CS195979B1 - Zapojení k vyhodnocování signálu diferenční sondy - Google Patents

Description

Vynález ee týká zapojení k vyhodnocovýní signálu diferenční sondy především pro defektometrii kovových povrchů.

Pro kontrolu povrchových defektů tělísek valivých ložisek, ale i jiných součástí, přodsváím pro indikování prasklin, převalků a pórů, které jsou téměř neviditelné a nedají ss indikovat optoelektronicky, se zatím používají defektometry s jednoduchou aktivní sondou, kterou js feritová tyčinka s vinutím, tvořící indukčnost oscilátoru ovlivňovanou povrchovými defekty. Katoda s diferenční pasivní sondou, tvořenou dvSma rovnoběžnými feritovými tyčinkami s budicím vinutím kolem každá z tyčinek, navinutým tak, že magnetický tok ee v obou tyčinkách uzavírá a ee sekundárním vinutím navinutým kolem obou tyčinek ee pro uvedený účel dosud neprosadil přesto, že tato metoda dává předpoklad některých výhodnějších vlastností. Předeviím diferenční sonda indikuje pouze vzájemná rozdíly materiálu pod oběma jádry ležícími těsně vedle sebe a v důsledku toho potlačuje jeho pomalu se měnící nehomogenity a reaguje hlavně na čárová vady např.praekliny a bodová vady, např.póry. Ze stejného důvodu je i necitlivá ke změně vzdálenosti kontrolovaného povrchu od sondy, pokud změna probíhá od obou jader souhlasně. Dále u diferenční metody lze použit při detekci vysokofrekvenčního signálu tzv. fázovou selekci, která umožňuje zvýraznit určitý druh změn kontrolovaného povrchu, např. praskliny proti jiným změnám, která není žádoucí indikovat, např. směny elektrická a magnetická vodivosti materiálu. Vhodná fázová selekce

195 979

1SS 979 umožňuje dokonce kontrolovat současně praskliny i tvarové vady, které v saleětšném stavu jsou rovněž obtížně ajistitelné optoelektronicky. .

Uvedené výhodné vlastnosti diferenční metody však nebylo mošno pro daný účel dosud využít, a to rovněž v důsledku nevhodného způsobu vyhodnocování signálu diferenční sondy.

U dosavadních zařízeni je primární vinutí eondy napájeno nesymetricky, to je tak, že jeden jeho konec je připojen na výetup vysokofrekvenčního generátoru a druhý na koetru přístroje. Zařízení nemá možnost vyrovnání vlastní elektrické nesymetrie sondy a v důsledku toho je aložka neužitečného napětí jejího sekundárního vinutí mnohonásobné vžtží naž složka užitečného výstupního napětí v důsledku indikovaných zrnin kontrolovaného povrchu.

Fázová eelekoe signálu se provádí detekcí vysokofrekvenčního signálu pomooí fázové citlivého detektoru, na nějž ee kromě zesíleného signálu sekundárního vinutí sondy přivádí ježté další napětí, vhodně fázově posunuté vůči napájecímu napětí primárního vinutí. Toto napětí ae získává složitým postupem. Z napětí generátoru napájejícího primární vinuti sondy se pomocí fázového obvodu získává napětí fázově posunutá o 90°, jimž se budí výkonový zesilovací stupeň. Napětím generátoru a napětím výkonového stupně ee budí dvě statorová vinutí fázového variátoru, geometricky úhlově orientovaná rovněž o 90°. Napětí indukované v jeho rotorovém vinutí má fázový posuv závislý na úhlové poloze rotoru vůči statorovým vinutím, který může být měněn v rozsahu 0 až 360°. Nevýhodou je nutnost vyrábět technologicky náročný variátor i značná aložitost celého zařízení, oož zvyěuje jeho celkové výrobní náklady. Přitom možnost fázového posuvu napětí v rozsahu 0 až 360° je zoele zbytečná, neboť výstupní signál fázově citlivého detektoru se při fázovém posuvu o 180° jž opakuje a má pouze opačnou polaritu, což je zcela lhostejná, neboť amplituda signálu vady ss vyhodnocuje absolutně. Pro daný účel je dokonce využitelný pouze fásový rozsah menší naž 90°. Výslednou nevýhodou celého zařízení, především zaviněnou nemožností kompenzovat signál neeymetrie sondy, je nemožnost využít stejnosměrnou složku výstupního signálu fázově oitlivého detektoru k ustavení eondy vůči kontrolovanému povrohb, čímž ss dokonce může stát, žs při špatném ustavení sondy ee zahltí zesilovač nebo fázově citlivý detektor. Nu správné ustavení eondy vůči kontrolovanému povrchu je možno usuzovat jen podle průběhu signálu pozorovaného pomooí osciloskopu, oož je vhodné pouss pro laboratoře, ale nevhodné a neekonomické pro provos. Výstupní signál fásové citlivého detektoru nelse v tomto připadá využít ani k statickému vyhledání vady, které je někdy účelné.

Uvedené nedostatky odstraňuje předmět vynálezu, který»je zapojení k vyhodnocování signálu diferenční sondy. Podstata vynálezu spočívá v tom, že na výstupy symetrického generátoru je jednak připojeno primární vinutí diferenční sondy, jednak samočinný přepínač fásí a obvod pro volbu fásové sslskoo předvolitelnou plynulo nebo po stupních a déle obvod pro vykompenzování reálné složky nesymetrie a obvod pro vykompenzování jalové složky neeymetrie diferenční sondy, na jejich spojené výstupy js připojen jeden konec sekundárního vinutí táto diferenční eondy, přičemž druhý konec tohoto vinutí je veden na vstup resonančního obvodu, jeho výstup js připojen na vstup zesilovače integrovaného obvodu, na jehož další vývod js připojen zpětnovazební potenciometr a výetup zesilovače js spolu · výstupem

195 979 obvodu pro samočinné přepínání fází nebo a výstupem obvodu pro volbu fázová selekce přes ručně ovládaný přepínač připojen ke vstupům fázově citlivého detektoru integrovaného obvodu a k jeho výstupu je připojen jeden vývod měřicího přístroje, přičemž jeho druhý vývod je připojen k výstupu proměnného napěťového děliče, jehož dva neproměnná vývody jsou připojeny k napájecímu napětí integrovaného obvodu.

Pokrok dosažený vynálezem spočívá v tom, že celé zapojení pro napájení diferenční sondy a pro vyhodnocování jejího Signálu se zjednoduěi a zlevní a přesto proti dosavadnímu zapojení umožňuje podle výchylky vestavěného měřicího přístroje vyvážení nesymetrie sondy, ustavení sondy vůči kontrolovanému povrchu i statická vyhledání vady. FředevSím odpadne výrobně náročný fázový variátor s budicím výkonovým zesilovačem napětí fázově posunutého o 90°· Celá tato čáat ae nahradí levným obvodem pro volbu fázová selekce předvolitelnou plynule nebo po stupních obvykle proměnným odporem R-C členu, který tento obvod tvoří. Kromě toho je možno celý vysokofrekvenční zesilovač výstupního signálu sondy včetně fázově citlivého defektoru realizovat jediným a levným integrovaným obvodem určeným pro vysokofrekvenční zesílení a detekci frekvenčně modulovaných rozhlasových signálů, čímž se celá zařízení dále zjednodučí a zlevní.

Vynález je znázorněn na přiloženém výkrese, kde na obr. 1 je schéma zapojení k vyhodnocování signálu diferenční sondy a na obr. 2 je vektorový diagram vysvětlující vyrovnání nesymetrie sondy a volbu fázová selekce.

Symetrický generátor X (obr.l) dvou stejně velkých napětí fázově posunutých o 180° napájí primární vinutí diferenční sondy £ a současně i dalěí obvody. Především je to obvod 2 P^ro vykompenzování reálná eložky nesymetrie a obvod 6 pro vykompenzování jalové složky nesymetrie diferenční sondy 2. Oba obvody 2» — sestávají z poteneiometru zapojeného mezi oba vývody symetrického generátoru 1 a děliče napětí připojeného mezi jejich jezdce a kostru. Rozdíl je pouze v tom, že dělič obvodu £ pro vykompenzování reálné eložky nesymetrie je vytvořen dvěma odpory a dělič obvodu 6 pro vykompenzování jalová eložky nesymetrie je vytvořen kondensátorem a odporem. Protože impedance kondensátoru je mnohonásobně větší než hodnota odporu spojeného a kostrou, vzniká na tomto odporu kompenzační napětí téměř dokonale fázově posunuté o 90° proti napájecím napětím i proti kompenzačnímu napětí získanému v obvodu 2 P^ro vykompenzování reálná složky nesymetrie. Otáčením potenoiometrů z jedná krajní polohy do jejich středů klesají kompenzační napětí na odporech napěťových děličů spojených a kostrou z maximální hodnoty do nuly, kde ae skokem mění jejich fáze o 180° a při dalším otáčení potenoiometrů narůstají opět napětí do maximální hodnoty a touto opačnou fází. Připojením diferenční sondy 2, zasunutím jejího ko hektoru ae vývody kompenzačních napětí apojí, přičemž ke spojeným vývodům ae připojí jeden koneo. jejího sekundárního vinutí. Protože obě kompenzační napětí jsou vzájemně fázově posunuta o 90°, je možno kombinaci nastavení potenoiometrů přivést k tomuto konci kompenzační napětí vhodná velikosti a v libovolném fázovém posuvu O až 360°.

193 979

Druhý vývod sekundárního vinutí diferenční sondy 2 je připojen přee rezonanční obvod 2 naladěný na kmitočet symetrického generátoru 1 k vysokofrekvenčnímu zesilovači, od kterého je i galvanicky odděluje. Jako vysokofrekvenční zesilovač včetně fázová citlivého detektoru a emitorového sledovače je a výhodou použit jediný integrovaný obvod určený pro vysokofrekvenční zesílení a detekci frekvenčně modulovaných rozhlasových signálů (např. KA_ 661). Zisk zesilovače ee nastavuje zpětnovazebním potenoiometrem 2· Propojení vysokofrekvenčního zesilovače e fázově citlivým detektorem je provedeno přímo v integrovaném obvodu.

Pro zajištění fázová eelekoe při vyhodnocování signálu diferenční sondy 2 je třeba k fázově citlivému detektoru integrovaného obvodu 8 přivést jeětě napětí konstantní amplitudy a fázově vhodně posunutá vůči napájecímu napětí diferenční sondy 2.· U použitého zapojení ee toto napětí získává obvodem £ pro volbu fázová selekce, který tvoří jednoduchý R-C člen, zapojený mezi oba vývody symetrického generátoru 1. Pázový posuv napětí získávaného tímto obvodem v rozsahu téměř O až 180° je možno realizovat jedním nebo oběma proměnnými prvky RC členu. Nejjednoduěěí je použití proměnného odponi. Vektorová znázornění získávání napětí pro fázovou selekci je na obr. 2. Je-li napětí na jednom vývodu symetrického generátoru Vj a na druhém V₂, pohybuje ee při změně jednoho nebo obou prvků R-C členu konec vektoru napětí Vy pro fázovou selekci po půlkružnici nad průměrem tvořeným součtem obou stejně velkých napětí V^ + Vg. Pro přístroj určený k laboratorním účelům je výhodná použít RC člen e jedním plynule proměnným prvkem. Pro průmyslová použití je vhodnějěi použít RC člen e přepínáním hodnoty jednoho prvku po stupních, kterými se pevně předvolí fázová selekce. Pro povrchovou defektometrii elementů valivých ložisek postačí dvě předvolená napětí, např. Vy^ a Vy₂, přičemž jedno slouží pro optimální fázovou selekci vad typu prasklina s největším potlačením vlivu jiných nehomogenit povrohu na signál a druhá pro kompromisní fázovou selekci vhodnou jak pro indikaci vad typu prasklina, tak pro indikaci tvarových vad, například typu zaleStSná ploSka. Na obr.l je pro jednoduchost znázorněn jeden RC Šlem s možností předvolby fázová selekce proměnným odporem.

Kromě mnoha výhod má integrovaný obvod HAA 661 použitý pro vyhodnocování signálu diferenční sondy 2 i jednu nevýhodu. Stejnosměrná úroveň výstupu fázově citlivého detakto ru není nulová. Je sice stabilní, ale současně je i závislá na velikosti napájecího napití V_n (obr.l). Aby bylo možno k výstupu připojit měřicí přístroj lj. s nulou uprostřed, určený k vyvážení nesyaetrie diferenční sondy 2, k ustavení polohy táto sondy vůči kontrolovanému povrchu a případně k statickému vyhledávání vady, je nutno druhý vývod aěřioího přístroje 11 připojit k výstupu proměnného nepilového děliče 12. zapojeného mezi napájecí napětí V_Q a kostru. Při vyvažování nesymetrie diferenční sondy 2, při jejím ustavování vůči kontrolovanému povrchu i při provozní kontrolo jejího vyvážení a ustavení bylo by vždy nutno nejdříve zkontrolovat a případně dostavit nulovou výchylku měřioího přístroje 11, při zkratovaném vstupu zesilovače integrovaného obvodu 8, což by předpokládalo komplikaci prováděných Operací. Aby to nebylo nutná, je zapojení vybaveno samočinným přepínačem fází 2, který po přepnutí ručně ovládaného přepínače 10 připojuje ▼

195 979 poměru spínacích dob asi 1:10 obě fáze symetrického generátoru 1 k fázově citlivému detektoru. V této poloze ručně ovládaného přepínače 10 udává měřieí přístroj 11 výchylky ve směru nevyvážení reálná složky nesymetrie diferenční sondy 2 a krátkým cukáním ručičky aměr, kterým má být tato aložka vyrovnávána. Když cukání ustane, je reálná složka nesymetrie diferenční sondy £ zoela vykompenzována, nebol β napájecím napětím jedná fáze V^ ani a reálným napětím druhá fáze V₂ fázově posunutým o 180° nevzniká žádný rozdíl výstupních napětí a na výstupu je stejnosměrná úroveň odpovídající nulovému napětí na vstupu zesilovače. Na tuto úroveň je nyní možno nastavit úroveň proměnného napělováho děliče 12 vyrovnáním výchylky měřicího přístroje 11 na nulu. Výstupní napětí fázově citlivého detektoru £ ee vede nejen na měřicí přístroj 11. ale i k dalěímu zpracování*

Poetup vyrovnání nesymetrie diferenční sondy 2 a jejího ustavení vůči kontrolovanému povrchu je následující. Ručně ovládaný přepínač 10 ae přepne na výstup samočinného přepínače fází £. Vyrovnáním výchylky měřicího přístroje 11 pomocí potenciometru obvodu pro vykompenzování reálná složky nesymetrie £ tak daleko, až periodioká cukání ručičky ustane, ee vykompenzuje reálná aložka ^VS1 celková nesymetrie V& (obr. 2). Neudává-li měřioí přístroj 11 po tomto vyrovnání nulu, dostaví aa potaneiometrem proměnného napělováho děliče 12. Ručně ovládaný přepínač 10 se přepne na výstup obvodu £ pro volbu fázová selekce a vyrovnání jalová složky nesymetrie Vj ae provede potaneiometrem obvodu 6 pro vykompenzování jalová složky nesymetrie. Al je tento obvod laděn plynule nebo po skocích, je vhodná, aby vektor napětí pro fázovou selekci byl při tomto úkonu přibližně kolmý na vektory napětí V^ a V₂ symetrického generátoru 1. Podle vektorového znázorněni na obr.2 je tedy vhodnějěí V_pi než V_p2. Není-li tato podmínka splněna, objeví ae po zpětném přepnutí ručně ovládaného přepínače 10 nevyváženi reálná složky nesymetrie ^VR2 a je ji nutno jeětě dokompenzovat potaneiometrem obvodu £ pro vykompenzování reálná složky nesymetrie4 Obvykle to věak již není nutná. Konečně ee ustaví náklon diferenční sondy 2 vůči povrchu kontrolované součásti tak, aby výchylka měřicího přístroje 11 zůstala opět přibližně nulová. Přepnutím ručně ovládaného přepínače 10 na výstup obvodu £ pro volbu fázové aelekoe při současná vhodná předvolbě táto fázová selekce je přístroj připraven k provozu.

Provozní kontrola vzájemného ustavení diferenční sondy 2 vůči povrchu kontrolovaná součásti, která je nejčaatějěí, nebol ee může při provozu zařízení změnit, ae provede přepnutím ručně ovládaného přepínače 10 na výstup samočinného přepínače fází £, případnou korekcí ustavení diferenční sondy 2 a zpětným přepnutím ručně ovládaného přepínače 10.

Vyvážení nesymetrie diferenční eondy 2. i její ustavení vůči kontrolovanému povrchu není přlliě kritická. Jde pouze o to, aby fázově citlivý detektor integrovaného obvodu 8 nebyl zahlcen příliě velkým vstupním napětím.

Uvedená zapojení má i některá dalěí výhody. Nahradí-li ae sonda jednoduchým přípravkem 13 za dvou odporů z nichž odpor R_g snižuje výstupní napětí obvodu £ pro vykompenzování reálná složky nesymetrie diferenční eondy 2 na vhodnou hodnotu a odpor R^

195 979 nahrazuj· vnitřní odpor diferenční sondy 2 a přivádí napětí na rezonanční obvod 2» je možno provést řadu výrobních i provozních nastavení nebo kontrol· Při nastavení potenciometru obvodu 5 pro vykompenzováni reálná eložky neeymetrie donákterá z krajních poloh, je na rezonanční Obvod 2 přiveden přesně definovaný zlomek konstantního napětí nebo V₂ symetrického generátoru i* Při ručně ovládaném přepínači 22. přepnutém na výstup obvodu pro samočinná přepínání fázi 2 je ⁿ* fázová citlivý detektor přiváděno napětí nebo

V₂, která je ve fázi s definovaným vstupním napětím přiváděným na rezonanční obvod 2· Podle maximálnívýchylky měřicího přístroje 11 je možno naladit rezonanci tohoto obvodu na kmitočet symetrického generátoru 2 a podle plná výchylky měřicího přístroje 11 je možno zpětnovazebnímpoteneiometrém 2 nastavit definovaný ziek zesilovače a fázově oitliváho detektoru integrovaného obvodu včetně zieku rezonančního obvodu 2· Pokud je základní zesílení pro určitá použití nevyhovující, je možno podle výchylky měřicího přístroje 11 nastavit vyěěl nebo nižěí zesílení v definovaném násobku nebo zlomku zesílení základního. Po přepnutí ručně ovládaného přepínače 10 k výstupu obvodu pro volbu fázová selekce £ udává měřicí přístroj 11 výchylku X, která odpovídá stonásobně hodnotě cosinu úhlu svíraného vektorem napětí Vj, pro fázovou selekci se směrem vektorů Vj a Vj. Podle obr. 2 odpovídá napětí ^VP1 hodnota X^ a napětí ^VP2 hodnota X₂« Pomocí přípravku 13 je tedy možno předvolit nebo kontrolovat předvolbu fázová selekce. Poněvadž má přípravek 13 pouze dva odpory, je účelná je vestavět do stejného konektoru jaký je používán pro sondu. Tím je velmi levný a přesto je možno pomocí něj provádět kromě nastavení kmitočtu a amplitudy napětí symetrického generátoru 2 celá výrobní aladiní a všechny případné kontroly nebo přestavení v provozu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení k vyhodnocování signálu diferenční sondy, vyznačená tim, že na výstupy symetrického generátoru (1) je jednak připojeno primární vinutí diferenční sondy (2), jednak samočinný přepínač fází (3) a obvod (4) pro volbu fázová selekoa předvolitslnou plynulo nebo po stupních a dále obvod (5) pro vykompenzování reálná eložky neeymetrie a obvod (6) pro vykompenzování jalová eložky neeymetrie diferenční sondy (2), na jejich spojená výstupy je připojen jeden konec sekundárního vinutí táto diferenční sondy (2), přičemž druhý konec tohoto vinuti je veden na vstup rezonančního obvodu (7), jeho výstup je připojen na vstup zesilovače integrovaného obvodu (8), na jehož dalěí vývod je připojen zpětnovazební potenoiometr (9) a výstup zesilovače je spolu s výstupem obvodu pro samočinná přepínání fází (3) nebo e výstupem obvodu (4) pro volbu fázová selekce přes ručně ovládaný přepínač (10) připojen ke vstupům fázová citlivého detektoru integrovaného obvodu (8) a k jeho výstupu jo připojen jeden vývod měřicího přístroje (11), přičemž jeho druhý vývod je připojen k výstupu proměnného napěíováho děliče (12), jehoě dva neproměnná vývody jsou připojeny k napájecímu napětí integrovaného obvodu (8).