Устройство для электромагнитного контроля композиционных материалов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (w998938 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено 02.10.81 (21) 334141 1/25-28 (53)M. К.п.

G018 27/90 с присоединением заявки J%

Геетдаретееиик» кеиитет

СССР (23) Приоритет (53).УД К620.1 79. .14 (088.8) Опубликовано 23-02 83 бюллетень N 7 . вю делен изобретеиий и етирытий

Дата опубликования описания 25.02.83

Э. И. Арш, В. И. Редько, А. B. Ñîïèëüíèê и . С. Хандецкий а;. ;-,. „( (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КОНТРОЛЯ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к методам йь= разрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля параметров композиционных материалов при вихретоковом контроле.

Известно устройство для электромаг

5 нитного контроля, содержащее емкостный и вихретоковый первичные преобразователи накладного типа, являющиеся weментами трехточечного автогенератора.

Преобразователи конструктивно объединены. Вихретоковый преобразователь вклю- чен в нагрузочный контур автогенератора, емкостный преобразователь включен s цепь положительной обратной связи. CHp > нал автогенератора выделяется амплитудным детектором и поступает на региотрирующий прибор 11.

Недостатком известного устройства является то, что отстройка от изменений о величины зазора осуществляется лишь для сред с достаточно большой электропроводностью, для которых ".меет место эффект экранирования, и электрическое

2 поле вглубь образца не проникает. В противном случае для сред с меньшей элек тропроводностью точность измерений заметно снижается. Изменение емкости преобразователя, включенного в цепь по ложительной обратной связи трехточечного, автогенератора не только меняет амплитуду автоколебаний, что является компенсирующим воздействием, но и изменяет режим автогенератора по постоянному току. Это приводит к изменению нагрузочной характеристики автогенератора и снижает, точность измерений. Кроме. того, изменения добротности контура автогенератора под действием внесенного в вихретоковый преобразователь активного сопротивления помимо изменения амплитуды автоколебаний, что является сигналом, меняет и колебательную характеристику автогенератора, что снижает точность компенсаций от влияния зазора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для электромагнитного контроля композиционных материалов, содержащее два трехточечных. автогенератора, один из которых -с кварцевой стабилизацией частоты выполнен на биполярном тран— зисторе, а другой - одноконтурный - на полевом транзисторе, с общей резонансной системой в выходных цепях состоящей из вихретокового параметрического преобразователя, выполненного в виде ряда отдельных ячеек, распределенных щ по заданной поверхностЬ, три управляемых резистора, первый из которых включен последовательно с резистором между базой транзистора и общей шиной, второйпоследовательно с резистором в пепи эмиттера, а третий. вЂ, параллельно колебательному контуру, а исток полевого транзистора соединен через резисторы с. управляющими входами управляемых резисторов, амплитудный детектор, вход которого подключен к коллектору транзистора кварцевого автогенератора; и регистрирующий прибор f2).

Недостаток известного устройства— недостаточная точность контроля иэ-за того, что отстройка от изменений зазора осуществляется в узком диапазоне. Кроме того, измерения с помощью фазового детектора характеризуются значительными погрешностями. м1

Цель изобретения — повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя допол п тельными управляемыми резисторами, варикапом, конденсатором и тремя дополнительными резисторами, сток транзистора одноконтурного автогенератора подключен к средней точке вихретокового преобразователя, между этой точкой и шиной питания подключен первый допол46 нительный управляемый резистор, второй управляемый резистор включен последовательно с резистором между эатвс ром транзистора и общей "шиной, варикап и конденсатор последовательно соединены

;между собой и подключены между истоком транзистора и общей шиной, общая точка конденсатора и варикапа и управляющие входы дополнительных управляемых резисторов через дополнительные резисторы 5О подключены к выходу амплитудного детектора, а вхцд регистрирующего прибора подключен к истоку транзистора одноконтурного автогенератора.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит кварцевый автогенератор l на биполярном транзисторе и одноконтурный автогене.ратор 2 на полевом транзисторе с общей резонансной ,системой в выходных цепях, амплитудный детектор 3 и регистрирующий прибор 4.

Кварцевый автс генератор выполнен на биполярном транзисторе 5 по схеме с общей базой и содержит резисторы 6-10 и управляемые резисторы 11 и 12, в качестве которых используются полевые транзисторы, в цепях Фиксивованного и автоматического смещения, конденсаторы

13 и 14 в базовой и эмиттерной цепях, конденсатор 15 колебательного контура, вихретоковый преобразователь, включенный в качестве индуктивности контура, состоящий иэ двух последовательно соединенных секций 16 и 17 с межвитковыми распределенными емкостями 18 всего преобразователя и межвитковой распределенной емкостью 19 одной секции; управляемый резистор 20, подключенный параллельно конденсатору 15 колебательного контура с резистором 21 в цепи управления, кварцевый резонатор 22между эмиттером и коллектором транзистора 5.

Одноконтурный автогенератор 2 выпол.нен на полевом транзисторе 23 по схеме с общим затвором и содержит резисторы

24-27 и управляемый резистор 28 в цепях фиксированного и автоматического смещения, управляемый резистор 29 с резистором 30 в цепи управления, подключенный между средней точкой вихретокового преобразователя И шиной питания, конденсаторы 31-33, устанавливающие режим автогенератора по переменному току,.цепочку из последовательно включенных варикапа 34 и конденсатора 35, включенную между истоком и обшей шиной, средняя точка которой через резистор 36 подключена к выходу амплитудного детектора 3. Регистрирующий при6ор подключен к истоку транзистора 23 одноконтурного автогенератора.

Устройство работает следующим образом.

Кварцевый автогенератор 1 настроен на работу в несколько перенапряженном режиме. При отсутствии в.ближней зоне поля, создаваемого секциями 16 и 17 вихретокового преобразователя исследуемого материала, выходной сигнал амплитудного детектора определяется добротностью контура, состоящего из конденсатора 15, последовательно соединенных секци 16 и 17 вихретокового преобразователя, раопределениых емкостей 18 и 19 всего вихретокового преобразователя и одной

5 998938 секции, управляемого резистора 20 и его п настройкой относительно частоты кварце рав вого резонатора. Генерируемая частота на

Б при этом сравнительно низкая (Rg *= . ps

100-S00 кГц). Управляемый резистор

20 несколько шунтирует контур, снижая яв его добротность. ра

Одноконтурный автогенератор 2 настроен на работу в напряженном режиме. и»

Частота автоколебаний f< задается контуром, состоящим из одной секции 16, вихретокового преобразователя и межвитковой распределенной емкости 19 и составляет ч= 10-50 мГц. Управляемый резистор 29 несколько шунтирует этот контур, снижая его добротность.

При внесении в ближнюю зону поля, создаваемого секциями 16-17 вихретокового: преобразователя проводящего материала, увеличивается активное сопротивление вихретокового преобразователя; .увеличивается распределенная межвитковая емкость 18, работающая на низкой частоте в режиме экранирования и

«,» фиксирующая величину усредненного зазо.ра между поверхностью преобразователя . и поверхностью контролируемого материала; увеличивается величина тангенса угла диэлектрических потерь egg в межвитковой распределенной емкости 19, работающей на высокой частоте 1 при отсутствии" экранировання.

Величина истокового тока транзистора 23 одноконтурного автогенератора 2

3S определяется величиной активного сопротивления, внесенного в секцию 16 вихретокового преобразователя н величиной / емкости 19, т.е. определяется проводящими свойствами материала, вызывающими рассеяния (диссипа шпо) энергии.

Падение напряжения на резисторе 26 в цепи истока транзистора 23 является . управляющим для управляемого резистора

20, шунтирующего низкочастотный контур .43 кварцевого автогенератора. При увеличении проводимости контролируемого материала добротность низкочастотного контура, включающего элементы 15-18, 20 кварцевого автогенератора 1 уменьшается за счет увеличения активного

50 сопротивления. секций 16-17 всего вихретокового преобразователя. Одновременно с этим уменьшается величина добротности высокочастотного контура, включающего элементы 16, 19 одноконтурного автоге 33 нератора, и соответственно этому величина тока истока транзистора 23. Соответствующее b» изменения напряжения 5,0

4 оступает на управляющие электроды упляемых резисторов 20, 11, 12,;восста" вливая режим кварцевого автогенератопо переменному и постоянному токам.

Изменение межвитковой емкости 18, ляюшееся следствием изменения зазора, сстоаивает низкочастотный контур кварцевого автогенератора 1 относительно частоты кварцевого резонатора. Изменение амплитуды гармонического напряжения при этом выделяется амплитудным детектором 3 и поступает на управляющие электроды управляемых резисторов

28-29 и на варнкап 34 в качестве корректирующего воздействия. При этом восстанавливается режим автогенератора по переменному току путем воздействия на нагруэочную характеристику автогенератора с помощью элементов 29-30 и на колеоательную характеристику с помощью элементов 34-36, а также по постоянному току (элементы 27-28).

Так, например, если фиксированная частота кварцевого резонатора задана в пределах правого склона резонансной характеристики низкочастотного контура кварцевого автогенератора 1, то изменение межвитковой емкости 18 при увеличении зазора вызовет увеличение амплитуды автоколебаний. Направления включения диодов s амплитудном детек торе 3 выбрано таким, что это соответствует увеличению положительного Isпряжения на выходе амплитудного детек . тора. Это приводит к уменьшению сопро. тивления управляемого резистора 29 и увеличению емкости варикапа 34, что вызывает уменьшение амплитуды напряжения, генерируемого одноконтурным автогенератором 2, противодействуя теМ самым увеличению этого напряжения, .вызванного увеличением зазора. Измене ние величины сопротивления управляемо-. го резистора 28 позволяет в некоторых пределах менять напряженность режима автогенератора и, соответотвенно этому, форму нагрузочной и колебательной характеристики одноконтурного автогенератора.

Это позволяет регулировать диапазон отстройки от вариаций величины зазора.

За счет использования комбинированного первичного преобразователя произвой»тельность измерений повышается в среднем на 207. Учитывая, что стоимость базового прибора составляет 5,2 тыс, руб., то можно при том же объеме контроля уменьшить число необходимых приборов.

7 9989

Таким образом, ожидаемый экономический эффект даже при той же стоимости предлагаемого прибора составляет около

1 тыс.руб. для одного прибора.

Ориентировочная потребность народно го хозяйства - 300 приборов.

Формула изобретения

Устройство для электромагнитного контроля композиционных материалов, содержащее два трехточечных автогеиератора, один из которых..с кварцевой стабилизацией частоты выполнен на би- 15 полярном транзисторе, а другой — одноконтурный - на полевом транзисторе, с .общей резонансной системой в выходных цепях, состоящей иэ -вихретокового параметрического преобразователя, выполнен- 20 ного. в виде ряда отдельных, ячеек, распределенных по заданной поверхности, три управляемых резистора, первый из которых включен последовательно с резистором между базой транзистора и общей 2s шиной, второй - последовательно с резистором в цели эмиттера, а третий— параллельно колебательному контуру, а исток полевого транзистора соединен че рез резисторы с управляющими входами @ управляемых резисторов, амплитудный детектор, вход которого подключен к коллектору транзистора кварцевого автоге38 8 нератора, и регистрирующий прибор, о тл и ч а ю ш е е с s тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено двумя дополнительными управляемыми резисторами, варикапом, конденсато ром и тремя дополнительнйми резисторами, сток транзистора одноконтурного авто генератора подключен к средней точке вихретокового преобразователя, между этой точкой и шиной питания подключен первый дополнительный управляемый резистор, второй управляемый резистор включен последовательно с резистором между затвором транзистора и обшей ши. ной, варикап и конденсатор последовательно соединены между собой и подклк ченьг между истоком транзистора и об щей шиной, общая точка конденсатора и варикапа и управляющие входы дополнительных управляемых резисторов через дополнительные резисторы подключены к выходу амплитудного детектора, а вход регистрирующего прибора подключен к истоку транзистора одноконтурного автогенератора, Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 726490, кл. S 01 Й 27/90, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2943791 28, кл. G- 01 Й 27/90, 1980 (прототип).

998938

Составитель Ю. Глазков

Редактор С. Патрушева Техред M.Ãåðãåëü Корректор А. Ференп

Заказ 1145/66 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4