NO830597L - Apparat til proevning med foucaultstroemmer ved bruk av elektroniske utbalanseringsmidler - Google Patents

Description

Apparat' til prøvning med f oucaultstrømmer

ved bruk av elektroniske utbalanseringsmidler

Den foreliggende oppfinnelse går ut på et apparat til

prøvning med foucaultstrømmer med elektronisk utbalanserings-

sløyfe. Den finner sin anvendelse ved ikke-destruktiv prøv-

ning.

Ikke-destruktiv prøvning med foucaultstrømmer består i

å frembringe et variabelt magnetfelt ved hjelp av en primær-

vikling, utsette et stykke som skal prøves, for dette magnet-

felt, ta ut en målespenning på klemmene til en sekundærvikling anordnet i nærheten av prøvestykket, og analysere denne spen-

ning. Primær- og sekundærviklingene kan være sammenviklet eller danne en bro. Enhver feil i stykket (dimensjonsendring, variasjon i elektrisk ledningsevne, variasjon i magnetisk permeabilitet, riss osv....) endrer fasen og styrken av de foucaultstrømmer som sirkulerer i stykket, og dermed måle-

spenningen.

I de fleste tilfeller skjer målingen differensielt.

Til dette formål blir et referansestykke som er kjent å være i

orden, utsatt for et magnetfelt maken til det som benyttes for prøvestykket, og den analyserte spenning dannes av differansen mellom spenningen for det prøvede stykke og spenningen for referansestykket. De anordninger som gjør det mulig å frem-

bringe denne referansespenning og danne differansespenningen,

utgjør utbalanseringsmidler.

Et apparat til ikke-destruktiv prøvning med foucault-

strømmer under anvendelse av utbalanseringsmidler fremtrer dermed som anskueliggjort på fig. 1. En generator 10 for sinusformet signal etterfølges av en forsterker 12 som mater en sonde 14 som stykkene 16 som skal prøves, passerer forbi.

En annen sonde 14' maken til den første og likeledes energi-

sert med forsterkeren 12, er anordnet i forhold til et referansestykke 16' på samme måte som sonden 14 er anordnet i forhold til stykkene 16 som skal prøves. Den spenning som tas ut over klemmene på sonden 14, utgjør målespenningen, og den som tas ut over klemmene på sonden 14', utgjør referanse-

spenningen.

Disse spenninger blir forsterket ved hjelp av for-sterkere 18 og 18' som avgir spenninger Vm og Vr som blir tilført de to innganger 20/1 og 20/2 til en differensialforsterker 20. Denne etterfølges av en forsterker 22 som har regulerbar forsterkning og er forbundet med en signalbehand-lingskobling 24. Denne kobling egner seg til å bestemme andelene av differansespenningen i henholdsvis fase og fase-kvadratur med energiseringsspenningen som leveres av generatoren 10. Men det kan også dreie seg om en mer kompleks kobling som gjør det mulig å bestemme signalets fourierkompo-nenter. En krets 26 gjør det mulig å tolke resultatene (utvalg, sondring, registrering av resultater, statistikker osv....).

Avbildningen på fig. 1 gir inntrykk av at hver av sondene utgjøres av en eneste vikling. Imidlertid kan sondene i praksis innbefatte flere (f.eks. anordnet i bro), men den foretatte forenkling har ingen betydning for forståelsen av oppfinnelsen.

Når det gjelder denne klasse av apparater, kan der henvises til H. L. Libbys US patent nr. 3.229.198 utstedt 11. januar 1966 med tittelen "Eddy current nondestructive testing device for measuring multiple parameter variable of a metal sample".

I visse apparater av denne type har behandlingskob-lingen 24 numerisk funksjon. I så fall omfatter den som anskueliggjort på fig. 1 en analog-numerisk omformer 30 etterfulgt av et variabelt lager 32 av typen med direkte aksess (på engelsk "Random Access Memory") som adresseres av en teller 36 tilkoblet et ur 38. Lageret etterfølges av en numerisk behandlingskrets 34. Dreier det seg om å beregne de harmoniske komponenter av et signal, utfører denne krets en diskret fouriertransformasjon.

Den utbalanseringsanordning som er vist på fig. 1, har adskillige ulemper: - den minsker den disponible spenning for stykkene som skal prøves, til det halve,

- den behøver to sonder,

- den krever at referansestykket til stadighet er utsatt for magnetfeltet, noe som i det lange løp fører til en endring av referansesignalet (oppvarming av materialet, variasjon i dets magnetiske egenskaper, osv.).

Hensikten med oppfinnelsen er å avhjelpe disse ulemper ved å gi anvisning på utbalanseringsmidler av elektronisk art. Hensikten oppnår man ved å tilveiebringe et referansesignal en gang for alle, å lagre dette signal og å reprodusere det ved hver måling for å samordne det med målesignalet.

Lagringen av det signal som tilsvarer referansestykket, er særlig bekvem i tilfellet av numeriske apparater, siden disse allerede har et lager, betegnet opptakslager (lageret 32 på fig. 1)) hvor der lagres stikkprøver av det målte signal. Det blir da nok å lagre resultatet av den måling som fås med referansestykket, i dette lager og så kopiere dette innhold i et annet lager for til stadighet å ha referansesignalet til rådighet. Det første lager blir så tømt og gjort disponibelt for de målinger som svarer til de forskjellige stikkprøver som skal prøves. Dermed gjør man bare en gang bruk av referansestykket, idet reproduksjonen av referansesignalet oppnås elektronisk. Alle de ovenfor oppregnede ulemper er dermed fullt ut unngått.

Ennvidere har oppfinnelsen den følgende fordel: i ut-førelsene etter eldre teknikk finnes der to målekjeder (dels sonde 14-forsterker 18 og dels sonde 14'-forsterker 18'). Imidlertid kan slike kjeder ikke være absolutt like. I det

differansesignal som leveres av forsterkeren 20, finnes der derfor en andel som skyldes ulikevekt av de to veier. Med oppfinnelsen får koblingen bare en eneste målevei, som ut-nyttes to ganger: først med referansestykket og deretter med de forskjellige stykker som skal prøves. Eventuelle defekter i analyseveien blir dermed fullstendig kompensert, siden de vil ha samme virkninger på måle- og referansesignalene.

Nærmere bestemt går den foreliggende oppfinnelse ut på et apparat til ikke-destruktiv prøvning med foucaultstrømmer, omfattende på kjent måte:

- en energiseringsgenerator,

- en sonde forbundet med generatoren,

- anordninger til å utta en målespenning i sonden,

- anordninger til å frembringe en referansespenning,

- en differensialforsterker som har en første og en annen inngang og en utgang, hvorav den første inngang mottar målespenningen og den annen referansespenningen, - numeriske signalbehandlingsanordninger som har en inngang forbundet med differensialforsterkerens utgang via en forsterker, og som omfatter i rekkefølge en analog-numerisk omformer, et første variabelt lager med direkte aksess og en numerisk behandlingskrets,

karakterisert ved

at anordningene til å frembringe en referansespenning omfatter et annet variabelt lager som har direkte aksess og har en inngang og en utgang, hvorav inngangen er forbundet med det første variable lagers utgang via en avbrytekrets og en numerisk-analog omformer som har en inngang forbundet med lagerets utgang og har en utgang forbundet med annen inngang til differensialforsterkeren.

Særtrekkene og fordelene ved den foreliggende oppfinnelse vil fremgå bedre av den følgende beskrivelse av en utførelsesform som anføres som ikke begrensende eksempel. I beskrivelsen blir der henvist til de tegningsfigurer som følger etter den allerede omtalte fig. 1, og hvorav

fig. 2 er et oversiktsskjema over de utbalanseringsmidler som benyttes ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 anskueliggjør et utførelseseksempel på et ut-balanseringslager, og

fig. 4 anskueliggjør et utførelseseksempel på den numerisk-analoge omformer.

I skjemaet på fig. 2 gjenfinner man elementer som allerede er vist på fig. 1, og som av den grunn har samme henvisningsbetegnelser, nemlig: den analog-numeriske omformer 30, opptakslageret 32 som adresseres av en teller 36 som selv styres av et ur 38, og beregningskretsen 34. I tillegg viser fig. 2 utbalanseringsmidler som utgjøres av et annet lager 40 som er av lignende utførelse som opptakslageret 32 og har en datainngang 39 forbundet med utgangen fra opptakslageret 32 via en avbryterkrets 37 og videre har en adresseringsinngang 41 og en utgang 42, samt av en numerisk-analog omformer 44 som har en inngang 4 3 forbundet med lagerets utgang 42, og en utgang 45 forbundet med annen inngang 20/2 til differensialforsterkeren 20. De viste midler innbefatter ytterligere en teller 4 6 som er forbundet med adresseringsinngangen 41 og mottar pulsene fra uret 38. En krets 48 tillater forhånds-ladning av telleren med et startinnhold.

Den samlede viste koblingsanordning kan omfatte en mikroprosessor 50 som styrer alle eller noen av de ovennevnte komponenter i samsvar med informasjonsbehandlingsteknikker som er velkjente innen faget og ikke inngår i oppfinnelsen som sådan. Denne mikroprosessor er forøvrig bare av betydning i apparater med meget store ytelser.

Virkemåten av denne kobling fremgår klart av det fore-gående. Når referansestykket er plassert i målesonden, utgjør det numeriske signal som registreres i lageret 32, i virkeligheten referansesignalet. Dette signal dannes av N numeriske stikkprøver, noe som krever N lagerposisjoner. Hver posisjon er definert ved en adresse, og hver adresse svarer til et kjent innhold av telleren 36. I skrivefasen tiltar tellerens innhold suksessivt fra 0 til N-l under styring fra uret 38, og de N stikkprøver innskriver seg sekvensielt på de N tilsvarende adresser.

Innholdet i opptakslageret 32 blir så kopiert i utbalanseringslageret 40. Denne operasjon blir meget enkel på grunn av den fordoblede anordning av teller- og lagrings-elementer: telleren 46 er likedan som telleren 36 styrt av uret 38 slik at adresseringen av en stikkprøve som skal utleses i opptakslageret, samtidig blir ledsaget av adresseringen av denne stikkprøve for innskriving i utbalanseringslageret 40.

Selvsagt kan lese- og skriveadressene være forskutt dersom kretsen 48 meddeler telleren 46 et startinnhold for-skjellig fra null.

Under hver kopieringsoperasjon blir avbryterkretsen 37 sluttet. Når referansesignalet deretter innskrives i lageret 40, åpnes avbryteren 37, og lageret 32 blir disponibelt for skrivning og lesning av data svarende til stykkene som skal prøves.

Det vil lett forstås at de forbindelser som er antydet på fig. 2, er skjematiske og det i virkeligheten dreier seg om busser av flere forbindelser. Likeledes er avbryteren 37, som er vist rent skjematisk, i virkeligheten en elektronisk krets egnet til å formidle flere binære elementer. Hensikten med fig. 3 og 4 er nettopp å gi en mer realistisk forestilling om disse anordninger. Figurene gjelder et spesielt utførelses-tilfelle som tilsvarer et apparat som arbeider i området 3-3.000 Hz med 512 stikkprøver som hver kodes på 12 binære elementer eller bits.

Fig. 3 viser for det første utbalanseringslageret 40 dannet av tre lagerkretser, f.eks. av type 2148 H, som arbeider på 4 bits. Inngang og utgang av data skjer til høyre. Skrivning og lesning styres ved hjelp av en forbindelse WR. Ved skrivning passerer vedkommende data kretsen 37, som setter seg sammen av to toveisvirkende bufferkretser, f.eks. av type 8304. Disse kretser har åtte innganger forbundet med opptakslageret 32, og åtte utganger hvorav bare fire benyttes for en av dem. Adresseringen av lageret skjer fra venstre under anvendelse av telleren 46, som dannes av tre tellekretser, f.eks. av type 74LS191. Hver av disse enkelttellere arbeider på 4 bits,, noe som gjør det mulig ved bare å ta 2 bits for en av tellerne å sammenstille adresser på 10 bits. Av disse tjener 9 bits til å adressere en av de 512 stikkprøver (2 9=512) og den tiende til å stille telleren tilbake på null. Telleren har en forbindelse CK til uret og en forbindelse LD for styring av ladning. De 12 databits som leses i lageret 40, formidles via 12 forbindelser E0-E11 som fører til den numerisk-analoge omformer 44.

Foran telleren sitter en grensesnittkrets 52, f.eks. av type 8255, som tillater mikroprosessoren å forhåndslade telleren med et startinnhold.

Fig. 4 viser den numerisk-analoge omformer 44, som mottar de 12 bits fra utbalanseringslageret 40. Denne omformer kan være av type AD 565. Den leverer ved sin utgang 45 en strøm som transformeres med hensyn til spenning ved hjelp av en strøm-spenningsomformer 54. Det er den leverte spenning fra denne sistnevnte krets som utgjør den referansespenning Vr som påtrykkes inngangen 20/2 til differensialforsterkeren 20.

Claims (2)

1. Apparat til ikke-destruktiv prøvning ved hjelp av foucaultstrømmer, omfattende

- en energiseringsgenerator (10), - en sonde (12) forbundet med generatoren, - anordninger til å utta en målespenning (Vm) i sonden, - anordninger til å•frembringe en referansespenning (Vr), - en differensialforsterker (18) som har en første og en annen inngang (20/1, 20/2) og en utgang, hvorav den første inngang mottar målespenningen og den annen mottar referansespenningen, - numeriske signalbehandlingsanordninger (24) som har en inngang forbundet med differensialforsterkerens utgang gjennom en forsterker (22) , og som omfatter i rekkefølge en analog-numerisk omformer (30) , et første variabelt lager (32) med direkte aksess og en numerisk behandlingskrets (34) , karakterisert ved at anordningene til å frembringe en referansespenning omfatter et annet variabelt lager (40) som har direkte aksess, og som har en inngang og en utgang, hvorav inngangen er forbundet med utgangen fra det første variable lager (32) via en avbryterkrets (37) og en numerisk-analog omformer (44) som har en inngang forbundet med lagerets utgang, og en utgang forbundet med annen inngang til differensialforsterkeren.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at hvert lager adresseres av en teller.