Вихретоковый дефектоскоп

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих объектов. Цель изобретения - повышение достоверности контроля - достигается путем одновременного подавления влияния вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя и удельной электрической проводимости. Регулировкой резистора 6 обеспечивается подавление чувствительности измерительного моста к вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя 5 на низшей частоте fi. генерируемой генератором 1. Подавление влияния вариации зазора на частоте fa выполняется с помощью блока 11 регулировки, выполненного в первом варианте в виде фазовращателя. Регулировкой коэффициентов усиления усилителей 13. 14 добиваются подавления влиянияудельнойэлектрической проводимости на напряжение, регистрируемое индуктором 18. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИК (я)з G 01 N 27/90,Ч . «с

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 15.06.92.Бюл. М 22

1 (21) 4731760/28 (22) 22.08,89 (72) В.С.митюрин, А.П.Алексеев и Б.В.Корнеев (56) Авторское свидетельство СССР

N. 167062, кл. G 01 N 27/90, 1964.

Дякин В.В.. Сандовский В.А. Теория и расчет накладных вихретоковых преобразователей. M. Наука. 1981, с. 55-56. (54) ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к нераэрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии электропроводящих обьектов. Цель изобретения — повышение достоверности контроля — достигается путем одновременного подавления влияния

Изобретение относится к нераэрушающему контролю и может быть использовано для выявления подповерхностных дефектов в электропроводящих немагнитных изделиях.

Цель изобретения — повышение достоверности контроля — достигается путем одновременного подавления влияния вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя и удельной электрической проводимости.

На фиг, 1 и 2 приведены структурные схемы вихретокового дефектоскопа при разных вариантах выполнения блока регулировки: на фиг. 3 — векторная диаграмма приведенных сопротивлений моста, соответствующая режиму отстройки от влияний изменения зазора; .на фиг. 4 — векторная диаграмма напряжений моста, соответству„„Я2,, 1635729 А1 вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя и удельной электрической проводимости, Регулировкой резистора 6 обеспечивается подавление чувствительности измерительного моста к вариации рабочего зазора вихретокового преобразователя

5 на низшей частоте f>, генерируемой генератором 1. Подавление влияния вариации зазора на частоте fg выполняется с помощью блока 11 регулировки, выполненного в первом варианте в виде фаэовращателя.

Регулировкой коэффициентов усиления усилителей 13. 14 добиваются подавления влияния удельной электрической проводимости на напряжение. регистрируемое индуктором 18. 2 э,п. ф-лы, 5 ил. ющая режиму отстройки от влияния измерения зазора; на фиг. 5 — векторная диаграмма сопротивлений моста при влиянии изменений электропроводности, Вихретоковый дефектоскоп содержит генераторы низшей 1 и высшей 2 частот

- смеситель 3, соединенный первым и вторым входами с генераторами 1 и 2 соответственно, усилитель 4 мощности, подключенный входом к выходу смесителя 3, измерительный мост, первое измерительное плечо которого образовано вихретоковым преобразователем 5, а второе измерительное плечо — последовательно соединенными переменным резистором 6 и первой катушкой 7 индуктивности. общая точка иэмервтельиых плеч является первой входной вершиной моста, первое и второе вспомогательные плечи моста образованы второй и

1635729

55

U a xi

U sxt

=К1 —, 0 вых Л2 ) 1

0 вхг Zи третьей катушками 8 и 9 индуктивности cQ ответственно, общая точка вспомогательных плеч моста является второй входной вершиной моста, которая эаземляется, Дефектоскоп содержит также разделительный трансформатор 10, блок 11 регулировки, селектор 12, соединенный входом с выходом разделительного трансформатора

10, первичная обмотка которого подключена к выходной диагонали измерительного моста, усилители 13, 14 напряжения, подключенные входами к соответствующим выходам селектора 12, амплитудные детекторы 15, 16, сумматор 17. соединенный соответствующими входами через амплитудные детекторы 15. 16 с выходами усилителей 13 и 14 соответственно и индикатор 18, подключенный к выходу сумматора 17. Блок 11 регулировки может быть выполнен в виде фазовращателя, включенного между выходом генератора 2 и общей точкой катушек 7. 9 индуктивности (см.фиг.1). В другом варианте (см.фиг,2) блок

11 регулировки выполняется в виде последовательно соединенных переменного резистора 19 и конденсатора 20, включенных между общей точкой вихретокового преобразователя 5 с переменным резистором 6 и общей точкой катушек 7, 9 индуктивности.

Индуктивность катушки 7 индуктивности выбирается на 10-15 больше индуктивности вихретокового преобразователя 5, установленного на контролируемом обьекте и питаемого напряжением низшей частоты

fi. Во втором варианте максимальная величина переменного резистора 6 должна составлять примерно 25 индуктивного сопротивления катушки 7 индуктивности при частоте f>, максимальное значение переменного резистора 19 должно быть примерно в 10 раз больше максимального значения переменного резистора 6, а емкостное сопротивление конденсатора 20 при высшей частоте fz должно быть примерно в

1,5 раза меньше индуктивного сопротивления катушки 7 индуктивности.

Вихретоковый дефектоскоп работает следующим образом.

Генераторы 1 и 2 вырабатывают напряжения низшей 11и высшей 1г частотсоответственно, Напряжения подаются на смеситель 3, усиливаются по мощности усилителем 4 и поступают на вход измерительного моста. Резистор 6 регулируется таким образом, что вектор 41С11 при изменении зазора движется по окружности (см.фиг.3), что соответствует отсутствию чувствительности моста по напряжению частотой f> к изменению зазбра. При этом на частоте fz точка 01 смещается к оси приведенных индуктивных сопротивлений в точку dz (так как знаменатель приведенного активного сопротивления резистора 6 увеличивается, а числитель остается постоянным). а точка с1 — в точку cz. На фиг. 4 приведена векторная диаграмма напряжений моста частотой fz для отстройки от влияния зазора на частоте

12 с помощью блока 11 регулировки, В первом варианте для этого регулируют фаэовращатель. подавая часть напряжения от генератора 2 в точку d. во втором варианте потенциал точки d изменяется эа счет шунтирования второго измерительного плеча моста цепочкой из переменного резистора

19 и конденсатора 20. Оба технических решения примерно эквивалентны. В результате потенциал точки б перемещается в точку

dz таким образом, что вектор 0> cz на ком1 1 плексной плоскости напряжений моста при изменении зазора движется по окружности.

Вследствие этого на частотах f1 и fz удается отстроиться от влияния изменений зазора от 0 до 2 мм на выходное напряжение моста.

После этого выходное напряжение частот f> и fz подается на разделительный трансформатор 10, с которого поступает на вход селектора 12, в котором разделяются напряжения частот f> и fz. С выходов селектора 12 напряжения подаются на усилители

13 и 14, после которых детектируются амплитудными детекторами 15 и 16 и подаются на входы сумматора 17, в котором происходит вычитание напряжений. Регулировкой

I коэффициентов усилений напряжений. поступающих на входы сумматора 17. добиваются, чтобы напряжение от влияния изменения электропроводности на выходе сумматора отсутствовало, после чего напряжение подается на индикатор 18.

Докажем возможность отстройки от влияния изменений электропроводности.

Обозначим сопротивление вихретокового преобразователя 5 на.частоте fi-Z>, на частоте fz-Z> . сопротивление резистора 6 — Rz, 1 индуктивность катушки 7 — Lz, индуктивность катушки 8 — U, индуктивность катушки 9 — Q.

При этом. если мост выведен иэ состояния равновесия только изменениями сопротивлений Z> и Z>, вихретокового

1 преобразователя 5, то приведенные выходные напряжения моста на частотах fl и fz будут определяться формулами

1635729

Формула изобретения

1. Вихретоковый дефектоскоп, содержащий генераторы высшей и низшей частот, смеситель, подключенный входами к соответствующим генераторам, усилитель мощности, соединенный входом с выходом смесителя, вихретоковый преобразователь, последовательно соединенные селектор, усилитель напряжения, амплитудный детектор, сумматор и индикатор и включенные между вторым выходом селектора и вторым входом сумматора последовательно соединенные вторые усилитель напряжения и амплитудный детектор, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля. он снабжен переменным резистором, тремя катушками индуктивности, образующими с вихретоковым преобразователем измерительный мост, разделительный трансформатор и блок регулировки, первое и второе измерительные плечи моста образованы вихретоковым преобразователем и последовательно соединенными переменным резистором и первой катушкой индуктивности соответственно, первое и второе вспомогательные плечи моста образованы второй и третьей катушками индуктивности соответственно, общая точка измерительных плеч и общая точка вспо5 могательных измерительных плеч образуют входные вершины моста, к которым подключен выход усилителя мощности, выход моста подключен к первичной обмотке разделительного трансформатора. вторич10 ная обмотка которого подключена к входу селектора, а выход блока регулировки подключен к выходной вершине моста. образованной общей точкой его вторых измерительного и вспомогательного плеч.

15 2. Дефектоскоп по п.1. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок регулировки выполнен в виде фаэовращателя, подключенного входом к выходу генератора высшей частоты.

3. Дефектоскоп по п. 1, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем. что блок регулировки выполнен в виде последовательно соединенных переменного резистора и конденсатора и подключен входом к входной вершине моста, соединенной с вихретоковым преобраэова25 телем.

1635729 (d1L4

К1—

R 2 + J co1L2 +2 4

Jmz1 4

Kz

R2+J gL2+Z4, О выхг Л2 1

0 eûõ1 . tA2 1

0вх1, (2» 0.-г лг 1 (2) 55

r Jdz 1 Jdz,"!О (z „1"+ Jdz „g где Л Z1 и ЛZ1 — приращения комплекс1 ных сопротивлений Z1 и Zz вихретокового преобразователя на частотах f1 и fz, соответствующие векторам d1c1 и d2c2 (с м. фиг.3). где 2ф — выходное сопротивление фазовращателя, Z 11 =2 1+ Л21+) м1 1 з:

I 1

z» =z1+ Л21+ j(>z Lq ..

После перемещения точки dz в точку

dz регулированием фазовращателя 11 на

1 комплексной плоскости напряжений моста, как следует из векторной диаграммы, показанной на фиг. 4, приведенное выходU вых2 ное напряжение моста можно выра -) вхг зить формулой где Д21 — приращение комплексного соI противления 21 на частоте fz, соответствующее вектору dz cz на фиг. 3.

Нетрудно показать. что модули приведенных выходных напряжений моста на частотах f1 и fz будут определяться формулами

При этом, если модули комплексных сопротивлений Z1 и Z1 вихретокового преоб1 разователя получат дополнительные приращения от влияния электропроводности ч- / Л21/(т и / Л 21 / (г то уравнения (1) и (2) примут вид

Напряжение на выходе сумматора 17 при равенстве коэффициентов усилений напряжений, подаваемых на входы сумматора, будет пропорционально разности модулей этих напряжений. т.е.

bz i„ lkjhz (С

"("((7г„р Б„7Г <" 7КД+7ьгД

tZi7+7EZ IG I i TZ J+(>2Ж

Принцип отстройки от влияния изменения электропроводности поясняется векторной диаграммой, приведенной на фиг. 5, где h ZP 1 и Л2 P z — модули приращений сопротивлений вихретокового преобразователя от приращения обобщенного параметра контроля р на частотах f1 и fz при уменьшении удельной электропроводности (т, соответствующие векторам п1с1 и nzcz соответственно, -/ Л z1/ о /

/ Л Z1 / (т — приращения модулей сопро/Ф тивлений ЛZ1и ЛZ1 от влияния уменьшения (т на частотах f1 и fz соответствующие векторам m1n1 и гпгпг соответственно, / ЛZ(/(т и / Л211 / (т — приращения модулей сопротивлений Z» и Z» от влияния уменьшения на частотах f1u fz соответствующие векторам 11п1 и Iznz соответственно.

Треугольники m1n1c1 и mznzcz при небольших приращениях значений Л2/ 1 и

Л Z P z можно считать прямоугольными. Из треугольников т1п1с1 и m2n2C2 следует. что еслизначения / Л2 p1/и / Л2 pz/будут при изменении 5 пропорциональными. то будут пропорциональными также значения

/ Л21/(т и/ Лz1 /o

Из уравнения (3) следует. что

/ Л 21/ (1 « /2я/ + /Л2»/ 0 и

/ hZ1 / (т« /Zi1 / ч / Л211 /

Следовательно, приращения сопротивлений + / Л2»/(т и- / ЛZ» /(т в знаменателе второго и четвертого слагаемых формулы (3) можно не учитывать.

При этом можно подобрать коэффициент S усиления напряжения низкочастотного канала таким образом, что напряжение на выходе сумматора не будет зависеть от значений / b,z1/ (т и / Л21 / (т . т.е.

/Ь,t,,,,/dz,М

v э)к(— — — - +s ê = — —

1 !4 tÜZÿ г 72(

Таким образом, при вариации удельной электрической проводимости (т регистрируемый сигнал практически не изменяется.

1635729

Редактор М,бокарева

Заказ 3279 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

L, Lo

Составитель Н,Шкатов

Техред M. Ìoðãå Hòàë Корректор Н,Ревская