ С„, где М(Т „) коэффициент в за Ймои нду кции между обмотками источника 3 и преобразователя 5; Т „ - толщина объекта контроля;

= U /R — . 0„ — постоянная времени интегратора. Это напряжение не зависит от электропроводности неферромаг- 30 нитного объекта контроля, ибо интегрирование ЭДС е(с) выполняется на ,временном интервале, большем t„„.

В момент t,(t ) начинается пере,ходной процесс становления стационар- З5 ного значения i, тока i(t) . Этот про" цесс одинаков как с момента tg так и с момента t . Рассмотрим его при двух условиях.

Если b= 0, т,e° . контролируется 40 неэлектропроводящий объект: так как . непосредственно перед моментом t (t ) ток имеет нулевое стационарное эна" чение, то при включении индуктивности (обмотка источника 31 под посто- 45 янное напряжение источника 1 ток в цепи изменяется .по экспоненциальному закону:

- /е

i(t) i (1-е ), 50 где 7 1/К э — постоянная времени расг.сматриваемой токовой цепи (L - индуктив" ность источника 3).

На временном интервале o t — „ (10-15) ь этот переходной процесс завершается, поэтому на этом интервале выходное напряжение 0 э(С)интегратора изменяется нелинейно (экспоненциально) от точки а до точки Ь, а далее линейно — от точки Ь до точки

d. Описанный процесс изменения U (t) i соответствует случаю t w t При t

) t > изменение U (t) происходит ли.-.

Б нейно, так как в этом случае ток

i(t) уже достигает i;, интегрируется не экспонеНциальное, а постоянное напряжение.

Так как за время t„„ (при t > t ) ток также достигает i,, то наклоны прямых ag u bd одинаковы.

Если 6 = 6 „„ (максимально допустимой для данного конкретного преобразователя); в связи с этим в момент возникают вихревые токи в электроf проводящем объекте (включениц), что приводит к затягиванию переходного процесса становления стационарного значения i тока i(t) ибо параметры . цепи этого тока изменяются вследствие появления вносимых вихревыми токами. активного и реактивного сопротивлений. Поэтому t и, t и,„ выходное напряжение интегратора 7 при t з t> изменяется нелинейно от точки а до точки с, а далее линейно - от точки с до точки е, по завершении переходного процесса, когда i(t) - i „ U .() изменяется линейно, наклон прямой се равен наклонам прямых fg и Ъ, то есть эти прямые параллельны.

Начиная с момента, когда U,(t)

= О (третий триггер 17 схемы 10 управления в это время подтверждается в состоянии "1"), второй триггер 12 сигналом нуль-органа 8 становится в

"1", на его обратном выходе появляется "0", нуль появляется на выходе первой схемы ИЛИ 13 и на втором выходе преобразователя, а дальше процессы в схеме протекают аналогично описанному выше на интервале t — t

Временной интервал t d- с 4 0„ е — как и является выходным интервалом предлагаемого преобразователя. При этом, как видно из временной диаграммы (фиг. 3), временной интервал С, сопровождается нулевым состоянием первого триггера 11 (единичным состоянием первого выхода преобразователя), а времейной интервал

0„ - единичным состоянием первого триггера 11 (нулевым состоянием на первом выходе преобразователя), блокирующим через второй элемент ИЛИ 14 установку третьего триггера 17 в "0".

1539510

Таким образом, на первом выходе преобразователя имеется сигнал, идентифицирующий временные интервалы С,и и X 2 5

При данной постоянной времени интегратора 7 и максимальном значении

Т „ R резистора 2 выбирают из условия

10 л

Г Ф ПП м сс где „„„„, - максимальная длительность переходного процесса становления тока

i(t). Тем самым всегда 15 обеспечивается наличие линейного участка се спада U (t) .

С помощью преобразователя можно получить дополнительную информацию о проводящем включении в стенке контролируемого объекта.

Для величины интервала С„ можно записать (исходя из факта одинаковых значений U (t ) U5(t ) и одинаковых 25 наклонов отрезков fg, в d и ce):. где С„; — (g ) - „, — постоянный временной 30 интервал, соответствующий случаю 6 0;

„ = и — и д — вРеменной интервал, независящий от величины

Т .„и определяемый эле- 40 ктропроводящим включением.

Продолжительность каждой из сос-. тавляющих интервала С„ Формируется 45 определяется следующимй факторами и условиями: интервал С„, формируется в первом такте раЬоты аналогично работе известного устройства, этот интервал не за- 50 висит от и однозначно определяется величиной Tz интервал „, формируется в виде

flocToRHHoH аддитивной к интервалу не зависящей от Т „ при 6= О, 55 определяемой (суммируемой) составляющей лишь постоянной времени токовой цепи. Это обстоятельство позволяет при Ь= 0 определить величину интер" вала „,в процессе настройки конкретного оЬразца предлагаемого преобразователя путем вычитания С вЂ”,„, при, b= 0 интервал с „ Формируется в виде аддитивной составляющей к интервалу

С„,+ С, определяемой величиной хо геометрическими параметрами и .ориентацией электропроводящего включения.

Величина 0„6 тем больше, чем больше потокосцепление источника 3 с контуром (ами) вихревых токов в электропроводящем включении. Поэтому при неизменных геометрии и ориентации электропроводящего включения с увеличе- нием 6 от нулевого значения до максимального величина этого интервала будет также изменяться от нулевого до максимального значения, т.е. внутри интервала де на прилагаемой фигуре.

Использование этого обстоятельства позволяет получить информацию о величине 6, например, в случае, когда электропроводящее включение - .неферромагнитная пластина или прослойка (слой) в плоском непроводящем объекте контроля °

Таким образом, с помощью соответствующей обработки информации, получаемой на выходе. преобразователя в виде пар последовательных импульсов, определяющих временные интервалы 2„,и

С „, можно выделить не только информацию о величине Т „, но и.о параметрах электропроводящих включений.

Например, выполнив с помощью известных способов (преобразование) временных интервалов в количество импульсов и вычитание чисел) операцию вычитания, получим количество импульсов

N, прямо пропорциональное значению 3 Л Л л и и „ „; — „,+ „ь и независящее от Т.-„. На основании сказанного выше можно записать

+ 6| ! где N — постоянная величина, определяемая значением 7 „,.

Таким образом, величина N (как и ь С ) определяется лишь электропроводящим включением. Используя известные методы обработки информации, при вихретоковом методе контроля можно выделить информацию о параметрах этого электропроводящего включения. формула и з о Ь р е т е н и я

Преобразователь толщины в интервал времени, содержащий соединенные после1539510

12 довательно источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен с точкой нулевого потенциала, резистор, источник поля и первый ключ, вто- 5 рой вывод которого соединен с вторым, выводом источника постоянного напряжения, соединенные последовательно индукционный преобразователь, второй вывод которого соединен с точкой нулееого потенциала, второй ключ, интегратор и нуль-орган, третий ключ, выводы которого соединены с вторыми выводами соответственно второго ключа и резистора, и схему упраВления, пер- 15 вый и второй выходы которой соединены с. управляющими входами соответственно первого и второго ключей, а первый вход предназначен для подключения к источнику тактовых импульсов, о т - 2О л и ч а ю шийся . тем, что, с целью повышения информативности, он снабжен соединенными последовательно первым триггером, С-вход .которого соединен с первым выходом схемы управления, а инверсный выход соединен с его D-входом и является первым выходом преобразователя, вторым триггером, D"., С- и S-входы которого соединены соответственно с точкой нулевого потенциала, прямым выходом первого триггера и выходом нуль-органа, и первой схемой ИЛИ, два. входа которой соединены соответственно с инверсным выходом второго триггера и третьим выходом схемы управления, а ее выход соединен с управляющим входом третьего ключа и является вторым выходом преобразователя, и второй схемой ИЛИ, два входа которой соединены соответственно с прямым выходом первого триггера и выходом нуль"органа, а выход второй схемы ИЛИ соединен с вторым входом схемы управления, . 1539510

Ll5

Ti f7

Редактор А.Маковская

Заказ 207 Тираж 492 Подпсиное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям, и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Гагарина, 101 и«

Llew

12

Составитель И.Рекунова

Техред л.Олийнык .Корректор М.Шароши