Двухчастотный модуляционный дефектоскоп
ОП ИСАНИЕ
ИЗОЬаетИНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
G 01 И 27/86 Гасударственный комитет по делам изобретений и открытий Опубликовано 1 5. 07 . 81., тиоллетень М 26 Дата опубликования описания 25. 07.81 (53) УД К1 620. 179. . 14. 08 (088. 8) (72) Авторы изобретения Л.А. Глазков, Ю.А.Скрипник, Б.А.Иванов .и Киевский технологический институт легкой (71) Заявитель (54) ДВУХЧАСТбТНЫЙ МОДУЛЯЦИОННЫЙ ДЕФЕКТОСКОП Изобретение относится к неразрушакхцим методам и средств контроля качества материалов и изделий, и может быть использовано для дефектоскопии проката, проволоки, труб, баллонов, 5 прутков и других изделий иэ электропроводящих материалов. При электроиндуктивном контроле результирующее поле преобразователя, расположенного над электропроводящим телом (магнитным или немагнитным), определяется суммарным векторным потенциалом первичных и вторичных индуцированных токов. Наличие дефектов. обуславливает перераспределение вторичных токов в окрестности дефекта, что приводит к образованию аномального поля (поле дефекта). Вектор индукции поля дефекта будет зависеть от глубины залегания дефекта, его ве- зо личины (напрнмер, радиуса раковины), глубины проникновения вихревых токов, выделение составляющей индукции поля дефекта (полости, трещины, включения) 2 связано с появлением в результирующем поле пространственной составляющей вектора индукции поля дефекта. При контроле металлоизделий используют амплитудные одно- и двухчастотные дефектоскопы с различными электромагнитными преобразователями, расположенными на фиксированном расстоянии от изделия. Известно устройство для магнитного анализа ферромагнитных материалов, содержащее два генератора и два резистора, включенные по мостовой схеме, в измерительную цепь которой включен индикатор (1). Недостатком устройства является влияние зазора между преобразователем, индуктивность которого является также индуктивностью контура одного из генераторов. Это влияние понижает точность при определении величины измеряемого параметра. Известен электромагнитный дефек тоскоп, содержащий два разночастот15 3 847! ных генератора, рабочий и эталонный преобразователи, два раэночастотных усилителя, два фазовых детектора с фаэовращателями, входы каждого из них соединены с выходом своего гене5 ратора и вычитающий каскад, входы которого соединены с выходами фазовых детекторов, а выход — с индикатором. Один канал в этом устройстве является рабочим, а другой 10 опорным. Выбором фазы опорных напряжений, осуществляемых с помощью фазовращателей, осуществляется отст- ройка от мешающего параметра, например электропроводности материала (2 j. Недостатком устройства является воэможность отстройки только от одного Мешающего параметра, в связи с чем изменение величины зазора между 20 преобразователем и иэделием искажает результаты измерения. Известно устройство для импульсного индуктивного контроля изделий, содержащее последовательно включен- 25 ные генератор, преобразователь, выпрямитель, блок определения среднего значения сигнала и индуктора и Регулирующую цепь из пикового детектора и блока сравнения с источником опорного напряжения, включенную между выходом выпрямителя и управляющим входом генератора. В этом устройстве изменение зазора между преобразователем и изделием приводит к иэмене- 35 нию величины выходного напряжения генератора (3). Недостатком устройства является влияние нестабильности измерительного канала на результаты измерения, а также малый диапазон регулирования, что приводит к понижению точности и достоверности результатов измерения. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению 45 является двухчастотный модуляционный дефектоскоп, содержащий два генератора, три усилителя, регулятор амплитуды, амплитудный детектор, фазочувствительный выпрямитель, фильтры нижних и верхних частот и выходной блок. Устройство работает следующим образом. Один из генераторов посылает на преобразователь сигнал низкой частоты, а другой — сигнал высокой частоты, с преобразователя измерительный сигнал низкой частоты поступает 74 4 через низкочастотный измерительный канал на выходной блок, который дает величину измеряемого параметра. Высокочастотный сигнал, пропорциональный величине зазора, поступает в свой канал, где после преобразований и выпрямления фазовым детектором, поступает на блок регулировки сигнала. Использование такой системы регулировки создает возможность уменьшения влияния зазора преобразователь-изделие на результат контроля (4 ). Недостатком дефектоскопа является сложной в настройке и невысокая точность контроля, обусловленная нестабильностью и неидентичностью частот. ных характеристик двух каналов. Так, температурные и режимные измерения параметров низкочастотных и высокочастотных скалярных умножителей и резистивных элементов, неидентичность выходных напряжений генераторов, неравенство коэффициентов усиления масштабных преобразователей и других звеньев измерительной схемы в условиях производства вызывает дополнительные погрешности контроля, значение которых соизмеримо с погрешностью от колебаний скорости их движения и зазора электромагнитный преобразовательизделие. Цель изобретения — повышение точб l ности и достоверности контроля изделий при колебаниях скорости движения и величины зазора электромагнитный преобразователь -изделие в широких пределах. Поставленная цель достигается тем, что дефектоскоп снабжен балансным смесителем, к входам которого подключены генераторы, а к выходу — регулятор амплитуды, выход которого соединен с входами двух усилителей, коммутатором, соединенным входами с выходами этих двух усилителей, а выходом — с входом цепочки иэ последовательно соединенных преобразователя, третьего усилителя, детектора, фильтра верхних .частот, выпрямителя и выходного блока, коммутационным мультивибратором, Выходыкоторого соединен с управляющим входом коммутатора и опорным входом выпрямителя, а также дифференциальным усилителем и источником опорного напряжения, подключенным к одному из входов дифференциального усилителя, другой вход которого через фильтр нижних частот соединен с выходом детектора, а его 847174 выход — с управляющим входом регулятора амплитуды. На чертеже представлена блок-схема двухчастотного модуляционного дефектоскопа. Дефектоскоп содержит первый и второй высокочастбтные генераторы 1 и 2, соединенные со входом балансного смесителя 3, регулятор 4 амплитуцы (регулируемый делитель напряжения). Регулятор 4 соединен с входами. параллельно включенных избирательных усилителей: первого усилителя 5 суммарной (Ю1+Ю ) частоты и второго усилителя 6 разностной (Ю1- . частоты, а их выходы соединены с входом коммутатора 7, к управляющему входу которого подключен выход коммун тационного мультивибратора 8, частота генерации которого Я<<О и uu2 . 2о К выходу коммутатора 7 подключен электромагнитный преобразователь 9, включенный в мостовую схему или выполненныф в виде переходного трансформатора. Выход преобразователя 9 соединен с последовательно включенными широкополосным третьим усилителем 10, амплитудным детектором 11. Выход детектора 11 через фильтр .12 нижних частот соединен с одним из входов дифференциального усилителя 13, второй вход которого соединен с источни.ком 14 опорного напряжения. Выход дифференциального усилителя 13 подключен к управляющему входу регулятора 4. з К выходу детектора 11 также подключен через -фильтр 15 верхних частот и фазочувствительный выпрямитель 16, выходной блок 17, опорный . вход выпрямителя 16 соединен с выхо- о дом мультивибратора 8. Устройство работает следующим образом. Колебания высокочастотного генератора 1 U<=U U Ф /2)U Ц coS((40-ии М.+Ч -9<)+ 50 3 з 1 2 + (S iZ) u„u cos/(m„+vu2) Ь - Р +9 3,,(1) гдето, V — фазовые углы; S — крутизна преобразователя 3 л смесителя 3(). 55. Низкочастотная составляющая раз-. ностей частоты Ж1-М =Ы используется в качестве зондирующего сигнала, а высокочастотная составляющая суммарной частотыМу +Ф„; — ц — для компен1 сации влияния колебаний зазора преобразователь-изделие. Выделение напряжений суммарной и разностной частоты производят с помощью усилителей 5 и 6. Автоматическим коммутатором 7, управляемым напряжением коммутационного мультивибратора 8, формируются пакеты зондирующего (испытательного) и компенсационного. напряжений. Частота напряжения мультивибратора 8 выбирается значительно меньше разностной частоты з6нцирующего напряжения 1 2 110 Пакеты напряжений суммарной (компенсационной) и разностной испытательной частот поочередно воздействуют на преобразователь 9. Выходное напряжение преобразователя 9 зависит как от свойств контролируемого изделия, так и от скорости движения и величины зазора преобразователь-изделие. Амплитуда низкочастотного напряжения зависит от электромагнитных характеристик свойств аномального поля дефекта контролируемого изделия, а также от величины его скорости и зазора электромагнитный преобразователь-изделие где К,К К К вЂ” коэффициенты передачи ф б с Н соответственно регулятора 4 усилителя 5, усилителя 10 и детектора 11; S †чувствительнос преоб9 разователя 9; Y — коэффициент, учитывающий влияние зазора на чувствительность преобразователя 9; — коэффициент учитывающий влияние аномального электромагнитного поля дефекта на чувствительность преобразователя. Амплитуда высокочастотного напряжения в виду малой глубины проникновения электромагнитной волны, практически не испытывает влияния аномального поля дефекта (fo-0) 847174 такого регулирования коэффициент деления регулятора 4 будет равен Ом S K, (} Уo+У6!В}С К U 0 Фильтром 15 верхних частот выде ляется переменная составляющая про-, детектированного напряжения, пропорционального полуразности амплитуды суммарной и разностной частот II О =К И 15 2. «}, К4К,э К К uv,(Q 15 где К вЂ” коэффициент передачи филь15 тра 15 верхних частот. Учитывая значение коэффициента деления регулятора 4, получим Коэффициенты усиления усилителей 5 и 6 выбираются равными (К =К6). Это приводит к тому, что при отсутствии аномального поля дефекта в контролируемом изделии амплитуды пакетов разностной и суммарной час-! !! тот равны (U„„=U<„), Аномальное поле дефекта приводит к неравенству ампли- 2О туд пакетов в двухчастотном напряжении,. что равнозначно появлению амплитудной модуляции. Изменение скорости и величины зазора преобразователь-изделие в одинаковой ме25 ре изменяет амплитуды высокочастотного и низкочастотного напряжений я ! 0„ и U
35 Я. 1 2. где К вЂ” коэффициент передачи усилиб теля 6. Непрерывная работа автоматического коммутатора 7, управляемого напряжением мультивибратора 8, формирует на выходе преобразователя 9, частотно-модулированное напряжение, состоящее из пакетов колебаний разностной ! частотыИ!.,-И)у сИ с амплитудой 011, и пакетов суммарной частоты Ю1+(5 = щ ! с амплитудой Ц1„. Частотно-модулированное напряжение усиливается широкополосным усилителем 10 и детектируется амплитудным детектором 11, Постоянная составляющая детектора 11, выделенная фильтром 12 нижних частот пропорциональна полусумме амплитуд пакетов разностной и суммарной частот Выделенное фильтром 12 напряжение воздействует на один из входов усилителя 13, на другой вход которого поступает стабильное напряжение источника 14 (Ц =const). Выходное напряжение усилителя 13, пропорциональное U„ =K„ (}J„ -U„ ) воздействует на управляющии вход регулятора 4. При. достаточно большом коэффициенте усиле- ния усилителя 13 (К 10 ) его входЪ 1 ные напряжения автоматически уравновешиваются U -U . В результате U <9(" 3О Зб)В По кольку коэффициенты д и значительно меньше единицы ((<1, )<,(<1), а коэффициенты передачи фильтров 15 и 12 выбираются одинаковыми (} =К„), то И =С,где С=О 2=0,5 U постоянная дефектоскопа. Переменная составляющая напряжения, пропорциональная аномальному полю дефекта, преобразуется фазочувствительным выпрямителем 16 и в сигнал постоянного напряжения, воздействующий на выходной блок 17. Таким образом, выходной сигнал двухчастотного модуляционного дефектоскопа не зависит от величины скорости движения и зазора электромагнитного преобразователя — иэделие, а также от изменений параметров измерительной схемы (балансного смесителя 3, чувствительности электромагнитного преобразователя 9, коэффициента усиления усилителя 10, коэффициента передачи детектора 11) и колебаний величин амплитуд высокочастотных генераторов 1 и 2. Указанные выше особенности позволяют существенно повысить точность и достоверность контроля изделий, а также упрощают эксплуатацию дефектоскопа из-за отсутствия необходимости в периодических подстройках параметров измерительной схемы в процессе работы Формула изобретения Двухчастотный модуляционный дефектоскоп, содержащий два генератора, три усилителя, регулятор амплитуды, амплитудный детектор, фазочувствительный выпрямитель, фильтры нижних и верхних частот и выходной блок, о т ВНИИПИ Заказ 5475/69 Тираж 907 Подписное 9 . 847)7 1 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности контроля изделий, он снабжен балансным смесителем, к входам которого подключены генераторы, а к выходу — 5 регулятор амплитуды, выход которого соединен с входами двух усилителей, I коммутатором, соединенным входам с выходами этих двух усилителей, а выходом — с входом цепочки из последовательно соединенных преобразователя, третьего .усилителя, детектора, фильтра верхних частот, выпрямителя и выходного блока, коммутационным мультивибратором,выходы которого соединены с управляющим входом коммутатора и опорным входом выпрямителя, а также дифференциальным усилителем и источником. опорного напряжения, подключенным к одному из входов дифференциального усилителя, другой вход которого через фильтр нижних частот соединен с выходом де« тектора, а его выход — с управляющим входом регулятора амплитуды. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 55758, кл. G 01 и 27/86р )938. 2. Авторское свидетельство СССР )) 167062, кл. G 01 IV 27/86, )963. 3. Авторское свидетельство СССР 9 429025, кл. G 01 М 27/86, 1972. 4. Авторское свидетельство СССР Ф 375468, кл. G 01 В 7/06, 197) (прототип). Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная.4
