Импульсный вихретоковый металлоискатель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)949600 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 290181 (21) 3242128/18-25 (51)M Кй з

G 01 V 3/11 с присоединением заявки Мо Государственный комитет

СССР но делам . изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070882, Бюллетень ¹ 29 (33) УДК 550 ° 838 (088. 8) Дата опубликования описания 070882

М,,», в

В.A.Áàêóøåý, В.Н.Варанов, В.П.Курозаев, Е.A.Êóëåìèí, Ю.Ф.Медведев и С.В.Наумова (),",, 13

Научно-исследовательский институт интросколии (72) Авторы изобретения (71} Заявитель (54) ИМПУЛЬСНЫЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ

МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля электромагнитными методами и предназначено для обнаружения .металлических предметов 5 в различных укрывающих непроводящих и слабопроводящих средах.

Известно устройство для обнаружения металлических предметов и неоднородностей, содержащее генератор импульсов, индукционный датчик с передающей и приемной катушками, стробируеьый синхронный детектор, фильтры, накопительный конденсатор и источник компенсируюшего напряжения (13, В укаэанном устройстве использован амплитудно-импульсный метод выделения сигнала из переходного процесса, индуцированного в приемной катушке индукционного датчика вторичным электромагнитным полем вихревых токов, возбужденных в объекте поиска (металлическом предмете) при рез ком выключении тока в катушке, т.е. сразу после окончания зондируицего импульса тока. Регистрация полезного сигнала осложняется ггри этом наличием собственного переходного процесса приемной катушки индукционного датчика, флуктуационных помех-шумов входных каскадов аппаратуры, а также

30 электромагнитных помех в зоне контро ля. С целью выделения полезного сигнала в указанном устройстве используются фильтры, а также система синхронного накопления сигнала эа множество циклов измерения, обеспечивающие улучшение отношения сигнал/помеха на выходе устройства, а следовательно, и чувствительности аппаратуры.

Однако включение фильтров приводит к потере информации о наличии металлических предметов в зоне контроля, а использование систем синхронного накопления для подавления импульсных периодических и низкочастотных помех недостаточно эффективно иэ-за жестких ограйкчений по времени накопления, об (словленных заданным быстродействие м системы индикации.

Наиболее близким техническим решейием к изобретению является импУльсный.металлоискатель, содержащий импульсный генератор, вихретоковый преобразователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, предусилитель,,два электронных ключа, управлякщие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора стробирующих импульсов, дифференииаль949600 ный интегратор, инвертирующий вход которого подключен к выходу первого электронного ключа, а также последовательно соединенные усилитель пос-. тоянного тока и блок индикации, подключенные к выходу дифференциального интегратора.

В указанном импульсном вихретоковом металлоискателе регистрация наличия металлического предмета в зоне контроля осуществляется путем измерения амплитудного значения сНгнала в определенный момент времени после окончания зондирующего импульса тока, соответствующий времени открывания ключей, включенных в измерительный тракт °

Момент открывания ключей, включенных в измерительный тракт, определяется генератором стробирувщих импульсов, синхронизированным от импульсного генератора, а время измерения или длительность открывания ключей определяется длительностью стробирующих импульсов.

При этом на одном из входов дифференциального интегратора появляется импульс, уровень которого соответствует амплитуде полезного сигнала, осложненного помехой, а на втором входе — импульс, соответствующий уровню помехи, поскольку задержка на включение второго ключа выбрана намного большей времени полного затухания полезного сигнала (2 ).

Недостатком известного устройства является невысокая помехозащищенность, а следовательно и чувствительность, обусловленная недоста точно эффективным подавлением импульсных периодических и низкочастотных помех, период которых соизмерим или превышает длительность строб-импульсов.

Цель изобретения — повышение чувствительности и помехозащищеннасти металлоискателя.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный, вихретоковый .металлаискатель, содержащий импульсный генератор, вихретоковый

Ф преобразователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, редусилитель, два электронных клюа, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора стробирующих импульсов, дифференциальный интегратор, "инвертирующий вход которого подключен к, выходу первого электронного ключа, а также последовательно соеДиненные усилитель постоянного тока и блок индикации, подключенные к выходу дифференциального интегратора, введены ограничитель напряжения, два дифференциатора, интегратор. и нелинейный элемент, причем ограничитель напряжения включен между выходом вихретоковаго преобразователя и входом предусилителя, дифференциаторы включены между вы5 ходом предусилителя и входами электронных ключей, интегратор включен между выходом второго электронного ключа и неинвертирующим входом дифференциального интегратора, а нелинейный элемент подключен между выходом усилителя постоянного тока и входом первого электронного ключа.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого импульсного вихретокового металлоискателя; на фиг.2 — 10 эпюры напряжений на элементах блок-схемы в отсутствие металлического предмета (слева) и при наличии металлического предмета (справа).

Импульсный вихретокоэый преобразователь содержит (фиг.1) импульсный генератор 1, вихретаковый преобразователь (ВТП) 2, ограничитель 3 напряжения, предусилитель 4, два дифференциатора

5 и б, два электронных ключа 7 и

8,,интегратор 9, дифференциальный интегратор 10, усилитель 11 постоянного тока, генератор 12 страбирующих импульсов, состоящий из ждущих мультивибратаров

13-16, нелинейный элемент 17 и блок 18 индикации.

35 Устройство работает следующим образом.

Вихретоковый преобразователь питается мощными зондирующими

:импульсами тока, формируемыми выходным каскадом импульсного генератора 1 (Фиг.2). Форма импульсов напряжения на катушке ВТП

2 приведена на фиг.3. Периодичность Т„ работы устройства, а также длительность „ зондирующих импульсов определяется задающим каскадом импульсного генератора 1 (фиг.2).

Одновременно от заднего фронта импульсов задающего каскада импульсного генератора 1 осуществляется запуск генератора 12 стробирующих импульсов, в состав которого входят четыре ждущих мультивибратора 13-16, соединенных попарно последовательно. Мультивибраторы

13 и 15 формируют сигналы (фиг.5 и 6),,определяющие время .задержки стробимпульсов, а мультивибратары 14 и 16 формируют строб-импульсы (фиг.7 и 8), используемые в качестве сигналов, управляющих работой ключей 7 (" Строб 1") и 8 (" Строб II").

Сигнал с выхода BTII через ограничитель 3 напряжения, предохраняющий широкополосный предусилитель 4 от

949600!

25

50

Формула изобретения бО перегрузки в момент действия импульса генератора 1, а также значительно сокращающий время восстановления предусилителя, усиливается (фиг.4) и через два дифференциатора 5 и б по". дается одновременно на два последовательных электронных ключа 7 и 8, выполненных на полевых транзисторах.

Открывание ключей производится. строб-импульсами I и и в соответствующие моменты времени с „и, после окончания зондирующего Импульса (фиг. 7 и 8) .

Введением двух дифференциаторов достигается гальваническая развязка между входами ключей и выходом преду- 5 силителя и исключается влияние дрейфа нуля на выходе предусилителя на показания индикатора.

Постоянная времени или частота среза дифференциаторов, являющихся фильтрами верхних частот, выбирается, исходя из длительности зондирующего импульса, длительности полезного сигнала, Сс и времени регистрации ЭДС сигнала t<. При малых временах регистрации е,1/ С с 0,2 когда искажения низкочастотной части спектра полезного сигнала несущественны, постоянную времени дифференциаторов можно принимать равной, ъ (5-10)i .

В результате при необходимости обнаружения металлических объектов малого размера (диаметром от нескольких миллиметров) частота среза диф-" ференциаторов получается достаточно высокой (сотни герц, килогерцы), что обеспечивает значительное подавление низкочастотных помех (например прощжаленной частоты) уже на входе дифференциального интегратора 10.

Полезный .сигнал от объекта, имеющий вид экспоненциального затухающего импульса напряжения, осложненный сигналом типа "шум", через ключ 8 поступает на интегратор 9 и накапливается на его конденсаторе за и цик- 45 лов измерения. В результате отношение сигнал/шум на выходе интегратора увеличивается в N раз.

В том случае, когда на интегратор

9- через ключ 8 поступает полезный сигнал, осложненный некогерентной периодичной импульсной или низкочастотной помехой, суммарный сигнал, накопленный на конденсаторе интегратора,флуктуирует с частотой, зависящей 55 от постоянной времени интегратора 9 (фиг 4 и 9).

Однако Флуктуации сигнала на выходе дифференциального интегратора 10 значительно ослаблены в связи с тем, что на его инвертирующий вход через ключ 7 также воздействует сигнал помехи, так как полезный сигнал к моменту открывания ключа 7 успевает затухнуть (Фиг.4).

Постоянная времени дифференциального интегратора 10 выбирается равной постоянной времени интегратора 9.

Тогда, выбирая время задержки строба 1 относительно строба ft, равным периоду сигнала помехи, а, следовательно, подавая на оба входа дифференциального интегратора равные мгновенные значения напряжения сигнала помехи во время действия строба I, получаем на выходе дифференциального интегратора разностный сигнал помехи, в идеальном случае равный нулю (фиг.10), Полезный сигнал, появляющийся на выходе дифференциального интегратора, при наличии металлического объекта в зоне контроля (фиг.10) через усилитель 11 постоянного тока подается на блок 18 индикации и вызывает срабатывание индикаторных приборов (стрелочных, звуковых, световых и проч.).

Для повышения чувствительности к двум близкорасположенным металлическим предметам, путем увеличения быстродействия усилительного тракта, определяемого инерционностью дифференциального интегратора, в устройство введена цепь отрицательной обратной связи на нелинейном элементе 17.

При воздействии на неинвертирующий вход дифферейциального интегратора сильного входного сигнала, приводящего к насыщению дифференциального интегратора и "зашкаливанию" системы индикации, резко уменьшается сопротивление нелинейного элемента

17 и на инвертирующем входе дифференциального интегратора в момент открывания ключа 7 появляется сигнал, вызывающий переэаряд и быстрое восстановление дифференциального интегратора. При малых величинах выходного сигнала сопротивление нелинейного элемента очень велико и влияние цепи отрицательной обратной связи незначительно.

Изобретение позволяет значительно повысить чувствительность устройства -к малым металлическим предметам, увеличить дальность обнаружения, а также повысить устойчивость к воздействию помех.

Импульсный вихретоковый металлоискатель, содержащий импульсный генератор, вихретоковый преобраэователь и генератор стробирующих импульсов, подключенные к выходам импульсного генератора, предусилитель, два электронных ключа, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам генератора строби949600 руках импульсов, дифференциальный интегратор, инвертируащий вход которого цодключен к выходу первого электронного ключа, а также последовательно соединеннйе усилитель постоянного тока и блок индикации подключенные к выходу дифференциального интегратора, о т л и ч а ю щ н йс я тем, что, с целью новьиаения чувствительности и помехоэащпценности, в него введены ограничитель,напряже- 10 ния, два,дифференциатора, интегратор и нелинейный элемент, прйчем ограничитель напряжения включен между выходом вихретокового нреобраэова-мля и входом предуснлителя, диффе- 15 ренциаторы включены между выходом предусилителя и входами электронных ключей, интегратор включен между выходом второго электронного ключа и неинвертирующим входом дифференциального интегратора, а нелинейный:. элемент подключен между выходом усилителя постоянного тока и входом первого электронного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 351190 кл. G 01 V 3/10, 1967.

2. Патент Великобритании в 1315684, кл. 6 01 V 3/10, опублик.1973 (ripowozmn).

gyz. Б

4Ы7

Фв4

Составитель В.Майорыин

Редактор A.Âëàñåíêî,: Техред С,Миг иова Корректор О.Билак.

Заказ 5744/36 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4