Двухчастотный вихретоковыйтолщиномер

 

Союз Советск их

Социалистических

Рвспубяи»

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<н>842569 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву— (54) ДВУХЧАСТОТНЫЙ BHXPKTOKOBblA ТОЛЩИНОИЕР

Изобретение относится к области иераэрушающего контроля материалов и может быть использовано для измерения толщины листов проката, стенок труб и других изделий из электропро% водных материалов с повышенной точностью

Известен вихретоковый толщиномер, содержащий измерительный вихретоковый генератор, генератор высокой частоты, фазочувствительный выпрямитель и индикатор Pl).

Недостатком толщиномера является низкая .точность измерений из-за не1% стабильности параметров фазоизмерительной схемы.

Наиболее близкий к предлагаемому двухчастотный вихретоковый толщниомер содержит два генератора высокой частоты, фильтры верхних и нижних частот, вихретоковый преобразователь, широкополосный усилитель, два амплитудных детектора и индикатор Г21.

Недостатками данного толщиномера являются сложность настройки и трудность обеспечения стабильности характеристик двух каналов преобразователя.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Укаэанная цель достигается тем, что вихретоковый толщиномер снабжен балансным смесителем, входы которого соединены с обоими генераторами, а выход соединен с параллельно включенными входами фильтров верхних и нижних частот, управляемьм делителем напряжения, вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, двухпозиционным автоматическим переключателем, входы которого, соедине .*ы с выходами фильтра верхних частот и управляемого делителя напряжения, а выход подключен к соединенньвю последовательно вихретоковому преобра9ОВРтел30 ° широкополосному усилителю и детектору, и соединенными последо842560 вательно логарифмическим преобразова.телем, низкочастотным усилителем и фазочувствительным выпрямителем, к выходу которого подключен индикатор, а также усилителем частоты коммутации, вход которого соединен через второй амплитудный детектор с выходом двухпоэиционного автоматического переключателя, вторым фаэочувствительным выпрямителем, вход которого соединен с выходом усилителя частоты коммутации, а выход — с опорным входом управляемого делителя напряжения и низкочастотным генератором коммутации, один иэ выходов которого соединен с управляющим входом двухпоэиционного автоматического переключателя, а два других выхода — с опорными входами фазочувствительных выпрямителей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема двухчастотного вихретокового толщиномера, на фиг. 2 эпюры напряжений, Генераторы 1 и 2 высокой частоты

0) и (u соединены со входами балансного смесителя 3, к выходу которого подключены соответственно фильтр 4 нижних частот (частота среза ш

Ж„-и) ), фильтр 5 верхних частот

Il (частота среза и с <ю„+и) ) и управляемый делитель 6 напряжения. Выходы фильтра 5 верхних частот и управляемого делителя 6 напряжения соединены со входами двухпоэиционного автоматического переключателя 7. Цепь управления автоматического переключателя 7 подключена к низкочастотному генератору 8 частоты коммутации Q,.

К выходу двухпоэиционного автоматического переключателя 7 подключен вихретоковый преобразователь 9, выходом соединенный с последовательно соединенными широкополосным усилите" лем 10, детектором 11, логарифмическим преобразователем 12, низкочастотным усилителем 13, фазочувствительным выпрямителем 14 и индикатором 15. Одновременно к выходу двухпозиционного автоматического переключателя 7 подключены вторые амплитудный детектор

16, усилитель 17 частоты коммутации и фазочувствительный выпрямитель 18, выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя 6 напряжения. Цепи управления фазочувствительных выпрямителей 14 и 18 подключены также к генератору 8.

Толщиномер работает следующим образом.

Колебания 19 генератора 1 U„ U cos(u„й+ ) смешивают с колебаниями 20 генератора 2 Ug =U cos(wgt+

+ Ч ) в балансном смесителе 3. В результате смешивания образуются двухчастотные колебания вида

Ug(t) = 2 U Um cos(1 +<) t+Ч вЂ” + З (1)

1о + — Um„U cos ((.,+ ) t+ „+

S> где S — крутизна преобразования балансного смесителя 3 (1/В).

Колебания 21 разностной частоты

te„-w>w выделяются фильтром 4 нижних частот и используются в качестве зондирующего напряжения, а колебания

22 суммарной частоты (u + ur = uu, выделяемые фильтром верхних частот 5, используются в качестве компенсирующих, с помощью которых исключается влияние колебаний скорости движения изделия и величины зазора датчик— изделие.

Двухпоэиционным автоматическим переключателем 7, управляемым напряжением низкочастотного генератора 8, формируются пакеты зондирующих и компенсирующих колебаний (23).

Частота напряжения генератора 8 выбирается значительно меньше разностной частоты зондирующих колебаний (< ю„ -и> . Пакеты напряжений суммарной (компенсирующей) и раэностной (зондирующей) частот поочередно поступают на вход вихретокового преобразователя 9. Амплитуда низкочастотного напряжения на выходе датчика зависит от толщины и проводимости контролируемого изделия, а также от колебания величины зазора датчик — изделие, скорости движения изделия и определяется соотношением

0> — Sqд(шо) К К Оm„Um

+ Ч1-VO..) (2)

45 -(с+ьт)

Здесь А(шд) = аа — амплитуда разностных колебаний, где а — коэффициент преобразования, зависящий от геометрических размеров и пространственного расположения вихретокового преобразователя 9;

Ь вЂ” коэффициент преобразования, зависящий от электрических и магнитных свойств контролируемого изделия и частоты возбуждения;

5 8 с — коэффициент, зависящий оч скорости движения и зазора датчик — изделие;

Т вЂ” толщина контро чируемого изделия;

S — крут1.зна преобразования

9 (чувствительность) вихретокового преобразователя 9;

К, К вЂ” коэффициенты передачи соответственно фильтра 4 нижних частот и управляемого делителя 6 напряжения.

Амплитуда высокочастотного напряжения на выходе вихретокового преобразователя 9 определяется только проводимостью контролируемого объекта и величинами скорости движения изделия и зазора датчик — изделие и не зависит от измеряемой толщины. Поэтому амплитуда этого напряжения определяется выражением Аы = аде с. В соответствии с этим напряжение суммарной частоты на выходе вихретокового преобразователя 9 имеем

Ug = 5 А(ш) Кзк„„0 U cos(et +

+ Ч„+ Ч ), (3) 42560 6 рифмического преобразователя 12 в течение действия на вход детектора пакета низкочастотного напряжения линейно зависит от толщины контролиру емого изделия:

04 = Sgg< n(K

Sqg B>(SAKeoK ) + па-с+Ьт +

+ 1п(К4Кь0т„0р, Ц (4) 1О где S„> крутизна логарифмического преобразования (); ь

as — коэффициент усиления широкополосного усилителя 10

К„„ — коэффициент передачи детектора li.

В течение действия на детектор высокочастотного напряжения U получа9 ется соотношение

"qg = Sag«(KioК„,Ug)

S < Pe n(SgK„g„) + И па " с +

+ 0 п(Кк0м,0м )l (5) При автоматическом режиме работы переключателя 7 в выходном напряжении логарифмического преобразователя 12 присутствует переменная составляющая

27 напряжения частоты коммутации с амплитудой (6) UÄ - S«K, К, (Ьт+ Еп(К )3 (7) где К, К вЂ” соответственно коэффициент усиления усилителя 13 и коэффициент передачи выпрямителя 14.

Коэффициенты пере ачи фильтров 4 и 5 высокой и низкой частот, коэффициент передачи управляемого делителя 6 напряжения выбраны из условия

1 (или K,К .Ку). Тогда.

К5

4 6

S0 для этого случая второе слагаемое

КФКь) в выражении. (7) равно нулю 3п() О, и величина выходного постоянного напряжения определяется соотношением

$5 где К и K. — коэффициенты передачи фильтра 5 верхних частот и амплитудного детектора l!.

Так как в процессе контроля Ug (Ug> то на выходе вихретокового преобразователя поочередно присутствуют пакеты низкочастотных и высокочастотных напряжений. разных амплитуд. При автоматическом режиме работы переключателя 7 выходное напряжение вихретокового преобразователя 9 представляет собой напряжение 24, модулированное как по частоте, так и по амплитуде.

В результате этого на вход широкополосного усилителя IO поступает модулированное напряжение, глубина амплитудной модуляции которого пропорциональна толщине контролируемого иэделия. Усиленное напряжение 24 выпрямляется детектором 1! (эпюра 25) и подвергается функциональному преобразованию с помощью логарифмического преобразователя 12. Поочередное детектирование (выпрямление) высокоI И частотного 0 и низкочастотного Ug напряжения исключает влияния их начальных фаз, соответственно (М„+ Ч ) и (Ч„Ч ), на результат преобразования. Выходное напряжение 26 логаU„2 (а} = 5 (bTt 3 n(KÔÊ6)j

К5

Усиление переменной составляющей напряжений производится низкочастотным усилителем 13 частоты коммутации с посл дующим его выпрямлением фазочувствительным выпрямителем 14. Величина полученного выходного постоянного напряжения равна

U„+ - 5„.„к.цк„ьт, Напряжение 0 измеряется с помощью индикатора 15 магнитоэлектри842560 8 не вызывая дополнительной амплитудной модуляции. Поэтому одноканальная двухчастотная схема обладает стабильным нулем, что позволяет выявлять малые отклонения по толщине изделия.

Формула изобретения ретокового преобразователя 9. Поэтому на выходе детектора 16 выделяется переменное напряжение частоты коммутации, которое усиливается с помощью усилителя 17 и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 18. Выходное напряжение выпрямителя 18 воздействует на управляющий вход управляемого делителя 6 в направлении уменьшения разности амплитуд коммути30

35 балансного смесителя (55). Благодаря поочередному преобразованию низкочастотного и высокочастотного напряжения

55 делителя 6 напряжения исключают влияние временных и температурных нестабильностей фильтров 4 и 5 на точность измерения (К и К5). Колебания зазора и скорости движения контролируеческой системы, градуированного в единицах толщины изделия.

Для автоматического поддержания условия К1К = К5, выходное напряжение переключателя 7 подается на детектор 16. Нарушение условия К4 К =

Кв вызывает .появление амплитудной модуляции во входном напряжении вихруемых переключателем 7 напряжений.

Выбрав достаточно большим коэффициент усиления усилителя 17, можно автоматически поддерживать равенство коммутируемых нацряжений даже при нестабильных коэффициентах передач фильтров 4 и 5.

Таким образом, показания измерительного прибора 15 пропорциональны только толщине контролируемого изде— лия и не зависят от временной и температурной нестабильности фильтров 4 и 5 (К Kg), непостоянства чувствительности токовихревого датчика 9 (S ), коэффициента усиления широкополосного усилителя 10 (К 0) и коэффициента передачи детектора 11 (К ) Кроме того, изменения амплитуд питающих напряжений (О„, 0 ) не влияют на результат измерения, так как амплитуды высокочастотного и низкочастотного напряжений определяются их произведением и в одинаковой мере зависят от нестабильности обоих ге"нераторов. Аналогично не влияет на измерение и нестабильность крутизны одним и тем же усилителем 10, детектором 11 исключено влияние их параметров на результат измерения (К 0 и К„„). Автоматической перестройкой мого изделия в одинаковой мере влияют на уровни низкочастотного и высокочастотного напряжения (параметр С1, 10

Двухчастотный вихретоковый толщиномер, содержащий два генератора высокой частоты, фильтры верхних и нижних частот, вихретоковый преобразователь, широкополосный усилитель, два амплитудных детектора и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен балансным смесителем, входы которого соединены с обоими генераторами, а выход соединен с параллельно включенными входами фильтров верхних и нижних частот, управляемым делителем напряжения, вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, двухпозиционным автоматическим переключателем, входы которого соединены с выходами фильтра верхних частот и управляемого делителя напряжения, а выход подключен к соединенным последовательно вихретоковому преобразователю, широкополосному уси,лителю и детектору, и соединенными последовательно логарифмическим преобразователем, низкочастотным усилителем и фазочувствительным выпрямителем, к выходу которого подключен индикатор, а также усилителем частоты коммутацяи, вход которого соединен через второй амплитудный детектор с выходом двухпозиционного автоматического переключателя, вторым фазочувствительныи выпрямителем, вход которого соединен с выходом усилителя частоты коммутации, а выход — с опорным входом управляемого делителя напряжения и низкочастотным генератором коммутации, один из выходов которого соединен с управляющим входом двухпозиционного автоматического переключателя, а два других выхода — с опорными вхоДами фазочувствительных выпрямителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Неразрушающий контроль металлов и иэделий. Под ред. Г.С, Самойловича.

М., "Машиностроение", 1976, с. 271, рис. 81.

2. Дорофеев А.А. и др. Индукцион1Ô II ная толщинометрия. М., Энергия

1978, с. 87, рис. 50 (прототип).

842560

Х2

Составитель Ю. Глазков

Редактор А. Маковская Техред M.Tàáàêîâè÷ Корректор М. Пожо

Заказ 8225

28

2Ф и

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4