Устройство для электромагнитного контроля движущихся ферромагнитных изделий

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий , в частности к области контроля твердости движущихся ферромагнитных изделий , Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых изделий. Поставленная цель достигается за счет возможности автоматического переключения чувствительности устройства контроля движущихся ферромагнитных изделий. При движении ферромагнитного изделия 17, в преобразователе 2, ЭДС E2(t) полезного сигнала увеличивается, и в момент времени ta напряжение Уз на выходе усилителя 3 достигает порога Un прямого срабатывания дополнительного компаратора 13. Компаратор срабатывает и открывает третий ключ 11, четвертый ключ 12, через инвертор 15 закрывается второй ключ 9 и первый ключ 4. На вход усилителя напряжение Ez(t) с выхода преобразователя 2 начинает поступать не через ключ 9 в неизменном виде, а в ослабленном в К раз виде через аттенюатор 10 и открытый ключ 11. Таким образом диапазон контролируемых значений полезного сигнала и номенклатура контролируемых изделий увеличиваются. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 и 27/80

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Я;,.-, " =474 й;;.>

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4798053/28 (22) 05.03,90 (46) 30.10.92, Бюл. Rb 40 (71) Институт прикладной физики АН БССР (72) С.Г. Сандомирский (56) Балалаев Ю.Ф. Приборы с амплитудным измерителем и дискриминатором для контроля термообработки стальных деталей по остаточной магнитной индукции.— Дефектоскопия, 1967, N. 5, с. 75-79, Авторское свидетельство СССР

N 845603; кл. G 01 N ЗЗ/12, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ ДВИЖУЩИХСЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий, в частности к области контроля твердости движущихся ферромагнитных изделий. Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых

„„5U „, 1 772714 А1 изделий. Поставленная цель достигается за счет возможности автоматического переключения чувствительности устройства контроля движущихся ферромагнитных изделий, При движении ферромагнитного изделия 17, в преобразователе 2, ЭДС Ez(t) полезного сигнала увеличивается, и в момент времени т напряжение 0з на выходе усилителя 3 достигает порога Un прямого срабатывания дополнительного компаратора 13. Компаратор срабатывает и открывает третий ключ 11, четвертый ключ 12, через инвертор 15 закрывается второй ключ 9 и первый ключ 4. На вход усилителя напряжение Еф) с выхода преобразователя 2 начинает поступать не через ключ 9 в неизменном виде, а в ослабленном в К раз виде через аттенюатор 10 и открытый ключ 11.

Таким образом диапазон контролируемых значений полезного сигнала и номенклатура контролируемых изделий увеличиваются.

2 ил.

1772714

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий, в часгности, к области контроля твердости движущихся ферромагнитных изделий.

Известно устройство для электромагнитного контроля движущихся ферромагнитных иэделий, содержащее намагничивающую систему и последовательно соединенные измерительный преобразователь, представляющий собой индукционную катушку, усилитель, амплитудный детектор и блок разбраковки и регистрации. Критерием качества изделий служит амплитуда ЭДС. наведенной падающим намагниченным контролируемым изделием в измерительном преобразователе. Недостаток известного устройства — в низкой точности, низкой производительности контроля И узости номенклатуры контролируемых изделий, Низкая точность и низкая производительность контроля связаны с влиянием изменений скорости дви>кения контролируемых изделий на информационный сигнал устройства. Это заставляет реализовать такой режим контроля изделий. когда они зависают на îïðåделенной высоте в поле намагничивающей катушки, то есть останавливаются. Это снижает производительность контроля изделий известным устройством, а неизбежные и при таком режиме работы вариации скорости движения изделий сквозь измерительный преобразователь снижают точность контроля. Узость номенклатуры контролируемых изделий связана с тем, что усиленный сигнал измерительного преобразователя должен находиться в узком (4060 В) диапазоне напряжений. В то же время при изменениях геометрических и магнитных параметров изделий, подвергаемых контролю, величина информационного параметра (остаточного магнитного потока в изделии) может меняться на несколько порядков. Изменение же чувствительности устройства, нап ример, регулировкой коэффициента усиления, не всегда приемлемо в производственных условиях с точки зрения методики и метрологического обеспечения контроля.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для электромагнитного контроля движущихся ферромагнитных иэделий, содержащее намагничивающую систему и измерительный преобразователь, представляющий собой индукционную катушку, расположенную за намагничивающей системой по ходу движения контролируемых изделий, Устройство содержит также последовательно соединенные и подключенные к выходу измерительного преобразователя усилитель, ключ, интегратор, блок управления интегратором и исполнительный механизм, а также компаратор, своим входом подключенный к выходу усилителя, а выходом — ко вторым (управляющим) входам ключа и блока управления интегратором, второй выход которого подключен ко второму (управляющему) входу интегратора.

Недостаток известного устройства — в узости номенклатуры контролируемых изделий, обусловленной ограниченным диапазоном изменения напряжения на выходе усилителя.. Действительно, известное устройство обеспечивает высокую точность контроля лишь в случае, когда амплитуда сигнала на выходе усилителя хотя бы в несколько раз превышает порог срабатывания компаратора, который для обеспечения удовлетворительной помехозащищенности устройства должен быть выше напряжения электромагнитных помех на выходе усилителя. Это ограничивает нижний предел амплитуды информационного сигнала на выходе усилителя. С другой стороны, эта амплитуда ограничена сверху напряжением насыщения усилителя, составляющем обычно 80 — 90% от напряжения его питания. Как правило, диапазон амплитуд информационных сигналов на выходе усилителя не превышает двух порядков (0,1 — 10 В), Е\ то же время при изменении геометрических (длина, диаметр) и магнитных (коэрцитивная сила) параметров контролируемых изделий и скорости их движения сквозь измерительный преобразователь диапазон изменения амплитуд сигналоь на его выходе может быть гораздо (как минимум на прядок) шире, Это не позволяет вести контроль широкой номенклатуры изделий без переключения диапазона чувствительности усилителя, что методически усложняет контроль, отрицательно сказывается на его метрологическом обеспечении и точности, а в ряде случаев просто невозможно.

Целью изобретения является расширение номенклатуры контролируемых изделий.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для электромагнитного контроля движущихся ферромагнитных изделий, содержащее намагничивающую систему, измерительный преобразователь, последовательно соединенные усилитель, ключ и интегратор, компаратор, входом подключенный к выходу усилителя, блок управления интегратором, первый вход которого подключен к выходу компаратора, а второй вход- к выходу интегратора, и исполнительный механизм, первый выход блока управления интегратором подключен ко второму

1772714 входу интегратора, à второй выход подключен к исполнительному механизму. снабжено аттенюатором, вторым, третьим и четвертым ключами, инвертором, логическим элементом И и дополнительным комп аратором, выход измерительного преобразователя соединен с выходом второго ключа и входом усилителя, выход которого соединен с входом дополнительного компаратора и первым входом четвертого ключа, выход дополнительного компараторэ соединен со входом инвертора и вторыми входами третьего и четвертого ключей, выход четвертого ключа соединен с третьим входом интегратора, выход инвертора соединен со вторым входом второго ключа и первым входом логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом основного компэратора, выход логического элемента И соединен со вторым входом первого ключа, отношение между постоянными интегрирования по третьему и первому входам интегратора равно коэффициенту

К ослабления аттенюатора. а отношение между порогами прямого и обратного срабатывания дополнительного компаратора больше К, На фиг. 1 изображена структурная схема заявляемого устройства.

На фиг. 2 изображены временные:диаграммы его работы: а) сигнал на . выходе измерительного преобразователя; б) сигнал на выходе усилителя; в) сигнал на выходе основного компаратора;

t) сигнал на выходе дополнительного компэратора; д) сигнал на выходе логического элемента И; е) сигнал на выходе инвертора; ж) сигнал на выходе интегратора.

Устройство содержит намагничивэющую систему 1, измерительный преобразователь 2, усилитель 3, первый ключ 4, интегратор 5, блок 6 управления интегратором, исполнительный механизм 7, основной компэрэтор 8, второй ключ 9, аттенюатор

10, третий ключ 11, четвертый ключ 12, дополнительный компаратор 13. логический элемент И 14, инвертор 15. Позицией 16 обозначен направляющий желоб, вдоль которого движутся контролируемые изделия t7 в процессе контроля. Позициями 18 и 19 обозначены резисторы. из которых может состоять аттенюатор 10. Измерительный преобразователь 2, второй ключ 9, усилитель 3, первый ключ 4, интегратор 5, блок 6 управления интегратором и исполнительный механизм 7 соединены последователь5

50 но. Аттенюатор 10 и третий ключ 11 соединены последовательно и включены между выходом измерительного преобразователя

2 и входом усилителя 3, Основной компарэтор 8 включен между выходом усилителя 3 и вторым входом блока 6 управления интегратором, второй выход которого подключен ко второму (управляющему) входу интегратора

5. Четвертый ключ 12 включен между выходом усилителя 3 и третьим входом интегратора 5. Дополнительный компаратор 13 подключен своим входом к выходу усилителя 3, а выходом — к вторым (управляющим) входам третьего и четвертого ключей 11 и 12 и к входу инвертора 15, выход которого подключен ко второму (управляющему) входу второго ключа 9 и второму входу логического элемента И 14, первый вход которого подключен к выходу основного компарэтора

8, а выход- к второму (управляющему) входу первого ключа 4. Отношение между постоянными интегрирования интегратора 5 по третьему и первому входам равно коэффициенту К ослабления аттенюатора. а отношение между порогами прямого 0п и обратного U и срабатывания дополнитель1 ного компаратора больше К.

Устройство работает следующим образом.

Измерительный преобразователь 2 расположен на пути движения контролируемых изделий 17 за намагничивающей системой

1. {Возможно также расположение преобразователяя 2 и в зоне дейстзия нэма: ничива ющей системы 1). В исходном состоянии сигнал на выходе измерительного преобразователя 2 равен нулю, второй кгноч 9 открыт высоким уровнем напряжения ("логическая 1") с выхода инвертора 15, а третий ключ 11 закрыт низким уровнем напряжения (" логический 0") с выхода дополнительного компаратора 13. Сигнал на выходе усилителя 3 также равен нулю. 0сновной и дополнительный компараторы находятся в исходном состоянии, первый ключ

4 закрыт низким уровнем напряжения с выхода основного компаратора 8 (через логический элемент И 14), а интегратор 5 блокирован по своему второму (управляющему) входу блоком 6 управления интегратором, Намагниченное контролируемое изделие17 в процессе своего движения вдоль направляющего желоба 16 наводит в измерительном преобразователе 2 ЭДС ест), вид которой изображен на фиг. 2а. Напряжение г 2(с) через открытый второй ключ 9 поступает на вход усилителя 3, напряжение на выходе которого начинает возрастать и в момент времени t> превышает порог срабатывания

1772714 основного компаратора 8 (который устанавливается несколько большим напряжения шумов на выходе усилителя 3). Изменения со временем напряжений 0з и Ue на выходах усилителя 3 и основного компаратора 8 5 изображены соответственно на эпюрах фиг.

26, в. В момент времени t7 основной компаратор 8 срабатывает и высокий потенциал с

его выхода через блок 6 управления интегратором разблокирует интегратор 5, а через 10 логический элемент И 14 открывает первый ключ 4. Сигнал 0з с выхода усилителя 3 поступает на интегратор 5 и интегрируется на нем. Напряжение Ug {фиг. 2ж) на выходе интегратора 5 изменяется по закону . 15

U;(t) = СК7.Г E z(t)dt, где С вЂ” коэффициент усиления усилителя 3, Кс — постоянная интегрирования интегратора 5 по первому входу. (Ha третьем входе интегратора 5 в то это время присутствует нулевой потенциал с выхода закрытого четвертого ключа 12).

В процессе движения контролируемого изделия t7 сквозь преобразователь 2 ЗДС 25

n(t) увеличивается, и в момент времени tz напряжение 0з на выходе усилителя 3 достигает порога Uq прямого срабатывания дополнительного компаратора 13, Величина напряжения Un устанавливается не- 3О сколько меньшей напряжения Ц, насыщения усилителя 3 (фиг. 2б), Дополнительный компаратор 13 выполнен по одной из известных схем компаратора с гистерезисом, то есть напряжение его обратного 35 срабатывания 0 и меньше U, причем суще1 ственным признаком предложенного технического решения является выполнение соотношения — — > К (фиг. 26). В момент 4О

0п

П времени tz напря>кение на выходе усилителя 3 равно 03(tz) = 0л, а напря>кение на выходе интегратора 5 равно: с

Ugtz) = СК1 / „Я z{t)dt s

В этот момент времени tz дополнительный компаратор 13 срабатывает (фиг. 2г) и открывает третий ключ 11 и четвергый ключ

12, одновременно через инвертор 15 закры-. вается второй ключ 9 и первый ключ 4 (фиг, 2е, д). На вход усилителя 3 напря>кение ®) с выхода измерительного преобразователя 2 поступает через аттенюатор 10 и открытый третий ключ 11 ослабления в К раз, На выходе усилителя 3 напряжение 0з в момент времени tz становится равным — .

0п

Благодаря выполнению условия 0-т-> К

Uï

П уменьшение напряжения на выходе усилиОсс теля 3 от U> до — не приводит к обратному

k срабатыванию дополнительного компаратора 13 (и основного компаратора 8). Напряжение на выходе усилителя 3 после момента времени tz начинает изменяться по закону

С

0з(с) = — а z(t), Это напряжение через открыk тый четвертый ключ 12 поступает на третий вход интегратора 5 и интегрируется на нем, причем постоянная интегрирования интегратора 5 по третьему входу равна КК7 (на первом входе интегратора 5 в это время присутствует нулевой потенциал с выхода закрытого первого ключа 4), Напряжение на выходе интегратора 5 изменяется по закону

0 (t) = Us(tz} + K K) f — „F. z(t) d t = С Ксх С .Fz(t)dt

В момент времени tç напряжение 0з на выходе усилителя 3 становится меньше напряжения U и обратного срабатывания до1 пол нительного ком паратора 13, который возвращается в исходное состояние и низким потенциалом со своего выхода закрывает третий ключ 11 и четвертый ключ 12, одновременно через инвертор 15 открывая второй ключ 9 и первый ключ 4 (через логический элемент И 14). В момент времени 1з напряжение на выходе интегратора 5 равно ср

U (t>) = Щс7 r.z(t)dt, а на выходе усилителя 3 напряжение 0з увеличивается с О и до KU л. Однако так как

7 7

7 ï

U с< — (фиг. 26), срабатывания дополни-!

< тельного компаратора 13 не происходит, и сигнал Оф) через открытый первый ключ 4 поступает на первый вход интегратора 5 и интегрируется на нем с постоянной времени К. (На третьем входе интегратора 5 в это время присутствует нулевой уровень напря>кения с выхода закрытого четвертого ключа

72}. Напряжение 0в на выходе интегратора

5 изменяется по закону

t t

05{1) = 05(тз) + C Kt f, e(t)dt = CK@„ez(t)dt.

В момент времени т4(фиг.2а,б) напряжения åz и 0з на выходах измерительного преобразователя 2 и усилителя 3 становятся равными нупсо, что приводит к обратному срабатыванию основного компаратора 8, который через логический элемент И 14 закрывает первый ключ 4. Напряжение 0з на выходе интегратора 5 в момен времени ц равно

1772714

t

Us(t ) = СК1, f 2(t)dt = CK1(©(t4) - Ф(с1)1= СК1Ф макс, где Ф(Т4), Ф(т1) — магнитные потокосцепления контролируемого изделия и измерительного преобразователя в моменты времени t4 и t1. (Ф(с4) = Фмакс Ф(с.) = О).

В момент времени t4 при повторном срабатывании основного компаратора 8 блок 6 управления интегратором осуществляет аналого-цифровую обработку сигнала

Us{N) на.выходе интегратора 5, сравнение результата измерения Ug(t4) с предварительно установленными пределами годности контролируемых изделий по измеряемому параметру, подает команду на исполнительный механизм 7 для разбраковки изделий и устанавливает интегратор 5 в исходное состояние.

В момент времени т5 (фиг.2ж) при возвращении интегратора 5 в исходное состояние устройство готово к контролю следующего изделия. Однополярный импульс напряжения, соответствующий интервалу времени (t4, te), хотя и поступает черезI открытый второй ключ 9 с выхода измерительного преобразователя 2 на усилитель 3 (фиг, 2а, б), но не вызывает срабатывания основного и дополнительного компарато. ров 8 и 13, так как имеет противоположную полярность относительно напряжений их срабатывания, Формула изобретения

Устройство для электромагнитного контроля движущихся ферромагнитных изделий, содержащее намагничивающую систему, измерительный преобразователь, последовательно соединенные усилитель, ключ и интегратор, компаратор, входом подключенный к выходу усилителя, блок управления интегратором, первый вход которого

5 подключен к выходу компаратора, а второй вход — к выходу интегратора, и исполнительный механизм, первый выход блока управления интегратором подключен к второму входу интегратора, а второй выход подключен к испол10 нительномумеханизму,отличающееся тем, что, с целью расширения номенклатуры контролируемых изделий, оно снабжено аттенюатором, вторым, третьим и четвертым ключами, инверторгм, логическим элементом И и допол15 нительным компаратором. выход измерительного преобразователя соединен с первым входом второго ключа и входом аттенюатора, выход которого соединен с первым входом третьего ключа, выход которого соединен с

20 выходом второго ключа и входом усилителя, выход которого соединен с входом дополнительного компаратора и первым входом четвертого ключа, выход дополнительного компаратора соединен с входом инвертора и

25 вторыми входами третьего и четвертого ключей, выход четвертого ключа соединен с третьим входом интегратора, выход инвертора соединен с вторым входом второго ключа и первым входом логического элемента И, 30 второй вход которого соединен с выходом основного компаратора и выход логического элемента И соединен с вторым входом первого ключа, отношение между постоянными интегрирования по третьему и первому вхо35 дам интегратора равно коэффициенту К ослабления аттенюатора, а отношение между порогами прямого и обратного срабатывания дополнительного компаратора больше

К.

1772714 е

Редактор

Заказ 3842 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Ид ил

Ий

Составитель С,Сандомирский

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М.Максимишинец