Устройство фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов

Авторы патента:

Будадин Олег Николаевич (RU)

Лунин Валерий Павлович (RU)

Чернов Леонид Андреевич (RU)

Кузнецов Антон Олегович (RU)

G01N27/904 - Исследование или анализ материалов с помощью электрических, электрохимических или магнитных средств (G01N 3/00-G01N 25/00 имеют преимущество; измерение переменных электрических или магнитных величин и исследование электрических или магнитных свойств материалов G01R)

Владельцы патента RU 2766423:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля для фиксации положения и измерения размеров малоразмерных металлических включений (ММВ). Устройство фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов снабжено дополнительным вихретоковым преобразователем, идентичным первому вихретоковому преобразователю, выходы измерительных катушек которого соединены с соответствующими входами первого коммутатора, и снабжено дополнительным коммутатором, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами вихретоковых преобразователей, являющимися входами возбуждающих катушек, а вход дополнительного коммутатора соединен с выходом генератора гармонических колебаний, при этом в микропроцессоре реализован алгоритм определения положения и размеров малоразмерных металлических включений посредством фиксации значений величин сигналов максимального вносимого напряжения U_max и минимального вносимого напряжения U_min и сравнения их со значениями из набора плоскостей состояния, находящегося в памяти микропроцессора. Технический результат – повышение эффективности контроля за счет фиксации положения и измерения размеров ММВ. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля для фиксации положения и измерения размеров малоразмерных металлических включений (ММВ) размерами от 0,1 до 2 мм в изделиях из непроводящих материалов, в частности из полимерных композитных материалов (ПКМ), и может быть использовано в пищевой, текстильной, фармацевтической промышленностях.

Известен металлоискатель (патент RU №2366982, МПК G01V 3/11, опубл. 10.09.2009, бюл. №25), предназначенный для обнаружения металлических объектов в различных средах, содержащий индукционный преобразователь, состоящий из двух резонансных контуров, включающих соответственно излучающую и частично перекрывающую ее приемную катушки, цепей балансировки, три усилителя, синхронный детектор и индикатор, причем последовательно соединены выход индукционного преобразователя, первый усилитель и вход первого синхронного детектора, четвертый усилитель, второй синхронный детектор, двухканальный аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, первый выход микропроцессора последовательно соединен со вторым усилителем и входом индукционного преобразователя, второй и третий выходы соответственно с опорными входами синхронных детекторов, соединенными выходами соответственно с третьим и четвертым усилителями, соединенными выходами с входами двухканального аналого-цифрового преобразователя, соединенного с микропроцессором, соединенного с индикатором, вход второго синхронного детектора присоединен к выходу первого усилителя.

Недостатком данного технического решения является фиксация наличия только крупных объектов (оружие, золотые украшения и т.п.), а также низкая точность определения положения объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство определения положения малоразмерных металлических включений в изделиях из композитных материалов (патент RU №2710080, МПК G01V 3/11, G01N 27/82, опубл. 24.12.2019 г., бюл. №3), включающее усилители, синхронные детекторы, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, блок обработки, индикатор и индукционный преобразователь, между индукционным преобразователем и первым усилителем подключен коммутатор. Индукционный преобразователь включает в себя возбуждающую катушку индуктивности и измерительные катушки индуктивности.

Недостатком данного технического решения малая информативность контроля, и, как следствие, его низкая эффективность.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение информативности обнаружения ММВ в непроводящих объектах.

Технический результат заключается в повышении эффективности контроля за счет фиксации положения и измерения размеров ММВ.

Это достигается тем, что устройство фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов, содержащее генератор гармонических колебаний, блок обработки последовательно соединенный с микропроцессором и блоком представления результатов, первый вихретоковый преобразователь, включающий в себя измерительные катушки, выходы которых соединены с соответствующими входами первого коммутатора, который своим выходом подключен к блоку обработки, и возбуждающую катушку, снабжено дополнительным вихретоковым преобразователем, идентичным первому вихретоковому преобразователю, выходы измерительных катушек которого соединены с соответствующими входами первого коммутатора, и снабжено дополнительным коммутатором, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами вихретоковых преобразователей, являющимися входами возбуждающих катушек, а вход дополнительного коммутатора соединен с выходом генератора гармонических колебаний, при этом в микропроцессоре реализован алгоритм определения положения и размеров малоразмерных металлических включений посредством фиксации значений величин сигналов максимального вносимого напряжения U_max и минимального вносимого напряжения U_min и сравнения их со значениями из набора плоскостей состояния, находящегося в памяти микропроцессора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структурная схема устройства фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов, на фиг. 2 структурная схема вихретоковых преобразователей, на фиг. 3 - положение вихретоковых преобразователей относительно контролируемого изделия, на фиг. 4 - график изменения модуля вносимого напряжения при движении объекта в форме шара радиусом 0,29 мм вдоль оси X с фиксированной глубиной залегания h=1 мм, на фиг. 5 - изображена плоскость состояния (для шаров радиусом 0,29 1 мм, при глубине залегания h=1÷4 мм; фиг. 6 - изображение всего контролируемого изделия с расположенными включениями.

Устройство преобразователь 2 и дополнительный второй вихретоковый преобразователь 3, фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов содержит генератора гармонических колебаний 1, первый вихретоковый соединенные через коммутатор 4 с блоком обработки 5, к которому последовательно подключены микропроцессор 6 и блок представления результатов 7. Входы первого вихретокового преобразователя 2 и дополнительного второго вихретокового преобразователя 3 подключены к генератору гармонических колебаний 1 через соответствующие первый и второй выходы дополнительного коммутатора 8.

Первый вихретоковый преобразователь 2, выполнен в виде возбуждающей катушки (L₁) - 9 и измерительных катушек (L₁₁, L₁₂, …L_1n) 10.1, 10.2, …10.n, и дополнительный второй вихретоковый преобразователь 3, также выполнен в виде возбуждающей катушки (L₂) - 11 и измерительных катушек (L₂₁, L₂₂, …, L_2n) - 12.1, 12.2, …12.n, где n - целое число, n≥1. Входы возбуждающих катушек 9 и 11 являются входами соответствующих вихретоковых преобразователей 2 и 3, а выходы измерительных катушек 10.1-10.n и 12.1-12.n являются выходами соответствующих вихретоковых преобразователей 2 и 3. При этом измерительные катушки 10.1-10.n и 12.1-12.n расположены внутри соответствующих возбуждающих катушек 9 и 11. Вихретоковые преобразователи 2 и 3 посредством дополнительного коммутатора 8 выполнены с возможностью согласного или встречного включения. Радиус возбуждающих катушек 9 и 11 вихретоковых преобразователей 2 и 3 R_B выбирается из условия где Т_ОК - толщина контролируемого изделия 13.

Устройство фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов работает следующим образом.

Генератором гармонических колебаний 1 генерируются сигналы через дополнительный коммутатор 8 на вихретоковые преобразователи 2 и 3. Вихретоковые преобразователи 2 и 3 располагаются соосно на верхней и нижней параллельных поверхностях контролируемого изделия 13, измерительные катушки 10.1-10.n и 12.1-12.n подключаются встречно, при этом в блоке обработки 5 фиксируются сигналы только вихревых токов (вносимое напряжение). Сигналы измерительных катушек 10.1-10.n и 12.1-12.n (вносимое напряжение) измеряется непрерывно и при сканировании контролируемого изделия 13 (при их взаимном смещении) фиксируются максимальная (U_max) и минимальная (U_min) величины сигнала. В микропроцессоре 6 анализируются сигналы всех измерительных катушек 10.1-10.n и 12.1-12.n, для каждой из них в памяти микропроцессора 6 имеется набор плоскостей состояния, построенный на основе экспериментальных данных или путем моделирования двухкоординатной градуировочной сетки в осях U_max - U_min для всего диапазона изменения размеров включений и их глубины залегания в контролируемом изделии 13 от плоскости расположения вихретоковых преобразователей 2 и 3, определяется количество, размер проводящих включений и их расположения внутри контролируемого изделия 13.

В каждый момент времени блоком представления результатов 7 формируется изображение зоны контроля контролируемого изделия 13, например, в виде прозрачного светящегося прямоугольного параллелепипеда (или в виде другой формы контролируемого изделия 13), на котором отображаются включения в соответствии с их координатами и размерами. Отображается количество и размер включений, при этом включения разного размера могут отображаться разным цветом.

Если частица, например, включение в форме шара радиусом 0,29 мм, перемещается на расстояние (глубину залегания) h=1 мм от плоскости расположения вихретокового преобразователя 2 или 3 при сканировании поверхности контролируемого изделия 13, то величина изменения сигнала одной из измерительных катушек 10.1-10.n или 121-12.n изменяется как показано на фиг. 4. При этом форму кривой можно охарактеризовать величинами максимального вносимого напряжения U_max и минимального вносимого напряжения U_min.

На плоскости с системой координат U_max и U_min кривая на фиг.4 отобразится точкой А (фиг. 5). Если на этой плоскости отложить точки для других значений диаметров включений и глубины залегания h, то получится плоскость состояния, то есть двумерная градуировочная область. Если неизвестное включение отобразится на плоскости фиг. 5, точкой В, то используя линейную аппроксимацию, получаем h_B=3,45 мм (радиус включения (шара) 0,81 мм).

Экспериментально доказано, что погрешность измерения устройством фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов при определении размеров включений составляет ~10%, фиксации положения - до 20% (таблица 1).

Использование устройства фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов повышает эффективность контроля за счет одновременной фиксации положения и определения размеров ММВ.

Устройство фиксации положения и размеров малоразмерных металлических включений в изделиях из непроводящих материалов, содержащее генератор гармонических колебаний, блок обработки, последовательно соединенный с микропроцессором и блоком представления результатов, первый вихретоковый преобразователь, включающий в себя измерительные катушки, выходы которых соединены с соответствующими входами первого коммутатора, который своим выходом подключен к блоку обработки, и возбуждающую катушку, отличающееся тем, что снабжено дополнительным вихретоковым преобразователем, идентичным первому вихретоковому преобразователю, выходы измерительных катушек которого соединены с соответствующими входами первого коммутатора, и снабжено дополнительным коммутатором, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами вихретоковых преобразователей, являющимися входами возбуждающих катушек, а вход дополнительного коммутатора соединен с выходом генератора гармонических колебаний, при этом в микропроцессоре реализован алгоритм определения положения и размеров малоразмерных металлических включений посредством фиксации значений величин сигналов максимального вносимого напряжения U_max и минимального вносимого напряжения U_min и сравнения их со значениями из набора плоскостей состояния, находящегося в памяти микропроцессора.

Изобретение может найти применение в изготовлении широкого спектра гибких электронных приборов и изделий, в частности датчиков влажности резистивного типа. Способ изготовления гибкого датчика влажности включает создание мультиграфеновой пленки на гибкой подложке, на которой формируют электропроводящую структуру, при этом в качестве гибкой подложки используют участок ткани, предварительно обработанный адгезионным составом, для чего ткань пропитывают в растворе адгезионного состава, например водном растворе бычьего сывороточного альбумина, и просушивают при комнатной температуре до получения постоянной массы, например, в течение 18±1 часов, после чего на поверхности подложки осаждают слои оксида графена путем окунания подложки с адгезионным слоем в водной суспензии оксида графена, предварительно подвергнутой ультразвуковому воздействию, и последующей сушки при комнатной температуре до получения постоянной массы, например, не менее 12 часов и восстанавливают мультиграфеновую пленку в парах гидразина гидрата в герметичной емкости при температуре 60±5°С в течение 60±10 мин с последующей сушкой при комнатной температуре до получения постоянной массы, например, не менее 12 часов.

Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов свинца // 2762370

Изобретение относится к ионометрии, а именно к разработке составов мембран с ионной проводимостью для ионоселективных электродов, избирательных к ионам свинца. Состав мембраны ионоселективного электрода для определения ионов свинца включает поливинилхлорид в качестве полимерной матрицы, дибутилфталат в качестве пластификатора, липофильную добавку и электродоактивный компонент, при этом в качестве липофильной добавки используют дигидрат тетракис(4-фторфенил)бората натрия, в качестве электродоактивного компонента - 1-(метоксидифенилфофорил)-2-дифенилфосфорилбензол, при следующих соотношениях мембранных компонентов, мас.

Способ определения объемной доли водорода в газах и устройство его реализующее // 2761936

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройству и способу определения объемной доли водорода в газах. Устройство определения объемной доли водорода в газах содержит анализатор водорода, состоящий из электрохимического датчика водорода, размещенного в проточной ячейке и подключенного к блоку преобразовательному, осуществляющему преобразование тока датчика в выходной сигнал анализатора, пропорциональный парциальному давлению водорода, при этом устройство содержит генератор водорода, соединенный с поглотителем остаточного кислорода, выход которого соединен с одним из входов переключателя потоков, второй вход которого является входом всего устройства, а выход соединен с входом устройства выравнивания температуры и влажности анализируемого и эталонного газов, выход которого подключен к входу проточной ячейки с электрохимическим датчиком водорода, при этом выход блока преобразовательного соединен с блоком анализа, а управляющие входы переключателя потоков и блока анализа соединены с соответствующими выходами блока управления.

Аналитическое устройство для анализа выдыхаемого воздуха // 2761078

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аналитическому устройству (2), предназначенному для анализа выдыхаемого воздуха пациента (8) для контроля наркоза пациента (8) во время медицинского вмешательства. Устройство (2) сконфигурировано таким образом, что оно определяет в выдыхаемом воздухе содержание анализируемого вещества, содержащегося в выдыхаемом воздухе пациента (8).

Датчик угарного газа // 2760311

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей оксида углерода, и может быть использовано для экологического мониторинга. Датчик согласно изобретению содержит полупроводниковое основание и подложку.

Способ и устройства для наблюдения за магнитным полем в объеме материала, а также применение этого устройства // 2759507

Группа изобретений относится к области материаловедения. Способ наблюдения за магнитным полем объема материала для определения свойств заготовки при возбуждении объема материала заготовки, в котором регистрируют магнитное поле объема материала как функцию времени и частоты с высокой разрешающей способностью по частоте, причем осуществляют механическое или тепловое возбуждение.

Устройство для оперативного контроля качества трансмиссионного масла // 2759461

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам и способам выявления примесей в трансмиссионном масле и определения степени его загрязненности. Предложено устройство для оперативного контроля качества трансмиссионного масла, содержащее пластину из диэлектрического материала, на которой расположен датчик 1, чувствительный элемент которого выполнен в виде планарной катушки Теслы, подключенный либо к измерителю индуктивности 2 в лабораторных условиях, либо к преобразователю в полевых, при этом устройство устанавливается непосредственно в механизм трансмиссии для оперативного контроля состояния трансмиссионного масла.

Устройства и способы анализа почвы in situ // 2759207

Изобретение относится к области анализа почв, в частности к техническому анализу сельскохозяйственных или садовых почв. В частности, изобретение относится к сенсорному устройству для анализа почвы in situ, способу анализа почвы in situ и устройству, настроенному для выполнения способа анализа почвы, причем указанное устройство совместно и во взаимодействии с одним или более из указанных сенсорных устройств представляет собой систему для анализа почвы in situ.

Способ определения очага пожара в помещении // 2758945

Изобретение относится к области исследования и экспертизы пожаров и может быть использовано для установления очага пожара в помещении и путей распространения горения. Согласно предлагаемому способу определяют вероятную зону местоположения очага пожара в помещении, измеряют значение силы тока размагничивания металлических изделий, расположенных в вероятной зоне местоположения очага пожара, определяют наименьшее значение силы тока размагничивания, определяют фактическое значение индивидуального показателя степени термического повреждения для каждого из металлических изделий как отношение наименьшего значения силы тока размагничивания к значению силы тока размагничивания каждого из металлических изделий, проводят математическое моделирование динамики пожара в вероятной зоне местоположения очага пожара, определяют значение температуры каждого из металлических изделий, определяют наибольшее значение температуры, определяют расчетное значение индивидуального показателя степени термического повреждения для каждого из металлических изделий как отношение значения температуры каждого из металлических изделий к наибольшему значению температуры, определяют наименьшее значение суммы квадратов значений разностей фактических и расчетных значений индивидуальных показателей степени термического повреждения среди всех возможных вариантов расположения очага пожара в помещении, выбирают местоположение очага пожара в помещении как соответствующий этому значению один из возможных вариантов расположения очага пожара в помещении.

Способ оперативного определения жизненного состояния посевов озимой пшеницы // 2758934

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ оперативного определения жизненного состояния посевов озимой пшеницы включает измерение электросопротивлений растительной ткани, причем электросопротивления растительной ткани измеряются возле узла кущения на двух частотах и определяют коэффициент жизненного состояния как отношение электросопротивления растительной ткани, измеренного на низкой частоте 10 Гц или 1000 Гц, к электросопротивлению растительной ткани, измеренному на высокой частоте 500 Гц или 10000 Гц, при их соотношении соответственно 1/50 или 1/10.

Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе // 2771786

Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе относится к средствам мониторинга окружающей среды, а именно к средствам контроля концентрации газов в окружающем воздухе. Задача изобретения состоит в контроле концентрации газов в воздухе в реальных условия при наличии широкого спектра газов. Технический результат заключается в обеспечении возможности непрерывного контроля концентраций газов в окружающем воздухе с высокой точностью измерений. Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что газовый модуль непрерывного контроля концентраций газов в воздухе включает корпус, по крайней мере два газовых тракта с выходами наружу для забора проб анализируемой среды, по крайней мере два газовых сенсора, по крайней мере два термодатчика и процессор, при этом сенсоры, термодатчики и процессор связаны между собой по принципу приема-передачи сигналов, модуль выполнен с возможностью учета влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.