Способ контроля износа стальных тросов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при дефектоскопии стальных тросов. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет анализа двумерных спектров дефектоскопических сигналов. Посредством матрицы чувствительных элементов получают массивы отсчетов продольных и радиальных составляющих напряженностей магнитных полей вокруг троса 16 на бездефектном тросе, затем получают аналогичные массивы через некоторый промежуток его эксплуатации. Массивы отсчетов хранят на магнитной ленте блока памяти, а для их получения используют цифровой компенсатор 6, дифференциальный усилитель 7 и аналого-цифровой преобразователь 9. После этого определяют спектры массивов, полученных после эксплуатации троса 16, и выделяя из этих спектров.определенные пространственные частоты, сравнивают их с теми же пространственными частотами, полученными на бездефектном тросе 16, и по результатам сравнения определяют тип дефекта и его степень опасности. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 10 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)з G 01 N 27/90

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ь,о

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851163/28 (22) 17.07,90 (46) 15,04.92, Бюл. N. 14 (71) Курский политехнический институт (72) Э.А.Мельников, С.А.Филист и В.П,Зайцев (53) 620.179,14 (088.8) (56) Патент Австралии N. 216676, кл. G 01 N 27/82, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N. 1415161, кл. G 01 N 27/90, 1986.

Патент США М 4439731, кл. G 01 N 27/82, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1330539, кл. 6 01 N 27/90, 1985. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА СТАЛЬHblX ТРОСОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при дефектоскопии стальных тросов. Цель изобретения — повышение точности контроля за счет анализа двумерных спектров дефектоскопических сигналов. Посредством матрицы чувствительных элементов получают массивы отсчетов продольных и радиал ьных составляющих напряженностей магнитных полей вокруг троса 16 на бездефектном тросе. затем получают аналогичные массивы через некоторый промежуток его эксплуатации. Массивы отсчетов хранят на магнитной ленте блока памяти, а для их получения используют цифровой компенсатор 6, дифференциальный усилитель 7 и аналого-цифровой преобразователь 9. После этого определяют спектры массивов, полученных после эксплуатации троса 16, и выделяя из этих спектров. определенные пространственные частоты, сравнивают их с теми же пространственными частотами, полученными на бездефектном тросе 16, и по результатам сравнения определяют тип дефекта и его степень опасности. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 10 ил.

1727045

ЗО

45

55

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при дефектоскопии стальных тросов.

Известно, что разрыв стальных проволок в буксировочных тросах можно контролировать магнитными и электромагнитными методами в процессе эксплуатации троса, намагничивая его в одной "точке" или возбуждая вихревые токи в ней и детектируя магнитные аномалии, образующиеся в местах разрывов.

Известен способ дефектоскопии стальных тросов, заключающийся в том, что возбуждающая обмотка, охватывающая контролируемый трос, подключается к источнику переменного тока, а по величине

ЭДС вторичной обмотки трансформатора, первичной обмоткой которого является возбуждающая обмотка, а сердечником — контролируемый трос, определяют величину сечения троса.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля износа стальных тросов, в котором трос пропускают через возбудитель, выполненный в виде радиально расположенных магнитопроводов U-образной формы, получают сигналы в измерительных индуктивных катушках, расположенных у полюсов U-образных магнитопроводов, записывают эти сигналы электронным способом, обеспечивая первую "картину", а вторую "картину" получают и регистрируют некоторое время спустя, затем первую и вторую записи сравнивают и получают сигнал разности между ними, который указывает степень и местонахождение потери металла в тросе и приводит в действие сигнализацию при достижении заданной величины дефекта.

Недостатки данного способа обусловлены следующими факторами.

Высокий уровень сигнала в измерительной катушке при отсутствии дефекта снижает чувствительность способа.

Чувствительность способа к вибрациям троса относительно полюсов магнитопровода может привести к ложному срабатыванию сигнализации о дефекте.

При сравнении двух "картин" сигналов разностный сигнал зависит от ориентации троса относительно возбудителя, что снижает точность контроля или требует датчик положения возбудителя относительно троса.

При сравнении двух "картин" необходимо, чтобы они были получены при одинаковых скоростях перемещения троса относител ьно возбудителя.

Движение троса относительно возбудителя должно быть равномерным.

Известно устройство для контроля стальных тросов, содержащее возбудитель, состоящий из ярма, выполненного в виде радиально расположенных магнитопроводов U-образной формы с размещенными на них катушками возбуждения, и генератора переменного тока, измерительные индуктивные катушки, расположенные у полюсов магнитопроводов, соединенные попарно последовательно встречно и подключенные к входам дифференциального усилителя, амплитудный дефектор и самописец.

Наиболее близким к устройству, реализующему предлагаемый способ, является автоматизированный вихретоковый дефектоскоп, содержащий возбудитель, соединенные последовательно матрицу чувствительных элементов, первый мультиплексор, усилитель, полосовой усилитель, детектор, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок оперативной памяти, а также последовательно соединенные регистр и цифро-аналоговый преобразователь, подключенный ко второму входу дифференциального усилителя, соединенные последовательно счетчик и второй мультиплексор, выход которого подключен к второму входу блока оперативной памяти, электронную вычислительную машину, блок визуализации и блок синхронизации.

Недостаток данного устройства заключается в том, что оно предназначено для анализа только одной составляющей напряженности магнитного поля, кроме того, работает в стационарных условиях, в то время как для контроля стальных тросов требуется, как правило, переносное устройство.

Цель изобретения — повышение точности контроля за счет анализа двумерных спектров дефектоскопических сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля износа стальных тросов, заключающемуся в возбуждении в тросе магнитного поля посредством радиально расположенных магнитопроводов Uобразной формы с размещенными на них обмотками возбуждения, подключенными к генератору переменного тока, и получения дефектоскопических сигналов, сравнении этих сигналов с аналогичными сигналами, полученными ранее на том же тросе при отсутствии. дефектов в нем, и по разностным сигналам суждении о наличии дефектов в тросах, в качестве дефектоскопических сигналов используют двумерные массивы отсчетов, полученные в результате дискретизации продольной составляющей напряженности магнитного поля вокруг троса и радиальной составляющей напряжен1727045

15 ности магнитного поля, первый массив используют для обнаружения дефектов, связанных с потерей металла в тросе, а второй массив — для обнаружения дефектов, связанных с обрывом проволок в нем, в качестве сравниваемых сигналов используют двумерные спектры, полученные в результате унитарного преобразования массивов отсчетов продольных и поперечных составляющих напряженности магнитного поля вокруг троса, спектры дефектоскопических сигналов определяют в "окне" размером N х N, где N — число отсчетов в циркулярном и продольном направлениях, с шагом Ь р в. циркулярном направлении, определенным как 360"/N, и с шагом Ь l в продольном направлении, определенным как W/N, где W — ширина магнитопровода, затем для определения дефектов в тросе, связанных с потерей металла, в спектрах

"окон" продольных составляющих напряженностей магнитных полей выделяют составляющие, лежащие в левом верхнем углу спектральной плоскости, определяют разности этих составляющих в соответствующих "окнах" и по величине этих разностей судят о наличии дефекта, а для определения дефектов в тросе, связанных с разрывом проволок в нем, в спектрах "окон" радиальных составляющих напряженностей магнитных полей суммируют все спектральные составляющие "окна", за исключением спектральной составляющей, лежащей в левом верхнем углу спектральной плоскости, определяют разности этих суммарных спектральных составляющих в соответствующих

"окнах" и по величине этих разностей судят о наличии дефекта.

В устройство, содержащее возбудитель, последовательно соединенные матрицу чувствительных элементов, мультиплексор, предварительный усилитель, полосовой усилитель, дифференциальный усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь и блок памяти, счетчик, выход данных которого соединен с входом управления мультиплексора, блок синхронизации и электронную вычислительную машину, дополнительно введены цифровой компенсатор, первый вход которого соединен с выходом полосового усилителя, вто; рой вход — с выходом "Переполнение" счетчика, а его выход подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, блок управления, первый вход которого соединен с выходом "Переполнения" счетчика, второй вход — соединен с выходом блока синхронизации,. первый и второй выходы блока управления подключе20

55 ны к соответствующим входам матрицы чувствительных элементов, третий выход — соединен с тактовым входом счетчика, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с третьим, четвертым, пятым и шестым входами цифрового компенсатора, восьмой и девятый выходы блока управления соединены соответственно с вторым и третьим входами детектора, а десятый выход блока управления соединен с входом "Запуск" аналого-цифрового преобразователя, и дополнительный блок памяти, подключенный к общей шине электронной вычислительной машины, выход основного блока памяти соединен с третьим входом блока управления, а второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен входом "Пуск" основного блока памяти и седьмым входом

I цифрового компенсатора, чувствительным элементов матрицы чувствительных элементов является магнито-модуляционный преобразователь, имеющий две идентичные возбуждающие обмотки и две измерительные обмотки, первая из которых намотана вдоль сердечника модулятора, а вторая — поперек, первые возбуждающие обмотки модуляторов соединены последовательно согласно, а начало первой из этой группы обмоток подключено к первому выходу блока управления, вторые возбуждающие обмотки модуляторов соединены последовательно согласно, конец последней из этой группы обмоток подключен к второму выходу блока управления, а конец последней обмотки первой группы и начало первой обмотки второй группы предназначены для соединения с землей.

Цифровой компенсатор выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего блока и цифроаналогового преобразователя, и двух счетчиков, причем поле адресов оперативного запоминающего блока. разбито на две зоны, каждая из которых подключена к выходам соответствующего счетчика.

Предварительный усилитель выполнен в виде двух каскадов, первый из которых является фильтром нижних частот, частота среза которого равна удвоенной частоте анализируемой гармоники, а второй каскад является полосно-заграждающим фильтром, полоса подавления которого расположена вокруг центральной частоты, равной первой гармонике частоты возбуждения модулятора.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — схема возбуждения

1727045 магнитного поля в контролируемом тросе; на фиг. 3 — схема реализации матрицы чувствительных элементов; на фиг. 4 — структурная схема блока управления; на фиг. 5— структурная схема цифрового компенсатора; на фиг. 6 — схема блока синхронизации; на фиг. 7 — временная диаграмма работы устройства; на фиг. 8 — то же, цифрового компенсатора; на фиг. 9 — текущее и базовое сечение; на фиг. 10 — амплитудно-частотная характеристика предварительного усилителя.

Устройство содержит возбудитель 1, матрицу 2 чувствительных элементов, мультиплексор 3, информационные входы которого подключены к выходам матрицы 2, предварительный усилитель 4, вход которого подключен к выходу мультиплексора 3, полосовой усилитель 5, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя 4, цифровой компенсатор 6, первый вход которого подключен к выходу полосового усилителя 5, дифференциальный усилитель

7, первый вход которого подключен к выходу полосового усилителя 5, а второй — к выходу цифрового компенсатора 6, детектор 8, первый вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 7, аналого-цифровой преобразователь 9, первый вход которого подключен к выходу детектора 8, основной блок 10 памяти, первый вход которого подключен к первому выходу аналого-цифрового преобразователя 9, а второй вход — к второму выходу аналогоцифрового преобразователя 9, блок 11 управления, первый выход которого соединен с первым входом матрицы 2, второй — с вторым входом матрицы 2, четвертый выход соединен с третьим входом цифрового компенсатора 6, пятый — с четвертым, шестой— с пятым, седьмой — с шестым, восьмой его выход соединен с вторым входом детектора

8, девятый — с третьим, а десятый — с вторым входом аналого-цифрового и реобразователя 9, а третий его вход соединен с выходом первого накопителя на магнитной ленте, счетчик 12, первый вход которого соединен с третьим выходом блока 11 управления, первый его выход соединен с первым входом блока 11 управления и вторым входом цифрового компенсатора 6, а второй — с входом управления мультиплексора 3, блок

13 синхронизации, выходом соединенный с вторым входом блока управления, дополнительный блок 14 памяти и 3ВМ 15, общая шина которой подключена к блоку 14 памяти.

Возбудитель 1 предназначен для возбуждения магнитного поля в тросе 16 и состоит из обмоток 17 возбуждения, 5

55 размещенных на U-образных магнитопроводах 18, генератора 19 переменного тока, и перемещается в продольном направлении относительно троса с помощью транспортирующего механизма 20.

Матрица 2 чувствительных элементов состоит из чувствительных элементов 21, закрепленных в кассете 22. Чувствительный элемент 21 содержит две обмотки 23 и 24 возбуждения, обмотки 23 всех элементов матрицы 2 соединены последовательно согласно, начало обмотки 23 первого элемента соединено с первым выходом блока 11 управления, а конец последней обмотки этой группы обмоток предназначен для соединения с землей.

Все обмотки 24 матрицы 2 соединены последовательно согласно, а конец обмотки первого элемента соединен с вторым выходом блока 11 управления, а начало последней обмотки этой группы обмоток предназначено для соединения с землей, На сердечник 25 намотаны измерительные обмотки 26 и 27. Начала обмоток 26 и 27 подключены к соответствующим информационным входам мультиплексора 3, а концы предназначены для соединения с землей.

Блок 11 управления содержит генератор 28 тактовых импульсов, счетчик 29, вход которого подключен к выходу генератора

28, формирователь 30, вход которого подключен к третьему выходу счетчика 29, а выход — к третьему входу цифрового компенсатора 6, элемент 2И вЂ” НЕ 31, первый вход которого подключен к первому входу счетчика 29, а второй — к третьему входу счетчика

29 и второму входу детектора 8, элемент

2И вЂ” НЕ 32, первый вход которого соединен с вторым входом счетчика 29, а второй — с четвертым входом счетчика 29, элемент 2ИНЕ 33, первый вход которого подключен к выходу элемента 31, второй — к выходу элемента 32, а выход соединен с третьим входом детектора 8, ключ 34, вход которого соединен землей, элемент И 35, первый вход которого подключен к выходу генератора 28, а второй — к выходу ключа 34, формирователь 36, вход которого подключен к выходу элемента 35, а выход соединен с четвертым входом цифрового компенсатора

6, формирователь 37; вход которого подключен к выходу генератора 28, а выход соединен с пятым входом цифрового компенсатора 6, элемент 2И вЂ” НЕ 38, первый вход которого подключен к выходу генератора 28, второй — к выходу формирователя

30, а выход соединен с шестым входом цифрового компенсатора 6, элемент И 39, первый вход которого подключен к выходу ключа 34, а второй — к первому выходу счет1727045

10 зом. чика 39, IK-триггер 40, тактовый вход которого подключен к третьему выходу счетчика

29, К-вход — к выходу элемента 39, а 1-входк выходу блока 23 синхронизации, элемент

И 41, первый вход которого подключен к третьему выходу счетчика 29, а второй — к выходу триггера 40, счетчик 42, вход которого подключен к выходу элемента 41, элемент

ЗИ 43, первый вход которого подключен к выходу счетчика 42, второй — к выходу триггера 40, а третий — к выходу блока 10, формирователь 44, вход которого подключен к выходу элемента 43, а выход — к второму входу аналого-цифрового преобразователя

9, ключа 45, вход которого подключен к третьему выходу счетчика 29, а выход — к первому входу матрицы 2 и ключа 46, вход которого подключен к четвертому выходу счетчика 29, а выход — к второму входу матрицы 2.

Цифровой компенсатор 6 содержит усилитель 47, вход которого соединен с выходом полосового усилителя 5, аналого-цифровой преобразователь 48, первый вход которого подключен к выходу усилителя 5, а второй — к выходу формирователя 37, оперативный запоминающий блок 49, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 48, а второй к выходу формирователя 36, цифроаналоговый преобразователь 50, вход которого подключен к выходу оперативного запоминающего блока 49, а выход — к второму входу дифференциального усилителя 7, счетчик 51, первый вход которого подключен к второму выходу аналого-цифрового преобразователя 9, второй — к первому выходу счетчика 12, а выход — к третьему входу оперативного запоминающего блока 49, и счетчик 52, первый вход которого подключен к выходу формирователя 30, второй — к выходу элемента 38, à его выход соединен с четвертым входом оперативного запоминающего блока 49.

Блок 13 синхронизации состоит из вала

53; удерживаемого в зацеплении с тросом

16 посредством пружин 54, диска 55, в который впрессованы ферритовые стержни 56, обмотки 57, намотанной на U-образный магнитопровод 58 и подключенной к генератору 59 переменного тока, сигнальной обмотки 60, намонтан ной на магнитопровод

58 и подключенной к входу компаратора 61, формирователя 62, подключенного входом к выходу компаратора 61, а выходом к -1-входу триггера 40.

Устройство работает следующим обра5

Возбудитель 1 инициирует магнитное поле в тросе 16. Возбудитель 1 (фиг.2) состоит из трех U-образных магнитопроводов 18, полюса которых образуют угол 120 в радиальной плоскости, на магнитопроводах имеются возбуждающие. обмотки 17, соединенные последовательно таким образом, чтобы их магнитные потоки, замыкающиеся через трос 16, складывались, а также генератор 19 переменного тока, нагруженный на последовательно соединенные обмотки 17. Частота тока. генератора 19 зависит от материала троса и может меняться от 50 Гц до 5 кгц, Возбудитель 1 перемещается вдоль троса 18 с помощью транспортирующего механизма 20. Между полюсами магнитопроводов 18 закреплена матрица чувствительных элементов 2, которая состоит из чувствительных элементов

21, закрепленных в кассете 22. Кассета 22 имеет цилиндрическую форму, устанавливается на одинаковом расстоянии от полюсов магнитопроводов 18, а чувствительные элементы 21 размещают на ней равномерно в циркуляционном направлении с шагом

Лр.Чувствительный элемент 21 имеет две идентичные возбуждающих обмотки 23 и 24 и две измерительные обмотки 26 и 27, а также модулятор из ферритового кольца 25.

Все обмотки 23 чувствительных элементов

21 соединены последовательно согласно и подкл ючен ы к выходу ключа 45. Все обмотки

24 чувствительных элементов 22 соединены последовательно согласно и подключены к выходу ключа 46. Импульсы тока на выходах ключей 45 и 46 сдвинуты на полпериода напряжения модуляции (фиг. 8а,б), поэтому чтобы перемагничивать кольцо 25 по полному циклу, необходимо начала обмоток 23 подключить к выходу ключа 45, а к выходу ключа 46 подключать конец обмотки 24. Чувствительные элементы 21 расположены в кассете 22 таким образом, чтобы ось обмотки 27 совпадала с продольной осью троса

16, а ось обмотки 26 совпадала с радиальным направлением в поперечном сечении троса 16..

Начальным циклом работы устройства является режим "Компенсация", цель которого заключается в том, чтобы снизить уровень сигнала на выходе измерительного тракта и тем самым повысить чувствительность устройства. Если последовательно подключать измерительные обмотки 26 и 27 к входу измерительного тракта (возбудитель

1 при этом не перемещается относительно троса 16), то на выходе измерительного тракта получается некоторая последовательность напряжений (фиг.9, сплошная линия). Величина этих напряжений зависит от

1727045

12 ряда факторов, например неидентичность магнитных свойств сердечников 25, несимметричность расположения магнитопроводов 18 и т,д. Цель режима компенсации— запомнить эти напряжения на некотором 5 базовом участке троса 16 (получить базовое сечение) и вычесть базовое сечение из текущего сечения, что в данном устройстве осуществляется .дифференциальным усилителем 7. 10

Для хранения базового сечения в устройстве используется цифровой компенсатор 6. Так как выходной сигнал чувствительного элемента 21 имеет широкий спектр, то хранить его в цифровой фор- 15 ме затруднительно. Чтобы преодолеть эти трудности, в предлагаемом устройстве хранится не весь сигнал, а лишь одна из его четных гармоник (например, вторая). С этой целью в устройство введен полосовой уси- 20 литель 5, который выделяет эту гармонику.

Доля второй гармоники в общем спектре выходного сигнала не велика. Поэтому с целью исключения перегрузки входа полосового усилителя 5 неанализируемыми rap- 25 мониками и снижения уровня помех через линию связи предварительный усилитель выполнен в виде двух каскадов, первый из которых является усилителем низкой частоты с частотой среда а)1, равной удвоенной 30 частоте анализируемой гармоники в, а второй каскад является полосно-заграждающим фильтром,,полоса подавления которого расположена вокруг центральной . частоты во,равной частоте перемагничива- 35 ния сердечника 25.

Сигнал с одной из измерительных обмоток матрицы 2 через мультиплексор 3 поступает на вход усилителя 4, затем в линию связи, а из линии связи — на вход полосового 40 усилителя 5. Затем с его входа уже моногармонический сигнал поступает на первый вход цифрового компенсатора 6 и первый вход дифференциального усилителя 7, В это время ключ 34 разомкнут и с формирователя 45

36 поступают импульсы на вход "Запись"

ОЗУ (фиг.8д). Частоту этих импульсов задает генератор 28 (фиг.8в). Эта частота оп ределяет шаг дискретизации входного сигнала и выбирается исходя из критерия Найквиста.

Частота входного сигнала определяется частотой нап ряжения, перемагничивающего сердечник 25, которое снимается с выхода

Q2 счетчика 29. В конкретном исполнении шаг дискретизации равен 1/64 периода ча- 55 стоты входного сигнала, т.е. коэффициент пересчета по выходу Q2 счетчика 29 равен

64. Импульсы с выхода генератора 28 формируют также импульс запуска аналогоцифрового преобразователя 48 (фиг.8г}

Этот импульс опережает по фазе импульс . записи ОЗУ 49. Таким образом, каждый импульс от генератора 28 формирует импульс запуска аналого-цифрового преобразователя 48, информация от которого в цифровой форме записывается в ОЗУ 49. На вход преобразователя 48 подается сигнал от усилителя 5 через согласующий усилитель 47.

Для базового сечения в ОЗУ 49 отведено адресное поле А2, которым управляет счетчик 52, Счетчик 52 устанавливается в нуль от импульса, поступающего с формирователя 31, который запускается передним фронтом импульса напряжения, перемагничивающего сердечник 25. Это обеспечивает привязку дискретизации входного сигнала к началу цикла перемагничивания. Наращивание счетчика 52 происходит в начале очередного периода напряжения, поступающего с выхода генератора 29. Чтобы информация записывалась в ОЗУ 49, начиная с нулевого адреса, наращивание счетчика 52 первым тактовым импульсом блокируется посредством элемента И 38 (фиг.8е). Нетрудно понять, что счетчик 52 считает до числа, равного числу отсчетов на периоде сигнала (в.конкретной реализации до 64). Если счетчик 51 не переключится, то цикл записи в поле адрсов А2 повторится.

Если надо выбрать очередное поле А2, то переключают счетчик 51. Переход на очередное поле А2 соответствует анализу сигнала с другого чувствительного элемента.

Рассмотрим этот процесс.

Если триггер 40 в состоянии "1", блок 10 готов к приему информации, то импульсы с выхода счетчика 29 проходят на вход счетчика 42 (фиг.7в) и по появлению импульса на выходе счетчика 42 (фиг.7а) формирователь

44 запускает аналого-цифровой преобразователь 9 (фиг.7б). Счетчик 42 реализует задержку переключения мультиплексора 3 на время затухания переходных процессов в измерительном тракте (фиг.7а). После завершения преобразования аналого-цифровой преобразователь 9 выдает сигнал

"Конец преобразователя" (фиг.7ж), который переключает (наращивает на "1") счетчики

12 и 51, а также дает команду записи своего выходного кода в блок 10. Аналогичные циклы повторяются до тех пор, пока счетчик 12 не выдаст сигнал "Переполнение", который установит.в "0" счетчик 51. Установка в "0" триггера 40 заблокирована ключом 34 через элемент И 39, указанный процесс продолжается до тех пор, пока не будет переключен ключ 34, Очевидно, что объем ОЗУ 49 равен произведению числа дискретов на периоде сигнала на число измерительных обмоток матрицы 2, например если число

1727045

14 дискретов 64, а число измерительных обмоток 16 (8 элементов 21 в матрице 2), то необходим объем ОЗУ 49 1 Кбайт. Замыкают ключ 46 и переходят в режим "Измерение".

B этом режиме вход К триггера 40 разблокируется и первый импульс, пришедший от счетчика 12, устанавливает его в "0" (фиг.7г,д). Это блокирует генерацию импульсов запуска преобразователя 9 (фиг.7б), т.е. блокируется работа устройства в этом режиме. Кроме того, чтобы не нарушить синхронную работу устройства, блокируется подача тактовых импульсов на тактовый вход счетчика 42 (фиг. 7а,в). Одновременно ключ 46 блокирует работу формирователя 36; и ОЗУ

49 переходит в режим "Считывание", на вход цифроаналогового преобразователя

50 поступает код, который преобразуется в аналоговую форму, и полученный аналоговый сигнал поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 7. Так как в этот момент счетчики 12, 51 и 52 в

"нуле", то разностный сигнал на выходе дифференциального усилителя 7 близок к нулю (фиг.9, штриховая линия).

Если транспортирующий механизм.20 передвигается на некоторое расстояние, превышающее Л1, то вал 53 поворачивается на некоторый угол и тем самым поворачивает диск 55, на котором закреплены ферритовые стержни 56. Один из стержней

56 заказывается между полюсами магнитопровода 58 и уменьшает сопротивление для потока, который генерируется в нем посредством генератора 59 и обмотки 57. Это вызывает увеличение ЭДС в сигнальной обмотке 60, на что реагирует компаратор 61, Формирователь 62 формирует импульс (фиг.7с), который подается íà I-вход триггера 40. Триггер 40 устанавливается в "1" (фиг.7д) и разрешает формирование импульса "Запуск" преобразователя 9. На фиг. 7 показана временная диаграмма работы устройства в этом режиме на примере матрицы

2, содержащей четыре измерительные обмотки (два элемента 21). Фиг.7з иллюстрирует состояние счетчика 12, где в качестве примера показано, что за счет запаздывания импульса, поступающего от блока 13 синхронизации, счетчик 12 задержался в первом состоянии, Если в результате прохождения троса

16 через матрицу 2 результаты текущих сечений не совпадают с базовым, то на выходе детектора 8 присутствует сигнал высокого уровня, и наоборот, в результате контроля на магнитной ленте в кассетном накопителе 10 будут записаны все сечения исследуемого троса 16 с шагом дискретизации по

55 продольной оси ЛI, определяемым конструктивными характеристиками вала 53 и диска 55 блока 13 синхронизации. Кассету с полученным таким образом массивом вынимают из блока 10 и используют в качестве образцовой, т.е. сигнал, хранящийся на этом блоке, используютдля сравнения с сигналами, получаемыми при текущем контроле того же самого троса 16. Сигналы при текущем контроле получают указанным способом через некоторый промежуток эксплуатации троса 16. Таким образом, мы имеем два массива сигналов, один из которых получен на бездефектном тросе 16 (базовом), другой — при тех же условиях после некоторого периода его эксплуатации, Эти массивы загружаются через блок 14 в ЭВМ 15, В качестве ЭВМ 15 может быть использована мини-или большая ЭВМ в соответствующей периферией и программным обеспечением.

Так как массивы несут информацию о двух составляющих напряженности магнитного поля вокруг троса — продольной и радиальной, — то они разбиваются ЭВМ 15 на четыре массива, каждый из которых несет информацию только об одной из составляющих, Алгоритм разбиения массивов определяется алгоритмов соединения измерительных обмоток 26 и 27 к входам мультиплексора 3, В конкретной реализации (при 8 чувствительных элементах 21) восемь первых входов мультиплексора 3 подключены к обмоткам 26, а восемь последних — к обмоткам 27. Следовательно, информацию о сечении несут каждые 16 элементов исходного массива. Два массива получают из исходного путем включения первых восьми элементов сечения исходного массива в сечение первого, а последних восьми элементов — в соответствующее сечение второго массива.

Для того, чтобы определить, есть ли дефекты в тросе 16, необходимо сравнить две пары базовых и текущих массивов и по двум разностным сигналам решить вопрос о наличии дефектов в тросе 16, Однако для успешного сравнения необходимо синхронизировать отсчеты текущего и базового массивов в циркулярном направлении, а также добиться стабильности расположения троса 16 относительно магнитопроводов 18, Кроме того, на результаты сравнения могут оказать влияние изменения магнитных свойств троса 16, которые произошли эа период времени между получением базового и текущего массивов. В этой связи сравним двумерные пространственные спектры упомянутых массивов. Изестен принцип идентификации дефектов по их пространственным спектрам, согласно которому дефекты, связанные с потерей ме15

1727045

16 талла в тросе 16, можно отнести к дефектам типа "отверстие", а дефекты, связанные с разрывом проволок в тросе 16, — к точечным дефектам. Эксперименты показывают, что потеря металла в тросе 16 не приводит к существенному изменению радиальной составляющей напряженности поля, а разрыв проволок в тросе 16 не приводит к существенным изменениям продольной составляющей напряженности магнитного поля вокруг троса 16. Следовательно, из попарно сравниваемых массивов результаты одного сравнения дают информацию о потере металла, а результаты другого — о наличии разрывов проволоки. Более того, в спектрах массивов продольных составляющих сравнивается только одна спектральная составляющая, а в спектрах массивов радиальных составляющих сравниваются все спектральные составляющие, за исключением той, которая сравнивалась в спектрах продольных составляющих. Спектральный анализ ведем в "окне", размеры которого определяются числом отсчетов, произведенных в циркулярном направлении, и шагом дискретизации Ы в продольном направлении. Классификация дефектов на дефекты типа "отверстие" и точечные дефекты носит условный характер, и принадлежность дефекта к тому или иному классу определяется вкладом отсчетов, принадлежащих дефекту, в анализируемый массив отсчетов. Поэтому в качестве физического размера "окна" целесообразно выбрать длину троса 16, находящуюся под магнитопроводом 18, Если учесть, что более удобно осуществлять спектральные преобразования над квадратными матрицами, то, обозначая ширину магнитопровода 18 через W, определим шаг дискретизации в продольном направлении,как Л I = W/N, где N — число элементов 21 в матрице 2, а размер окна при этом будет равен N x N.

Таким образом, чтобы определить величину потери металла в тросе, необходимо сравнить спектральные составляющие соответствующих "окон", дислоцируемые в верхнем левом углу пространственных спектров продольных составляющих напряженностей магнитных полей вокруг троса, и определить, превысила ли эта разность пороговое значение, Полученная величина не зависит от порядка элементов в матрице отсчетов. поэтому инвариантна относительно ориентации в циркулярном направлении троса 16 и матрицы чувствительных элементов 2. Кроме того, используя этот способ, приходим от двумерных массивов к одно5

55 мерным, которые проще и быстрее анализировать, одновременно сохраняя преимущества двумерных массивов в информативности. Кроме того, имея возможность смены базовых сечений, можно отстроиться от помех, связанных с глобальным изменением магнитных свойств троса

16.

Для того, чтобы выявить дефекты, связанные с разрывом проволок в тросах, необходимо просуммировать спектральные составляющие "окон", за исключением спектральной составляющей, лежащей в левом верхнем углу плоскости пространственных частот, для спектров радиальных составляющих напряженностей магнитных полей вокруг троса и определить, превысила ли разность соответствующих сумм некоторое значение. Полученные величины не зависят от порядка элементов в матрице отсчетов, так как используемые унитарные преобразования инвариантны относительно сдвига элементов в преобразуемой матрице и не зависят от глобальных и локальных изменений магнитных свойств материала троса, так как все изменения спектра сигнала, обусловленные. изменением этих свойств, дислоцированы в левом верхнем углу спектральной плоскости.

Формула изобретения

1. Способ контроля износа стальных тросов, заключающийся в том, что возбуждают в тросе магнитное поле посредством радиально расположенных магнитопроводов U-образной формы с размещенными на них обмотками возбуждения, подключенными к генератору переменного тока, получают дефектоскопические сигналы, сравнивают эти сигналы с аналогичными сигналами, полученными ранее на том же тросе при отсутствии дефектов в нем, и по разностным сигналам судят о наличии дефектов в тросах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, в качестве дефектоскопических сигналов используют двумерные массивы отсчетов, полученные в результате дискретизации продольной составляющей напряженности магнитного поля вокруг троса и радиальной составляющей напряженности магнитного поля, первый массив используют для обнаружения дефектов, связанных с потерей металла в тросе, а второй массив — для обнаружения дефектов, связанных с обрывом проволок в нем.

2, Способ по п1, отл ича ю щи йс я тем, что в качестве сравниваемых сигналов используются двумерные спектры, полученные в результате унитарного преобразования массивов отсчетов продольных и

18

17

1727045

20

35

55 модулятора поперечных составляющих напряженности магнитного поля вокруг троса.

3. Способ по пп.1 и 2, от л и ч а ю щи йс я тем, что спектры дефектоскопических сигналов определяют в "окне" размером N х N, где N —,число отсчетов в циркулярном и продольном направлениях с шагом Ьфв циркулярном направлении, определяемым как 360 /N, и с шагом Л! в продольном направлении, определяемых как W/N, где

W — ширина магнитопровода.

4. Способ по п.1-3, отличающийся тем, что для определения дефектов в тросе, связанных с потерей металла, в спектрах

"окон" продольных составляющих напряженностей магнитных полей выделяют составляющие, лежащие в левом верхнем углу спектральной плоскости, определяют разности этих составляющих в соответствующих "окнах" и по величине этих разностей судят о наличии дефекта.

5, Способ по пп,1 — 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем,.что для определения дефектов в тросе, связанных с разрывом проволок в нем, в спектрах "окон" радиальных составляющих напряженностей магнитных полей суммируют все спектральные составляющие "окна", за исключением спектральной составляющей, лежащей в левом верхнем угле спектральной плоскости, определяют разности этих суммарных спектральных составляющих в соответствующих "окнах" и по величине этих разностей судят о наличии дефекта.

6. Устройство для контроля износа стальных тросов, содержащее возбудитель, последовательно соединенные матрицу чувствительных элементов, мультиплексор, предварительный усилитель, полосовой усилитель, дифференциальный усилитель, детектор, аналого-цифровой преобразователь и блок памяти, счетчик, выход данных которого соединен с входом управления мультиплексора, блок синхронизации и электронную вычислительную машину, отли ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено цифровым компенсатором, первый вход которого соединен с выходом полосового усилителя, второй вход соединен с выходом

"Переполнение" счетчика, а выход цифрового компенсатора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, блоком управления, первый вход которого соединен с выходом "Переполнение" счетчик, а второй вход соединен с выходом блока синхронизации, первый и второй выходы блока управления соединены с соответствующими входами матрицы чувствительных элементов, третий выход соединен с тактовым входом счетчика, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с третьим, четвертым, пятым и шестым входами цифрового компенсатора, восьмой и девятый выходы блока управления соединены соответственно с вторым и третьим входами детектора, а десятый выход блока управления соединен с входом "Запуск" аналого-цифрового преобразователя, и дополнительным блоком памяти, соединенным с общей шиной, электронной вычислительной машины, выход основного блока памяти соединен с третьим входом блока управления, а второй выход аналогоцифрового преобразователя соединен с входом "Пуск" основного блока памяти и седьмым входом цифрового компенсатора, 7. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что чувствительные элементы матрицы чувствительных элементов выполнены в виде магнитомодуляционных преобразователей, имеющих две возбуждающие обмотки и две измерительные обмотки, первая из которых намотана вдоль сердечника модулятора, а вторая — поперек, первые возбуждающие обмотки модуляторов соединены последовательно согласно, а начало первой из этой группы обмоток подключено к первому выходу блока управления, вторые возбуждающие обмотки модуляторов соединены последовательно согласно, конец последней из этой группы обмоток подключен к второму выходу блока управления, а конец последней обмотки первой группы и начало первой обмотки второй группы предназначены для соединения с землей.

8. Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что цифровой компенсатор выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, аналого-цифрового преобразователя, оперативного запоминающего блока и цифроаналогового преобразователя, а также двух счетчиков, поле адресов оперативного запоминающего блока разбито на две эоны, каждая из которых подключена к выходам соответствующего счетчика, 9; Устройство по п.6, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что предварительный усилитель выполнен в виде двух каскадов, первый из которых является фильтром нижних частот, частота среза которого равна удвоенной частоте анализируемой гармоники, а второй каскад является полосно-заграждающим фильтром, полоса подавления которого расположена вокруг центральной частоты, равной первой гармонике частоты возбуждения

1727045

85 6

1727045

1727045

1727045

Составитель С.Филист

Редактор Н.Швыдкая Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 1275 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