Устройство двухпараметрового контроля толщины электропроводных покрытий



Устройство двухпараметрового контроля толщины электропроводных покрытий

 


Владельцы патента RU 2533756:

Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) (RU)

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изделий и может быть использовано для измерения толщины немагнитных металлических покрытий на диэлектрической основе или на немагнитной основе с другой удельной электрической проводимостью. Технический результат заключается в повышении чувствительности и точности измерения толщины электропроводных покрытий. Устройство содержит генератор возбуждающего сигнала, вихретоковый трансформаторный преобразователь с ферритовым сердечником, обмоткой возбуждения и встречно включенными измерительной и компенсационной обмотками, средняя точка которых соединена с нулевой цепью, первый и второй усилители, фазовый детектор, фильтр низкой частоты, амплитудный детектор и микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем. Указанный технический результат достигается применением двух конденсаторов в компенсирующей и измерительной обмотках для обеспечения резонансного режима работы вихретокового трансформаторного преобразователя, а также двухканального аналогового переключателя с коммутатором напряжения для переключения измерительных каналов с вычислением разности результатов измерений за два такта преобразования. 1 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества материалов и изделий и может быть использовано для измерения толщины немагнитных металлических покрытий на диэлектрической основе или на немагнитной основе с другой удельной электрической проводимостью.

Известно устройство двухпараметрового контроля (патент №932207 от 30.05.1982 г.), содержащее генератор возбуждающего сигнала, подключенный к обмотке возбуждения вихретокового трансформаторного преобразователя, измерительная и компенсационная обмотка которого соединены встречно друг с другом и с общим входом фазового детектора, а выход измерительной обмотки через первый усилитель подключен к сигнальному входу фазового детектора, выход которого соединен с блоком управления и обработки информации.

Недостатком такого устройства является низкая точность, ограниченная тем, что фаза сигнала на измерительной обмотке сравнивается с фазой сигнала на обмотке возбуждения, поэтому температурные изменения магнитных свойств вихретокового трансформаторного преобразователя приводят к появлению большой фазовой погрешности и, как следствие, к уменьшению точности и достоверности контроля толщины покрытия.

Известно также устройство двухпараметрового контроля (патент №2384839 от 20.03.2010 г.), содержащее генератор возбуждающего сигнала, подключенный к обмотке возбуждения вихретокового трансформаторного преобразователя, измерительная и компенсационная обмотка которого соединены встречно друг с другом и через первый усилитель подключены к первому входу фазового детектора, а выход измерительной обмотки через второй усилитель соединен со вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с контроллером, один и выходов которого подключен к генератору возбуждающего сигнала.

Основным недостатком данного устройства является невысокая точность измерения толщины покрытий, обусловленная низкой фазовой чувствительностью вихретокового трансформаторного преобразователя и влиянием нестабильности уровней срабатывания фазового детектора на результат измерения фазы разностного сигнала низкого уровня, снимаемого со средней точки измерительной и компенсационной обмоток. Данное обстоятельство обусловлено тем, что разность фаз сигналов на измерительной и компенсационной обмотках Δφ=arctg(2πfBΔL/R) зависит от сопротивления R вихретокового трансформаторного преобразователя и изменения эквивалентной индуктивности измерительной обмотки ΔL на частоте fB возбуждающего сигнала, которая резко уменьшается из-за снижения потерь на вихревые токи при малой толщине контролируемого покрытия. Вследствие этого минимальная толщина контролируемого покрытия, т.е. чувствительность известного устройства, ограничивается значением не менее 1-2 микрометров. При этом из-за такой низкой чувствительности в известном устройстве применена дискретная регулировка частоты возбуждающего сигнала, которую необходимо каждый раз подстраивать в зависимости от предполагаемой толщины и материала покрытия, что затрудняет его практическое применение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство двухпараметрового контроля (патент №2456589 от 23.03.2011 г.), содержащее генератор возбуждающего сигнала и вихретоковый трансформаторный преобразователь с ферритовым сердечником, на середину которого намотана обмотка возбуждения, а на противоположных концах ферритового сердечника размещены встречно соединенные измерительная и компенсационная обмотки, средняя точка которых подключена к нулевой цепи. Также в устройстве применены первый и второй усилители, фазовый детектор, фильтр низкой частоты, амплитудный детектор и микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем на входе. При этом первый выход микроконтроллера является выходом устройства, а его второй выход подключен к управляющему входу генератора возбуждающего сигнала. Вычисление толщины h электропроводного покрытия выполняется микроконтроллером по результатам цифровых измерений амплитуды напряжения UМ.К. на компенсирующей обмотке, а также разности фаз Δφ и разности амплитуд сигналов ΔU=UМ.К.-UМ.И. на компенсирующей и измерительной обмотках вихретокового трансформаторного преобразователя. Полученные данные выводятся с микроконтроллера на внешние устройства и цифровой индикатор.

Недостатком этого устройства является относительная низкая фазовая чувствительность к контролируемой толщине поверхности и невысокая точность контроля, ограниченная влиянием инструментальных погрешностей фазового детектора при высокой частоте генератора возбуждающего сигнала.

Эти недостатки обусловлены свойством вихретокового метода контроля, согласно которому амплитуда и фаза сигнала на измерительной обмотке изменяются из-за потерь на вихревые токи, которые возрастают при увеличении частоты сигнала и толщины электропроводного покрытия. При большой толщине покрытия относительное изменение индуктивности измерительной обмотки не превышает значения ±10%, а изменение фазы между сигналами компенсационной и измерительной обмоток вихретокового трансформаторного преобразователя составляет единицы градусов. Так как для контроля покрытий толщиной в единицы-десятки микрометров нужно формировать возбуждающий сигнал высокой частоты fВ=(1,5…2,0) МГц, то для измерения фазы Δφ с погрешностью в 1° необходимо в фазовом детекторе использовать формирователи импульсов с максимальной задержкой срабатывания ΔtЗД≤1/(2·360·fВ)=1/(2·360·2·106)≤0,7 нс, что фактически не реально даже при использовании современных цифровых микросхем.

Кроме этого, в известном устройстве для получения разности напряжений ΔU выполняется аналоговое вычитание компенсирующего и измеряемого сигналов. При этом компенсирующий сигнал усиливается первым усилителем, имеющим небольшой коэффициент усиления и малую задержку фазы, а разностное напряжение усиливается вторым усилителем, имеющим не менее чем в 10 раз более высокий коэффициент усиления и, соответственно, большую задержку фазы усиленного сигнала по сравнению первым усилителем. В итоге на фазовый детектор поступают два сигнала с заведомо разной фазой между ними даже при одинаковых по фазе сигналах на выходах компенсационной и измерительной обмоток вихретокового трансформаторного преобразователя. Ограничение разрешающей способности к толщине поверхности и известном устройстве также обусловлено уменьшением разностного напряжения ΔU→0 при близких значениях амплитуд компенсирующего и измеряемого сигналов, т.е. при малой разности фаз между ними в случаях контроля немагнитных покрытий микронной толщины.

Дополнительным фактором, ограничивающим точность известного устройства контроля, является влияние на фазовую погрешность нестабильности напряжений срабатывания формирователей импульсов, используемых в фазовом детекторе. Например, изменение уровня срабатывания одного из каналов фазового детектора на ±1% относительно амплитуды измеряемого сигнала приводит к появлению фазовой погрешности, составляющей 0,6°. При этом в схеме известного устройства отсутствует возможность компенсации перечисленных погрешностей, что практически приводит к ограниченному применению такой аппаратуры из-за низкой чувствительности и точности измерения толщины электропроводных покрытий на любой основе.

Задачей изобретения является создание устройства двухпараметрового контроля толщины электропроводных покрытий, позволяющего повысить чувствительность и точность измерения.

Эта задача решается тем, что в известное устройство, содержащее генератор возбуждающего сигнала, вихретоковый трансформаторный преобразователь с ферритовым сердечником, обмоткой возбуждения и встречно включенными измерительной и компенсационной обмотками, средняя точка которых соединена с нулевой цепью, а также первый и второй усилители, фазовый детектор, фильтр низкой частоты, амплитудный детектор и микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, первый выход которого является выходом устройства, дополнительно введены двухканальный аналоговый переключатель с коммутатором напряжения, выход которого соединен с входом микроконтроллера, и первый, и второй конденсаторы, подключенные параллельно соответственно к компенсационной и измерительной обмоткам вихретокового трансформаторного преобразователя. При этом концы компенсационной и измерительной обмоток подключены через первый и второй усилители к разным входам двухканального аналогового переключателя. Первый выход этого переключателя через амплитудный детектор соединен с первым входом коммутатора напряжения, второй вход которого через фильтр низкой частоты подключен к выходу фазового детектора, два входа которого соединены с первым и вторым выходами двухканального аналогового переключателя. Управляющий вход этого переключателя соединен со вторым выходом микроконтроллера, третий выход которого подключен к управляющему входу коммутатора напряжения.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.1.

Устройство содержит генератор возбуждающего сигнала 1, подключенный к вихретоковому трансформаторному преобразователю 2 с ферритовым сердечником. На середину ферритового сердечника намотана обмотка возбуждения 3, а на его противоположных концах размещены компенсационная обмотка 4 с конденсатором 5 и измерительная обмотка 6 с конденсатором 7, образующие соответственно компенсационный и измерительный колебательные контуры, резонансная частота которых в исходном состоянии равна частоте генератора возбуждающего сигнала 1. Концы компенсационной обмотки 4 и измерительной обмотки 6 подключены через первый усилитель 8 и второй усилитель 9 соответственно к входам двухканального аналогового переключателя 10, служащего для перекрестного подключения выходов усилителей 8 и 9 к разным входам фазового детектора 11. Фазовый детектор 11 содержит формирователи импульсов 12, 13 и логический элемент 14 типа "Исключающее ИЛИ". На выходе элемента 14 "Исключающее ИЛИ" формируются импульсы, длительность которых зависит от фазового сдвига Δφ между выходными сигналами усилителей 8 и 9. Выходные импульсы фазового детектора 11 усредняются фильтром низкой частоты 15 и преобразуются в напряжение, пропорциональное фазовому сдвигу Δφ между сигналами на выходах усилителей 8 и 9. К первому выходу двухканального аналогового переключателя 10 подключен амплитудный детектор 16 для преобразования амплитуды гармонического сигнала в постоянное напряжение. Выходы фильтра низкой частоты 15 и амплитудного детектора 16 соединены с разными входами коммутатора напряжения 17 для их поочередного подключения к аналоговому входу микроконтроллера 18, содержащего аналого-цифровой преобразователь 19 и блок управления и обработки данных 20. На выходе аналого-цифрового преобразователя 19 формируются цифровые коды, пропорциональные выходным напряжениям фильтра низкой частоты 15 и амплитудного детектора 16. Закодированные значения этих напряжений с выхода аналого-цифрового преобразователя 19 поступают на блок управления и обработки данных 20, служащий для вычисления по полученным кодам толщины исследуемого покрытия и для формирования сигнала стандартного интерфейса, подаваемого на первый выход микроконтроллера 18 при выводе полученной информации на внешние устройства и цифровой индикатор. Остальные два выхода микроконтроллера 18 служат для управления работой двухканального аналогового переключателя 10 и коммутатора напряжения 17 в соответствии с заданным алгоритмом измерения толщины покрытия, записанным в память блока управления и обработки данных 20, применяемого в составе микроконтроллера 18.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, тождественные признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности "новизна". Отличительные признаки: введенные двухканальный аналоговый переключатель и коммутатор напряжения, а также применение двух конденсаторов для получения измерительного и компенсационного резонансных контуров, обеспечивающих резкое повышение фазовой чувствительности устройства, в них не встречаются. Следовательно, заявляемое устройство удовлетворяет критерию "изобретательский уровень". Промышленная применимость введенных элементов обусловлена наличием элементной базы, на основе которой они могут быть выполнены с достижением указанного в изобретении назначения. В частности, двухканальный аналоговый переключатель и коммутатор напряжения можно реализовать на двухканальном мультиплексоре типа КР561КП1. В схеме фазового детектора 11 можно использовать формирователи импульсов 12, 13 на микросхеме КР1554ТЛ1 "Триггер Шмидта", а элемент 14 "Исключающее ИЛИ" реализовать на микросхеме КР1554ЛП5.

Устройство двухпараметрового контроля толщины электропроводных покрытий при измерении толщины электропроводящего немагнитного покрытия работает следующим образом.

В цикле измерения генератор возбуждающего сигнала 1 формирует высокочастотный ток, протекающий по обмотке 3 вихретокового трансформаторного преобразователя 2. Это вызывает появление электромагнитного поля в ферритовом сердечнике и появление переменных напряжений U4 и U6 на компенсационной 4 и измерительной 6 обмотках вихретокового трансформаторного преобразователя 2. Компенсационная обмотка 4 с конденсатором 5 и измерительная обмотка 6 с конденсатором 7 образуют два параллельных колебательных контура, частота резонанса fР которых при одинаковых индуктивностях L4=L6 обмоток 4, 6 и емкостях C5=C7 конденсаторов 5, 7 выбирается равной частоте f1 генератора возбуждающего тока по условию:

При идентичных параметрах компенсационной 4 и измерительной 6 обмоток вихретокового трансформаторного преобразователя 2 на его выходах формируются гармонические напряжения U4 и U6 с одинаковыми амплитудами U4.M≈U6.M и фазами φ46 в исходном состоянии. Усилители 8, 9 с большими входными сопротивлениями и одинаковыми коэффициентами усиления К8=K9 повышают напряжения U4, U6 до уровня U8=K8·U4, U9=K9·U6. Эти переменные напряжения поступают через двухканальный аналоговый переключатель 10 на входы фазового 11 и амплитудного 16 детекторов. Фазовый детектор 11 с фильтром низких частот 15 служит для получения постоянного напряжения U15, пропорционального разности фаз Δφ=φ4 - φ6 сигналов на компенсационной 4 и измерительной 6 обмотках вихретокового трансформаторного преобразователя 2. Амплитудным детектором 16 формируется постоянное напряжение U16, зависящее от амплитуды U8.М или U9.М выходных сигналов усилителей 8 и 9.

При измерении толщины покрытия конец ферритового сердечника с измерительной обмоткой устанавливается на поверхности исследуемого объекта. Это приводит к уменьшению индуктивности измерительной обмотки из-за протекания вихревых токов в контролируемой поверхности, и как следствие, к уменьшению амплитуды и увеличению фазы сигнала на измерительном контуре L6C7. Изменение амплитуды и фазы пропорционально удельной электрической проводимости и толщине покрытия, что позволяет по приращениям этих параметров определять его толщину.

Процесс измерения выполняется за два такта. В первом такте по команде микроконтроллера 19 двухканальный аналоговый переключатель 10 устанавливается в первое положение, при котором выход усилителя 8 соединяется с пиковым детектором 16 и входом формирователя импульсов 12, а выход усилителя 9 - с входом формирователя импульсов 13 фазового детектора 11. Сигналы, поступающие от усилителей 8 и 9, преобразуются в прямоугольные импульсы формирователями 12, 13, а элемент 14 "Исключающее ИЛИ" формирует короткие импульсы, длительность которых зависит от разности фаз Δφ146≠0 сигналов на компенсационной 4 и измерительной 6 обмотках вихретокового трансформаторного преобразователя 2. При этом коммутатор напряжения 17 сначала переключается в верхнее положение, при котором АЦП 19 кодирует амплитуду напряжения на выходе усилителя 8. Затем коммутатор напряжения 17 подключает АЦП 19 к выходу фильтра низких частот 15, и кодируется его выходное напряжение, пропорциональное разности фаз Δφ1. Во втором такте двухканальный аналоговый переключатель 10 по команде микроконтроллера 18 переводится во второе положение, при котором выход усилителя 9 соединяется с пиковым детектором 16 и входом формирователя импульсов 12, а выход усилителя 8 - с входом формирователя импульсов 12 фазового детектора 11. После этого АЦП снова поочередно кодирует выходные напряжения амплитудного детектора 16 и фильтра низких частот 15, пропорциональные амплитуде сигнала на выходе усилителя 9 и разности фаз Δφ2 сигналов во втором такте измерения.

Полученные с помощью АЦП 19 цифровые коды вводятся для последующей обработки в блок управления и обработки данных 20 микроконтроллера 18, которым выполняется расчет толщины h электропроводящего покрытия с учетом разности амплитуд и фаз по формуле

h=-K1(ΔU/U8.М)+K2Δφ,

где K1 и K2 - коэффициенты, определяемые экспериментально для конкретных значений электрической проводимости покрытия и основы изделия.

Высокая чувствительность к толщине контролируемого покрытия в предложенном устройстве обеспечивается за счет большой крутизны фазочастотной характеристики в окрестности частоты резонанса fP двух колебательных контуров, содержащих компенсационную 4 и измерительную 6 обмотки вихретокового трансформаторного преобразователя 2. Высокая добротность Q≥20 измерительного и компенсирующего контуров обеспечивается при использовании генератора возбуждающего сигнала 1 с большим выходным сопротивлением (например, при подключении обмотки возбуждения 3 к коллектору транзистора выходного каскада схемы генератора) и применении усилителей 8 и 9 с высокими входными сопротивлениями. При этом фазовая чувствительность к относительному изменению индуктивности измерительной обмотки Sφφ/ΔL6 повышается в Q раз, чем обеспечивается аналогичное увеличение чувствительности устройства к толщине покрытия по сравнению с прототипом. Например, даже небольшие изменения толщины медного покрытия на Δh≈(0,2…1,0) мкм приводят к изменению фазы на угол Δφ≈ (0,3…1,5)° при добротности измерительного контура Q≥20 и частоте возбуждающего сигнала f1=fР=1,6 МГц. Согласно описанию устройства двухпараметрового контроля (патент №2456589 от 23.03.2011 г.), фазовая чувствительность к толщине покрытия в известных устройствах контроля не превышает значения Δφ/Δh≈0,07°/мкм. Таким образом, чувствительность предлагаемого устройства двухпараметрового контроля толщины электропроводных покрытий повысилась в 20 раз.

Повышение точности в предложенном устройстве обеспечивается за счет использования известных свойств резонанса компенсационного и измерительного контуров и применения двухтактного режима измерения с вычитанием результатов, полученных в двух тактах микроконтроллером:

1) так как резонансные сопротивления параллельных контуров в Q раз превышают индуктивные сопротивления компенсирующей и измерительной обмоток, то для получения выходных напряжений U4, U6 в единицы вольт можно значительно уменьшить амплитуду тока, протекающего по обмотке возбуждения 3 вихретокового трансформаторного преобразователя 2, и тем самым исключить его дополнительный нагрев собственной рассеиваемой мощностью и снизить температурную погрешность преобразования;

2) высокие сопротивлении компенсационного и измерительного контуров на частоте резонанса позволяют получать выходные сигналы с большой амплитудой U4.М≈U6.М≥1 B и использовать простые усилители 8 и 9 с небольшими коэффициентами усиления K8=K9≈2 и малым фазовым запаздыванием выходных сигналов U8, U9 на частоте резонанса fP, что снижает их влияние на точность измерения разности фаз Δφ;

3) измерение выходного напряжения U15 фильтра низкой частоты 15 в двух тактах с вычитанием полученных результатов позволяет исключить влияние нестабильности уровней срабатывания формирователей импульсов 12 и 13 на точность измерения разности фаз. Например, если напряжение срабатывания формирователя 12 будет положительным, а напряжение срабатывания формирователя 13 - отрицательным, то при измеряемой разности фаз Δφ выходных сигналов U8, U9 усилителей 8, 9 в первом такте напряжение на выходе фильтра низкой частоты 15 будет зависеть от фазовых погрешностей формирователей: U15-1=K15(Δφ+Δφ12+Δφ13). При переключении измерительных каналов во втором такте на выходе фильтра низкой частоты 15 формируется напряжение U15-2=K15(-Δφ+Δφ12+Δφ13), а вычитание результатов этих цифровых измерений в двух тактах, выполняемом в блоке управления и обработки данных 20 микроконтроллера 18, позволяет полностью скомпенсировать погрешности формирователей: U15=U15-1-U15-2=2Δφ;

4) аналогичным образом за два такта измерения компенсируется влияние напряжения начального смещения UСМ.16 пикового детектора 16 на точность измерения разности амплитуд напряжений ΔU=U8.М-U9.М. Если в первом такте измерения выходное напряжение пикового детектора 16 составляет U16-1=UСМ.16=U8.М, во втором такте U16-2=UСМ.16+U9.M, то после вычитания цифровых значений этих напряжений исключается влияние напряжения смещения детектора 16: ΔU=U16-1-U16-2=U8.М-U9.М;

5) при контроле толщины покрытий вихретоковым методом относительное изменение индуктивности измерительной обмотки не превышает значения ΔL6/L6≤0,1, т.е. амплитуды сигналов U8.M, U9.M на выходах усилителей 8, 9 различаются не более чем на ±10%. Поэтому коэффициент преобразования пикового детектора 16 остается практически постоянным, т.е. значительно уменьшается влияние его мультипликативной погрешности на точность измерения разности напряжений ΔU=U8.M-U9.M;

6) использование микроконтроллера с высокоточным 12-разрядным АЦП позволяет пренебречь погрешностью квантования сигнала, а погрешность АЦП от нестабильности его начального уровня также компенсируется в результате вычитания результатов двух измерений в микроконтроллере.

7) для повышения достоверности результатов контроля толщины покрытия целесообразно выполнять усреднение результатов цифрового измерения напряжений U15, U16 на интервалах времени Tизм, кратных 20 мс, чтобы ослабить влияние помех сетевой частоты (50 Гц) на точность измерения.

Таким образом, подключение двух конденсаторов к компенсирующей и измерительной обмоткам для обеспечения резонансного режима работы вихретокового трансформаторного преобразователя и применение двухканального аналогового переключателя и коммутатора напряжения для переключения измерительных каналов с вычислением разности результатов измерений за два такта преобразования позволяет повысить чувствительность и точность контроля толщины электропроводных покрытий за счет компенсации основных инструментальных погрешностей устройства.

Устройство двухпараметрового контроля толщины электропроводных покрытий, содержащее генератор возбуждающего сигнала, вихретоковый трансформаторный преобразователь с ферритовым сердечником, обмоткой возбуждения и встречно включенными измерительной и компенсационной обмотками, средняя точка которых соединена с нулевой цепью, первый и второй усилители, фазовый детектор, фильтр низкой частоты, амплитудный детектор и микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, первый выход микроконтроллера является выходом устройства, отличающееся тем, что в него введены двухканальный аналоговый переключатель и коммутатор напряжения, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, первый и второй конденсаторы, подключенные параллельно соответственно к компенсационной и измерительной обмоткам вихретокового трансформаторного преобразователя, а концы этих обмоток через первый и второй усилители подключены соответственно к двум входам двухканального аналогового переключателя, первый выход которого через амплитудный детектор соединен с первым входом коммутатора напряжения, второй вход которого через фильтр низкой частоты подключен к выходу фазового детектора, два входа которого соединены с первым и вторым выходами двухканального аналогового переключателя, управляющий вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера, третий выход которого подключен к управляющему входу коммутатора напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов. Способ заключается в том, что измерителем возбуждают в изделии электромагнитное поле гармоническим сигналом u1(ωt), получают сигнал u2(ωt), пропорциональный электромагнитному полю вихревых токов, наведенному в изделии, оценивают фазовый сдвиг Δφ сигнала u2(ωt) относительно u1(ωt), по которому судят о толщине покрытия.

Изобретение относится к устройству для регистрации дефектов в контролируемом образце, перемещаемом относительно предлагаемого устройства, при неразрушающем и бесконтактном контроле, которое имеет блок передающих катушек, содержащий по меньшей мере одну передающую катушку, предназначенную для намагничивания контролируемого образца периодическими переменными электромагнитными полями, блок улавливающих катушек, содержащий по меньшей мере одну улавливающую катушку, предназначенную для регистрации периодического электрического сигнала, содержащего несущее колебание, при этом когда дефект регистрируется улавливающими катушками, наличие дефекта в контролируемом образце способствует формированию характерной амплитуды и/или фазы сигнала, блок обработки сигналов, предназначенный для формирования полезного сигнала из сигнала улавливающей катушки, и блок обработки результатов, предназначенный для обработки полезного сигнала с целью обнаружения дефектов в контролируемом образце.

Изобретение относится к устройству для регистрации дефектов (23) в контролируемом образце (13), перемещаемом относительно предлагаемого устройства, при неразрушающем и бесконтактном контроле, причем передающие катушки (18) намагничивают образец периодическими переменными электромагнитными полями, улавливающие катушки (15) регистрируют периодический электрический сигнал, содержащий несущее колебание, при этом, когда дефект регистрируется улавливающими катушками, наличие этого дефекта в контролируемом образце способствует формированию характерной амплитуды и/или фазы сигнала, каскад аналого-цифровых преобразователей преобразует сигнал улавливающей катушки в цифровую форму, блок (17, 19, 35, 37, 52, 60, 68, 74, 76, 78, 80, 88, 90, 94) обработки сигналов создает полезный сигнал из сигнала улавливающей катушки, преобразованного в цифровую форму, блок (60, 50, 64) обработки результатов обрабатывает полезный сигнал с целью обнаружения дефекта в контролируемом образце.

Предложение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для дефектоскопии и измерения толщины стенки полых деталей типа лопаток газотурбинных двигателей, выполненных как из металла, так и полностью или частично выполненных из керамики.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство обнаружения дальнего поля вихревых токов вводится в цилиндрические трубы и перемещается по ним.

Использование: для неразрушающего контроля изделий посредством вихревых токов. Сущность изобретения заключается в том, что установка для неразрушающего контроля дефектов в проверяемом изделии посредством вихревых токов содержит катушку возбуждения (14), на которую может подаваться сигнал (SE) возбуждения для воздействия на проверяемое изделие (16) переменным электромагнитным полем, аналого-цифровой преобразователь (21), фильтрующее устройство (22), вход которого соединен с аналого-цифровым преобразователем (21) и которое выполнено с возможностью осуществления полосовой фильтрации, демодулятор (27), вход которого соединен с выходом указанного фильтрующего устройства (22), приемную катушку (17), предназначенную для формирования сигнала (SP) катушки, зависящего от дефекта в проверяемом изделии (16), причем вход аналого-цифрового преобразователя (21) соединен с приемной катушкой (17), причем фильтрующее устройство (22) выполнено с возможностью уменьшения частоты сканирования.

Использование: для обнаружения трещин на деталях вращения. Сущность изобретения заключается в том, что наличие трещины на контролируемом изделии определяют при получении порогового сигнала вихретокового преобразователя, при этом деталь вращают, а вихретоковый преобразователь скользит по поверхности детали в окружном направлении, получают пороговый сигнал о наличии трещины, при условии, что сигналы от конструктивных концентраторов напряжений при данном расположении вихретокового преобразователя не достигают порогового сигнала, определяют частоту вращения детали, обеспечивающую выявление трещины, строят зависимость минимально-выявляемой длины трещины от частоты вращения детали, перед вращением контролируемого изделия, на котором вблизи концентратора напряжений установлен вихретоковый преобразователь, выбирают по полученной зависимости частоту вращения контролируемого изделия, которая обеспечивает выявление трещины установленной минимальной длины, при вращении контролируемого изделия, по поверхности которого скользит вихретоковый преобразователь в окружном направлении, с выбранной частотой вращения по сигналу вихретокового преобразователя определяют наличие трещины в концентраторе напряжений, если сигнал достигает порогового сигнала, по выявленной зависимости определяют по частоте вращения контролируемого изделия длину трещины, размер которой больше или равен минимально-выявляемой величине, и контролируемое изделие снимают с эксплуатации, если сигнал вихретокового преобразователя не достигает порогового сигнала, то контролируемое изделие допускается к очередному этапу эксплуатации до следующего контроля.

Использование: для дефектоскопии технологических трубопроводов. Сущность изобретения заключается в том, что комплекс дефектоскопии технологических трубопроводов состоит из: подвижного модуля, бортовой электронной аппаратуры, бортового компьютера; датчиков дефектов; одометров; троса; наземной лебедки с барабаном для троса; бортового источника электропитания; наземного компьютера; при этом в него ведены: первый и второй направляющие конусы, несколько опорно-ходовых манжет, несколько групп ходовых пружинных узлов (ХПУ), несколько групп прижимных пружинных узлов (ППУ), несколько групп ультразвуковых датчиков системы неразрушающего контроля (УДСНК), несколько групп толкателей, несколько ультразвуковых эхолокаторов, несколько контроллеров управления прижимными пружинными узлами, несколько контроллеров управления ходовыми пружинными узлами, первый радиомодем, второй радиомодем, несколько контроллеров управления ультразвуковыми датчиками системы неразрушающего контроля (КУУДСНК).

Использование: для диагностики устройств контроля схода подвижного состава (УКСПС). Сущность изобретения заключается в том, что контроль производят методом магнитной памяти металла (МПМ) и вихретоковым методом (ВТМ), о непригодности элементов судят при обнаружении дефектов в элементе одним из методов, при этом дефектом при контроле методом МПМ является наличие локальных зон с измененной структурой материала, имеющих высокие механические напряжения, градиент напряженности собственных магнитных полей рассеяния которых не превышает эталонное значение 5*104 А/м2 на разрушаемых элементах цилиндрической формы, а на элементах плоской формы - 13*104 А/м2, а дефектом при контроле ВТМ является наличие микротрещин в разрушаемом элементе с раскрытием более 0,05 мм.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при диагностике неразъемных соединений, в частности для контроля качества паяных соединений камер сгорания и сопел жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к измерительной техники, конкретно к способам неразрушающего контроля, и позволяет повысить точность определения параметров дефектов. Снимают годографы влияния зазора между преобразователем и объектом контроля на сигнал на бездефектном участке настроечного образца и на участке этого образца с калибровочным дефектом известной величины. Годографы представлены на комплексной плоскости вносимых напряжений Im (Uвн) и Re (Uвн). Кривая 1 - годограф влияния зазора над бездефектным участком настроечного образца. Точка А соответствует положению преобразователя непосредственно на настроечном образце, а точка Н - на расстоянии, где влиянием настроечного образца можно пренебречь. Кривая 2 - годограф влияния зазора на участке настроечного образца с калибровочным дефектом известной величины. Снимают годограф влияния зазора на сигнал на бездефектном участке объекта контроля, показанный кривой 3. Если между направлениями годографов 1 и 3 угол составляет величину Ф, то изменяют фазу тока возбуждения на этот угол Ф так, чтобы годографы влияния зазора на бездефектных участках настроечного образца и объекта контроля совпали и потом осуществляют контроль объекта. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам контроля вихревыми токами для определения дефектов на поверхности или на малой глубине детали, в частности лопасти вентилятора авиационного двигателя. Устройство содержит зонд (20), в котором размещен датчик (21), при этом зонд установлен с возможностью поворота на конце рукоятки (27), а направляющая (29) имеет базовую поверхность (31) и средства контролируемого регулирования положения направляющей параллельно оси трубки. При этом упомянутая направляющая (29) имеет форму муфты, коаксиальной упомянутой рукоятке (27), из которой выступает упомянутый зонд, при этом один из концов муфты имеет кольцевую поверхность, образующую упомянутую базовую поверхность (31). Технический результат - создание устройства, являющегося простым при манипулировании и легко адаптируемым для неразрушающего контроля деталей, имеющих сложную форму. Кольцевая базовая поверхность может быть приспособлена к любым поверхностям, и устройство имеет возможность поворота относительно его продольной оси. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к устройству производимого без демонтажа неразрушающего контроля конструктивных элементов двигателя, в частности турбомашины. Устройство (10) производимого без демонтажа неразрушающего контроля конструктивных элементов двигателя турбомашины, содержащее трубку (12), на дистальном конце которой установлен палец (14), который удерживает на одном из своих концов пластинку (16) поддержки инструмента контроля (18), а на своем противоположном конце лапку (20) поддержки и (или) зацепления на конструктивном элементе двигателя; причем эта лапка перемещается в направлении (30), параллельном продольной оси пальца. Технический результат - разработка устройства неразрушающего контроля, позволяющего осуществлять контроль конструктивных элементов независимо от их положения в турбомашине и доступности и твердо удерживать инструмент или датчик контроля на этапе контроля. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Использование: для проверки длинномерных изделий с помощью вихревых токов. Сущность изобретения заключается в том, что узел проходной катушки (100) для применения в устройстве проверки длинномерных изделий непрерывным способом с помощью вихревых токов включает узел катушки возбуждения с катушкой возбуждения (122), окружающей проходное отверстие (112) для пропуска длинномерного изделия (190) в направлении прохода (192), и расположенный вокруг проходного отверстия узел приемной катушки. Узел приемной катушки включает два или несколько распределенных по периферии проходного отверстия (112) сегментных узлов катушек (142-1÷142-8), при этом каждый сегментный узел катушек имеет зону приема, покрывающую лишь часть периферии поверхности длинномерного изделия. Сегментные узлы катушек (142-1÷142-8) распределены по меньшей мере по двум окружающим проходное отверстие оболочкам (S1, S2), находящимся на различных расстояниях (А1, А2) от базовой оси (114) узла проходной катушки. При этом первые сегментные узлы катушек (142-1÷142-4) без взаимного перекрытия расположены в первой оболочке (S1), а вторые сегментные узлы катушек (142-5÷142-8) без взаимного перекрытия расположены во второй оболочке (S2). Первые и вторые сегментные узлы катушек расположены с таким сдвигом по периферии относительно друг друга, что вторые сегментные узлы катушек промеряют участки периферии, не покрытые первыми сегментными узлами катушек. Технический результат: обеспечение возможности создания высокопрочного узла проходной катушки, позволяющего получать достоверные и содержательные результаты контроля на наличие дефектов и других неоднородностей в проверяемом объекте. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройству для регистрации электропроводных частиц (20) в жидкости (16), текущей в трубе (10) со скоростью (v), причем передающие катушки (18) подвергают жидкость воздействию периодических переменных электромагнитных полей для наведения в частицах вихревых токов, улавливающие катушки (15) регистрируют периодический электрический сигнал, соответствующий вихревым токам и содержащий несущее колебание, при этом, когда частицы попадают в эффективную ширину зоны чувствительности улавливающих катушек, наличие частицы способствует формированию амплитуды и/или фазы сигнала, каскад аналого-цифровых преобразователей преобразует сигнал улавливающей катушки в цифровую форму, блок (17, 19, 35, 37, 52, 60, 68, 74, 76, 78, 80, 88, 90, 94) обработки сигналов создает полезный сигнал из сигнала улавливающей катушки, преобразованного в цифровую форму, и блок (50, 60, 64) обработки данных обрабатывает полезный сигнал, чтобы зарегистрировать прохождение в трубе электропроводных частиц. В соответствии с изобретением посредством блока обработки сигналов путем осуществления контроля формы кривой преобразованного в цифровую форму сигнала улавливающей катушки определяют перемодуляцию каскада аналого-цифровых преобразователей сигналом улавливающей катушки, а затем путем математической аппроксимации преобразованного в цифровую форму сигнала улавливающей катушки восстанавливают часть сигнала, срезанную каскадом аналого-цифровых преобразователей. Технический результат - расширение диапазона измерений, увеличение вероятности быстрой локализации ошибки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения коррозии в лопатках газотурбинной установки. Сущность: датчик содержит детекторную головку, форма которой согласована с геометрией поверхности переходной секции лопатки газовой турбины. Детекторная головка выполнена с возможностью перемещения вдоль осевого направления переходной секции для обнаружения питтинговой коррозии. По меньшей мере одно индукционное устройство, расположенное внутри детекторной головки, создает первое магнитное поле в области переходной секции, входящей в контакт с детекторной головкой. Приемное устройство обеспечивает обнаружение сигнала, соответствующего второму магнитному полю, принимаемому из области переходной секции, на которую воздействует первое магнитное поле. Второе магнитное поле генерируется посредством токов, созданных в данной области первым магнитным полем. Затем обрабатывающее сигнал устройство обрабатывает обнаруженный сигнал для корреляции соответствующей амплитуды обнаруженного сигнала с наличием питтинговой коррозии в данной области, так что наличие питтинговой коррозии определяют без какого-либо демонтажа корпуса газотурбинной установки. 8 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой устройство для вихретоковой дефектоскопии и может быть использовано для выявления и определения параметров подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах. Устройство содержит источник постоянного магнитного поля, линейку вихретоковых преобразователей между его полюсами, параллельную полюсам, и узел регулировки напряженности намагничивающего постоянного магнитного поля. Узел регулировки выполнен в виде рамы и подрамника, соединенных с возможностью поворота относительно оси вращения, направленной вдоль одной из сторон рамы и перпендикулярной линейке преобразователей, а также фиксатора подрамника относительно рамы с заданным углом между их плоскостями. Система обеспечивает создание постоянного магнитного поля, монотонно изменяющегося вдоль линейки преобразователей. Технический результат изобретения - повышение чувствительности и информативности контроля. 4 ил.

Использование: для неразрушающего контроля качества пайки токоведущих соединений. Сущность изобретения заключается в том, что предварительно определяют уровень пропаянности, для чего калибруют первую шкалу вихретокового устройства контроля, используя образец, имитирующий пропаянность 0%, у которого зазор между стенками П-образной оправки и вкладываемой в нее медной пластиной запаян только по поверхности. При этом чувствительность вихретокового устройства позволяет по зависимости показаний устройства контроля, полученной при перемещении П-образного преобразователя по всей длине соединения, определять уровень его пропаянности при существенном уменьшении влияния изменений внешнего сечения соединения на результаты контроля. Затем для калибровки второй шкалы вихретокового устройства используют образец, имитирующий пропаянность 0% для этой шкалы, с зазором между стенками П-образной оправки и вкладываемой в нее медной пластиной, запаянным на большую (6,0÷6,5 мм) глубину, при этом чувствительность вихретокового устройства увеличивается, что позволяет существенно повысить достоверность выявления дефектов пайки контролируемых соединений, относительно предварительно определенного уровня пропаянности, полученного при существенном уменьшении влияния изменений внешнего сечения соединения на результаты контроля, что повышает достоверность выявления дефектов пайки. Технический результат: повышение достоверности выявления дефектов пайки токоведущих кабелей. 7 ил., 1 табл.

Согласно изобретению предложен способ неразрушающего контроля материала испытываемого объекта (8), движущегося мимо датчика (1) с переменной относительной скоростью, содержащий следующие этапы: регистрация сигнала (US) датчика посредством датчика (1); аналого-цифровое преобразование сигнала (US) датчика с получением оцифрованного сигнала (USD) датчика в виде последовательности цифровых слов с заранее заданной, в частности постоянной, частотой повторения слов; n-ступенчатое прореживание частоты повторения слов оцифрованного сигнала (USD) датчика или цифрового детектированного сигнала (UM), выделенного из оцифрованного сигнала датчика, причем это n-ступенчатое прореживание осуществляют с помощью n-каскадного прореживателя (от 5_1 до 5_n), где n≥2; выбор выходного сигнала (от UA_1 до UA_n) одного из n каскадов (от 5_1 до 5_n) прореживателя в зависимости от мгновенной относительной скорости; и фильтрация выбранного выходного сигнала посредством цифрового фильтра (7), синхронизированного с частотой повторения слов выбранного выходного сигнала. Изобретение обеспечивает возможность надежно и просто осуществлять неразрушающий контроль материала испытуемого объекта при переменных относительных скоростях испытуемого объекта. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к исследованию или анализу материалов с помощью вихревых токов и может быть использовано для контроля качества паяных соединений обмоток различных электрических машин (ЭМ) при производстве и ремонте. Способ оценки качества паяного соединения обмоток электрических машин заключается в том, что зондируют соединение вихретоковым измерителем, для чего обмоткой возбуждения, расположенной с одной стороны соединения, создают магнитное поле, которое принимают соосной измерительной обмоткой, расположенной с противоположной стороны соединения. Измеряют амплитуду принятого сигнала. Перед измерениями калибруют измеритель, для чего зондируют образцовые: непропаянное, полностью пропаянное, а затем исследуемое соединение. Оценивают качество исследуемого паяного соединения обмотки электрической машины, сопоставляя амплитуды принятого от него сигнала с сигналами от образцовых соединений. При зондировании соединений дополнительно измеряют фазу принятого сигнала, при калибровке зондируют непропаянное и полностью пропаянное соединения несколько раз при различных относительных положениях соединения и обмоток измерителя. Вычисляют положение равноудаленной точки комплексной плоскости, относительно которой амплитуда принятых сигналов не зависит от относительного положения соединения и обмоток как для непропаянных, так и пропаянных соединений. Для оценки степени пропаянности соединения используют соотношения амплитуд принятых сигналов образцовых и исследуемого соединений, пересчитанные относительно равноудаленной точки. Технический результат заключается в повышении точности измерений. При этом процесс измерений становится инвариантным к точности установки обмоток и их размеров по отношению к паяному соединению. 2 ил.
Наверх