Токовихревой преобразователь

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано, например, для дефектоскопии электропроводящих объектов. Технический результат: повышение достоверности контроля путем увеличения отношения сигнал/помеха. Сущность изобретения: токовихревой преобразователь содержит каркас, возбуждающую и измерительную обмотки, витки которых расположены в плоскостях, пересекающих его ось. Возбуждающая обмотка состоит, по меньшей мере, из двух секций, которые смещены относительно друг друга, с образованием между плоскостями витков граничных секций возбуждающей обмотки острого угла α, значения которого лежат в диапазоне 0^o < α ≤ 55^o. Значения углов β, образованных плоскостями витков измерительной обмотки, с плоскостью, проходящей через ось каркаса и биссектрису угла между плоскостями витков граничных секций возбуждающей обмотки, лежат в диапазоне 45^o ≤ β < 90^o. Преобразователь содержит схему регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки. В качестве каркаса может быть использован сердечник из ферромагнитного материала. Схема регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки может быть выполнена в виде потенциометра, средний вывод которого подключен к общей точке секций возбуждающей обмотки, а крайние выводы потенциометра подключены к началу и концу возбуждающей обмотки. Схема регулирования соотношения токов может быть снабжена фазосдвигающими конденсаторами, включаемыми между средним выводом потенциометра и его соответствующими крайними выводами. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано, например, для дефектоскопии электропроводящих объектов.

Известен проходной токовихревой преобразователь для контроля качества боковой поверхности отверстий, содержащий одну или несколько соосных катушек индуктивности. В процессе контроля токовихревой преобразователь вводится в полость отверстия соосно с ним и перемещается вдоль оси (Герасимов В.Г. и др. Методы и приборы электромагнитного контроля промышленных изделий. М., Энергоиздат, 1983 г., с.8) - аналог.

Недостаток известного преобразователя заключается в невозможности выявления дефектов у торцов боковой поверхности отверстия из-за проявления краевого эффекта.

Известен токовихревой преобразователь для контроля качества боковой поверхности отверстий, содержащий одну или несколько соосных катушек индуктивности, установленных перпендикулярно к валу, выполненному с возможностью вращения (Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия. Машиностроение, 1980 г., с. 175-176) - аналог.

В процессе контроля за счет вращения вала и его перемещения вдоль оси отверстия осуществляется сканирование контролируемой поверхности. При этом электрическая связь между катушками и электронным блоком осуществляется через вращающийся трансформатор.

Недостаток данного преобразователя заключается в сложности контроля отверстий малого диаметра и низкой производительности, что связано с необходимостью сканирования вдоль оси отверстия.

Наиболее близок к предложенному по технической сущности токовихревой преобразователь, содержащий каркас, возбуждающую и измерительную обмотки, витки которых расположены в плоскостях, пересекающих его ось (а.с. 563615, G 01 N 27/90, 1977 г., Б.И. 24 за 1977 г.) - прототип.

Недостатком известного токовихревого преобразователя является низкая чувствительность к дефектам из-за значительной магнитной связи между возбуждающей и измерительной обмотками. Это приводит к низкому отношению сигнал/помеха при дефектоскопии и, следовательно, к низкой достоверности контроля.

Токовихревой преобразователь не должен реагировать на изменение геометрических размеров отверстия и изменение электромагнитных свойств материала, таких, например, как магнитная проницаемость, удельная электромагнитная проводимость и т.д.

Настоящее изобретение решает задачу повышения достоверности контроля путем увеличения отношения сигнал/помеха. Это достигается путем подавления влияния бездефектного отверстия на выходное напряжение на измерительной обмотке.

Для достижения этого технического результата в токовихревом преобразователе, содержащем каркас, возбуждающую и измерительную обмотки, витки которых расположены в плоскостях, пересекающих его ось, возбуждающая обмотка токовихревого преобразователя состоит, по меньшей мере, из двух секций, которые смещены относительно друг друга, с образованием между плоскостями витков граничных секций возбуждающей обмотки острого угла α, значения которого лежат в диапазоне 0^o < α ≤ 55^o, значения углов β, образованных плоскостями витков измерительной обмотки, с плоскостью, проходящей через ось каркаса и биссектрису угла между плоскостями витков граничных секций возбуждающей обмотки, лежат в диапазоне 45^o ≤ β < 90^o, а токовихревой преобразователь содержит схему регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки В токовихревом преобразователе в качестве каркаса может быть использован сердечник из ферромагнитного материала.

Если возбуждающая обмотка токовихревого преобразователя состоит из двух секций, то схема регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки может быть выполнена в виде потенциометра, средний вывод которого подключен к общей точке секций возбуждающей обмотки, а крайние выводы потенциометра подключены к началу и концу возбуждающей обмотки.

Схема регулирования соотношения токов токовихревого преобразователя может быть дополнительно снабжена фазосдвигающими конденсаторами, включаемыми между средним выводом потенциометра и его соответствующими крайними выводами.

Учитывая конструктивное исполнение токовихревого преобразователя и его геометрические параметры, можно считать, что витки измерительной и витки возбуждающей обмоток являются плоскими. Однако в случаях, когда эти условия не выполняются, возможно провести процесс интерполяции с использованием любого из известных применяемых для этого методов, например применяя метод интерполяции, в соответствии с которым три наиболее удаленные друг от друга точки витка возбуждающей или измерительной обмоток должны лежать в одной плоскости, которая и принимается за плоскость витка. Аналогичные рассуждения можно применить не только к отдельным виткам возбуждающей или измерительной обмоток, а к секциям возбуждающей обмотки и к измерительной обмотке в целом. Для плоскостей, полученных в результате интерполяции, должны выполняться все заявленные в формуле изобретения диапазоны углов.

В данном случае под термином "угол между плоскостями" понимают следующее: если рассматривать две плоскости, то угол между ними находят с помощью угла между векторами, перпендикулярными к этим плоскостям. Если угол между плоскостями острый или прямой, то эти углы совпадают. Если же перпендикулярные векторы образуют тупой угол, то угол между плоскостями дополняет его до 180^o. В обоих случаях косинус угла между плоскостями равен модулю косинуса угла между векторами (vSCHOOL.ru - виртуальная школа Кирилла и Мефодия). В данном случае если угол β между двумя плоскостями будет превышать 90^o, то исходя из вышеизложенного ему будет соответствовать острый угол из заявленного нами диапазона углов, позволяющий в совокупности с другими существенными признаками получить заявляемый технический результат.

В случае, если возбуждающая обмотка токовихревого преобразователя состоит из двух секций, то обе они являются ее граничными секциями. В случае, когда число секций возбуждающей обмотки больше двух, ее граничными секциями являются крайние секции возбуждающей обмотки, между которыми располагаются все остальные ее секции, причем угол между граничными секциями возбуждающей обмотки выбирается из заявляемого диапазона.

Заявляемое изобретение иллюстрируется фиг.1-5, где на фиг.1 представлена конструкция токовихревого преобразователя. На фиг.2 - вариант использования возбуждающей обмотки с числом секций больше двух. На фиг.3 - соединение схемы регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки и возбуждающей обмотки, выполненной из двух секций. На фиг.4 - соединение схемы регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки, выполненной в виде потенциометра с фазосдвигающими конденсаторами и возбуждающей обмотки, выполненной из двух секций.

На фиг.5 показан механизм взаимодействия заявляемого токовихревого преобразователя с дефектами в виде продольных трещин.

Токовихревой преобразователь содержит стержень 1, измерительную обмотку 2, возбуждающую обмотку 3, состоящую из секций 4 и 5, схему регулирования соотношения токов 6. Схема регулирования соотношения токов 6 может быть выполнена в виде потенциометра 7, средний вывод которого подключен к общей точке секций 4 и 5 возбуждающей обмотки 3, а крайние выводы потенциометра 7 подключены к началу и концу возбуждающей обмотки 3. Схема регулирования соотношения токов 6 может быть дополнительно снабжена фазосдвигающими конденсаторами 8 и 9, включаемыми между средним выводом потенциометра 7 и его соответствующими крайними выводами.

Токовихревой преобразователь работает следующим образом.

Задача контроля состоит, например, в выявлении продольных трещин в концевых зонах боковой поверхности контролируемого объекта 10.

Токовихревой преобразователь 1 вводят в полость 11 контролируемого объекта 10 и осуществляют поворот вокруг оси на 180^o. Возбуждаемое магнитное поле, создаваемое возбуждающей обмоткой 3, воздействует на контролируемый объект 10, возбуждая в нем вихревые токи, схематично показанные на фиг.5. При наличии трещины 12 в данной зоне контур вихревого тока деформируется, что приводит к возникновению напряжения на выходе измерительной обмотки 2. Данное напряжение, как правило, очень мало, поэтому необходимо исключить непосредственное электромагнитное воздействие возбуждающей обмотки 3 на измерительную обмотку 2, а также влияние вторичного поля вихревых токов в бездефектном объекте. Это достигается путем размещения магнитной нейтрали 13 возбуждающей обмотки 3 в плоскости, параллельной плоскостям витков измерительной обмотки 2. Для точной ориентации магнитной нейтрали 13 осуществляется регулировка соотношения токов в секциях 4 и 5 возбуждающей обмотки 3 с помощью схемы регулирования соотношения токов 6.

Заявляемый токовый преобразователь по сравнению с известными имеет большее отношение сигнал/помеха из-за исключения магнитной связи между возбуждающей и измерительной обмотками, что обеспечивает повышение достоверности процесса контроля.

Формула изобретения

1. Токовихревой преобразователь, содержащий каркас, возбуждающую и измерительную обмотки, витки которых расположены в плоскостях, пересекающих его ось, отличающийся тем, что возбуждающая обмотка токовихревого преобразователя состоит, по меньшей мере, из двух секций, которые смещены относительно друг друга, с образованием между плоскостями витков граничных секций возбуждающей обмотки острого угла α, значения которого лежат в диапазоне 0^o < α ≤ 55^o, значения углов β, образованных плоскостями витков измерительной обмотки, с плоскостью, проходящей через ось каркаса и биссектрису угла между плоскостями витков граничных секций возбуждающей обмотки, лежат в диапазоне 45^o ≤ β < 90^o, а токовихревой преобразователь содержит схему регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки.

2. Токовихревой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве каркаса использован сердечник из ферромагнитного материала.

3. Токовихревой преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для возбуждающей обмотки из двух секций схема регулирования соотношения токов в секциях возбуждающей обмотки выполнена в виде потенциометра, средний вывод которого подключен к общей точке секций возбуждающей обмотки, а крайние выводы потенциометра подключены к началу и концу возбуждающей обмотки.

4. Токовихревой преобразователь по п. 3, отличающийся тем, что схема регулирования соотношения токов дополнительно снабжена фазосдвигающими конденсаторами, включаемыми между средним выводом потенциометра и его соответствующими крайними выводами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5