Вихретоковый дефектоскоп

 

1748038 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (1 З: 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТаРС<ОМ / СВИДЕтЕЛЬСтВУ (2 1)> 4814565/28 (22) 16,04,90 (46) 15,07,92. Бюл, N 26 (71) Самарский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей (72) В.С.Митюрин, А.П.Алексеев и Б,В,Корнеев (53) 620.179,14(088,8) (56) Приборы неразрушающего .контроля ,материалов и изделий. Справочник/Под ред. В.В,Клюева. M,: Машиностроение, 1986, с,145 — 147.

Авторское свидетельство СССР .

К 953543, кл. G 01 N 27/90, 1982, Дякин В,В,, Сандовский В,А. Теорйя и расчет накладных вихретоковых преобразователей. М,: Наука, 1981, Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений, M. — Ë„ Госэнергоиздат, 1963. (54) ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может применяться для выявления поверхностных дефектов типа нарушения сплошности в электропроводящих ферро- и неферромагнитных изделиях.

Целью изобретения является повышение надежности контроля путем одновременной отстройки от зазора и перекоса преобразователя относительно контролируемого изделия, Поставленная цель достигается за счет того, что измерительный датчик выполнен в виде двух мостбвых С>хем,.сигналы от которых при отсутствии дефектов компенсируют друг друга. Генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряженйе частотой 1 — 5

МГц, которое поступает на входы первого и второго измерительных мостов. Отстройку от зазора и перекоса преобразователей проводят с помощью резисторов 2 и 8, 6 и

12, уравновешивания мостов сопротивле1748038 ния, конденсаторов 4 и 10, 7 и 13, Отстройку от влияния электропроводности и магнитной проницаемости осуществляют за счет вычитания в дифференциальном усилителе

16 продетектированных амплитудными детекторами 14 и 15 выходных напряжений мостов в предло>кении, что изменения электропроводимости и магнитной проницаемоИзобретение относится к неразрушающему контролю и может применяться для выявления поверхностных дефектов типа нарушения сплошности в электропроводящих ферро- и неферромагнитных изделий, 5

Известны статические дефектоскопы для выявления поверхностных дефектов в ферро- и неферромагнитных изделиях;

ППД-1М, ВД-22Н, ВД-80Н, ВД-81Н.

Недостатками таких дефектоскопов яв- 10 ляю>г я отсутствие йли йедостэто tHblA диапаз<.i отстройки от зазора, а также отсутствие отстройки от электропроводности и магнитной проницаемости контоолируемых изделий, 15

Наиболее близким к изобретению является вихретоковый дефектоскоп, содержащий генератор, подключенный к нему датчик, выполненный в виде трансформаторного преобразователя с двумя идентич- 20 ными измерительными катушками, выходы которых подключены к двум каналам обработки сигнала, выходы которых соединены с блоком вычитания, выход которого соединен с индикатором. 25

Однако условием отстройки от мешающих факторов известного дефектоскопа яв ляется одинаковость влияния мешающего фактора на обе измерительные катушки, вследствие чего невозможно отстроиться от 30 влияния перекоса датчика относительно контролируемо;о изделия.

Цель изобретения — повышение надежности контроля путем одновременной отстройки от влияния зазора, перекоса 35 преобразова-еля относительно койтролируемого изделия, злектропроводности и магнитной проницаемости контролируемых изделий, Поставленная цель достигается тем, что 40 в вихретаковом дефектоскопе, содержащем генератор, измерительный дэтчик, два амплитудных детектора, входами соединенный с ними дифференциальный усилитель, индикатор, соединенный с выходами послед- 45 него, измерительный датчик выполнен в сти у торцов двух близкорасположенных

ВТП являются одинаковыми, При попадании одного из вихретоковых преобразователей на дефект равенство нэпря>кений на входах дифференциального усилителя нарушится и на его выходе появится напряжение, которое регистрируется указателем 17 равновесия, 3 ил, виде двух мостовых схем, каждая из которых содержит левое плечо верхней ветви, образованное переменным резистором, правое плечо верхней ветви, образованное последовательно соединенными катушкой индуктивности и переменным конденсатором, точка соединения правого и левого плеч верхней ветви является первым выходом мостовой схемы, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенными переменным резистором и переменным конденсатором, точка соединения левых плеч верхней и нижней ветвей является первым входом мостовой схемы, точка соединения правых плеч верхней и нижней ветвей является вторым входом, мостовой схемы, точка соедине- ния левого и правого пле«ни>кней ветви является вторым выходом мостовой схемы, входы двух мостовых схем соединены с выходами генератора, первый выход каждой мостовой схемы соединен с входом соответствующего амплитудного детектора, а вторые выходы мостовых схем предназначены для соединения с землей, На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого дефектоскопа; на фиг. 2— универсальная сетка линий уравновешивания моста с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихрето- кового преобразователя, расположенного над неферромагнитным полупространством; на фиг. 3 — универсальная сетка линий уравновешивания моста с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного над ферромагнитным полупространством, Дефектоскоп содер>кит генератор 1, выход которого подключен к входам первого и второго измерительных мостов, В первом мосту левое плечо верхней ветви образовано переменным резистором 2, правое плечо верхней ветви образовано последовательно соединенными вихретоковым преобразова1748038

10

20

30 телем 3 и переменным конденсатором 4, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором 5, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенным переменным резистором 6 и переменным конденсатором 7, У второго моста левое плечо верхней ветви образовано переменным резистором

8, идентичным переменному резистору 2 и спаренным с ним, правое плечо верхней ветви образовано последовательно соединенными вихретоковым преобразователем

9, идентичным вихретоковому преобразователю 3 первого моста, и переменным кондснсатором 10, идентичным переменному конденсатору 4 и спаренным с ним, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором 11, идентичным конденсатору 5 первого моста, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенными переменным резистором 12, идентичным переменному резистору 6 и спаренным с ним переменным конденсатором 13, идентичным переменному конденсатору 7 и спареннь1м с ним, Вихретоковые преобразователи 3 и 9 расположены рядом друг с другом рабочими торцами в одной плоскости, Выходы первого и второго измеритель, ных мбстов подключены к входам первого и второго амлитудных детекторов "4 и 15 соответственна, выходы которых соединены с входами дифференциального усилителя 16, на выходе которого включен указатель 17 равновесия, Дефектоскоп работает следующим образом, Генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 1 — 5 МГц, которое поступает на входы первого и второго измерительных мостов, Вихретоковые преобразователи устанавливаются на контролируемое изделие. Режим контроля. соответствующий отстройке от влияния зазора и перекоса преобразователя, устанавливается регулированием элементов уравновешивания мостов по универсальной сетке линий уравновешивания с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного на неферро- или ферромагнитным полупространством;

Поскольку мосты идентичны, то отстройку от зазора рассмотрим для первого моста. Обозначим: сопротивление 2 — йз; сопротивление ВТПЗ вЂ” в 1+ Rt; конденсатор 4 — С1; конденсатор 5 — С4; сопротивление 6 — Rz; конденсатор 7 — Cz, Универсальная сетка линий уравновешивания представляет траектории концов векторов относительных напряжений и

Uac

ОэЬ

Uao — на плечах ас и ad мостов при изменении

Uab значений составляющих относительных комплексных сопротивлений измерительныхх плеч: — — var, — — const и = vai, У= const, а а а . а где Ct,p,y — обобщенные параметры, причем а — сопротивление вспомогательного плеча, Р составляющая комплексного сопротивления измерительного плеча, имеющая одинаковый характер с а, — составляющая комплексного сопротивления измерительного плеча, отличающаяся по характеру от а.

Для верхней ветви abc n= Рз:, P = Rt, 1

y =coLt — —, со ct

1 1 (с),Ф 0) с2

Для нижней ветви adb а=,/3 =—

y=R>

Uac

Относительное напряжение будет

0ah определяться формулой

Uac а 1

ИаЬ au+a+ i Y

Uao

Относительное напряжение будет аЬ ойределяться формулой

UaO JCX 1 и.ь ) a j ja + у > + p, ó а а

По известной методике найдены координаты линий центров окружностей уравновешивайия: для линий = var, — — const для а а верхйей и нижней ветвей ImU = О, ReU =

1 1 — —, для линий var, - = const, для

2 1+Е а а

Q а верхней ветви ReU = О, ImU =-, для ниж/ )!

Q ней ветви ReU =О, ImU = . Следовательно, для верхней ветви положительные значения

co Lt ——

Х,, равные, находятся в нижней вс1 з полуплоскости, для нижней ветви отрицательные значения . равные -R2 A)c4, также

1748038

35

45 находятся в нижней полуплоскости универсальной сетки линий уравновешивания, Уменьшение сопротивления Вз (параметр а) сдвигает годографы на универсальной сетке линий уравновешивания в сторону увеличения индуктивных, емкостных и активных относительных сопротивлений — N, Уменьшение значений емкости у д а а конденсатора c) сдвигает годографы в сторону уменьшения индуктивных и увеличения емкостных относительных сопротивлений, Размеры и форма годографов при этом меняются. Регулированием резистора

Вз и конденсатора с1 добиваются, чтобы в рабочей области на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного над неферромагнитнь1м полупространством линии зазора, представляющие собой окру>l(HQGTM были близки к параллельным, Это необходимо для того, чтобы при изменении второго мешающего фактора (электропроводности) в рабочей области отстройка от зазора не нарушалась.

На фиг . 2 приведены три годографа вихретокового преобразователя расположенного над неферромагнитным полупространством, При это л значение резистора R {па(X) (1 раметр а) равно, где L< — индуктив10 ность вихретокового преобразователя при его нахо>кдении в воздухе. Для первого годографа конденсатор с1 закорочен, 2-й и 3-й годографы нанесены на универсальную сетку линий уравновешивания при некоторь,х значениях емкостей конденсатора с1, Область параллельности линий зазоров находится следующим образом. Окру>кности зазоров на универсальной сетке линий уравновешивания имеют две общие точки; начало годографа (точки п1, п2 и пз на годографах 1, 2, 3 соответственно) и точку а бесконечных значений относительно сопротивлений. Эти точки соединяют отрезком an u из середины отрезка проводят перпендикуляр до пересечения с годографом. Точка пересечения определяет область параллельности окружностей зазора.

На фиг, 2 годографы на универсальной сетке линий уравновешивания расположены таким образом, что на одном годографе параллельность окружностей зазора имеется при значении обобщенного параметра контроля j3. рраавВнНоом М 22,.88. а на другом при значении j3. равном 25. После того, как в рабочей области параллельность окружностей зазора установлена. регулированием резистора Rz и конденсатора с находят оптимальное положение точки 4 для отстройки от влияния- зазора. по амплитуде выходного напряжения моста. При этом резистор R2 регулирует реактивную составляющую j )-= а

-jR2 всл, а конденсатор с2 — активную состав,В Сл ляющую = — относительного комплексС2 ного сопротивления измерительных плеч.

При выявлении поверхностных нарушений сплошности в ферромагнитных изделиях значение обобщенного параметра контроля Р равно примерно трем. При этом линии зазора на комплексной плоскости напряжений в некоторых пределах параллельны. По универсальной сетке уравновешивания устанавливают режим отстройки от зазора и необходимую чувствительность соответственно тому, что рабочая область годографа не должна быть слишком маленькой по отношению к входному напряжению моста (фиг. 3). При этом необходимо учесть, что точка б на универсальной сетке линий уравновешивания может находиться только в нижней полуплоскости.

После установки режима отстройки от зазора вихретоковые преобразователи 3 и 9 сканируются по контролируемому изделию.

Напря>кения с выходов мостов детектируются амплитудными детекторами 14 и 15 и подаются на входы дифференциального. усилителя 16 с идентичными коэффициентами усиления напря>кения по первому и второму входам, При этом изменения электропроводности и магнитной проницаемости одинаково влияют на первый и второй вихретоковые преобразователи, и поэтому напряжения на выходе дифференциального усилителя отсутствует. При попадании одного из вихретоковых преобразователей на дефект равенство напряжений на входах дифференциального усилителя нарушится и на его выходе появится напряжение, которое регистрируется указателем

17 равновесия, Чтобы исключить отстройку от дефекта при одновременном попадании преобразователя на дефект, вихретоковые преобразователи при сканировании должны . располагаться один за другим, Кроме того, чтобы исключить пропуск трещины, которая расположена по отношению к сканирующим преобразователем вдоль, а не поперек при контроле неферромагнитных изделий, располагать преобразователи на некотором расстоянии друг от друга (примерно, 5 мм).

При контроле ферромагнитных изделий, вследствие большой неоднородности элект- рофизических характеристик изделий, преобразователи необходимо размещать как

1748038

10 можно ближе друг к другу и проводить повторное сканирование контролируемых изделий по линиям сканирования, перпендикулярным линиям первоначального сканирования, Ф о р мул а из о 6рете н ия

Вихретоковый дефектоскоп, содержащий измерительный датчик, два амплитудных детектора, входами соединенный с ними дифференциальный усилитель, индикатор, соединенный с выходами последнеГо, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения надежности контроля, вихретоковый датчик выполнен в виде двух мостовых схем; каждая из которых содержит левое плечо верхней ветви, образованное переменным резистором, правое плечо верхней ветви, образованное последовательно соединенными катушкой индуктивности и переменным конденсатором, точка соединения правого и левого плеч верхней ветви является первым выходом мостовой схемы, левое плечо нижйей ветви образовано кон5 денсатором, правое плечо нйжней ветви образовано последовательно соединенными переменным резисторбм и переменным конденсатором, точка соединения левых плеч верхней и нижней ветвей является пер10 вым входом мостовой схемы, точка соединения правых плеч верхней и нижней ветвей является вторым входом - мостовой схемы, точка соедйнения левого и правого плеч нижней ветви является вторь м выходом мо15 стовой схемы, входы двух мостовых схем соединены"с выхбдамй"гейератора, первый выход каждой мостовой схемы соединен с входом соответствующего амплитудного де тектора, 3" вторые вьгходы" MocT08blx схем

20 предназначены для соединенйя с землей.

1748038

12

Pge. 9

Составитель А.Войнов

Редактор M,Áàíä ðà Техред M,Mîðãåíòàë Корректор А,Ворович

Заказ 2500 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