PL209797B1 - Wiroprądowy przetwornik pomiarowy do badań nieniszczących - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wiroprądowy przetwornik pomiarowy do badań nieniszczących, do precyzyjnego pomiaru głębokości wad materiałowych.

W badaniach nieniszczących podstawowym problemem jest detekcja, a następnie identyfikacja niejednorodności lub nieciągłości materiału. W wielu praktycznych przypadkach nieciągłość ma charakter wąskich szczelin. Dla uproszczenia opisu na określenie tego typu niejednorodności/nieciągłości materiału używany będzie termin wada. Zagadnienie identyfikacji wady polega na określeniu jej parametrów tzn. długości, szerokości i głębokości. W przypadku niektórych zastosowań istnieje konieczność precyzyjnej oceny głębokości wad występujących w grubych płytach. Proponowany przetwornik cechuje się liniową zależnością amplitudy sygnału wyjściowego od głębokości wady w szerokim zakresie zmienności, ze szczególnym uwzględnieniem wad o dużej głębokości.

Powszechnie stosowane przetworniki wiroprądowe do badań nieniszczących w dużej części nie pozwalają na łatwe i precyzyjne określanie głębokości wad. Znane są konstrukcje przetworników, które umożliwiają rozwiązanie tego problemu. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie pary przetworników obróconych o kąt 90 stopni. Wadą takiego rozwiązania jest to, że różne typy wad powodują występowanie maksimum sygnału dla różnych położeń przetwornika. Powoduje to między innymi konieczność zachowania stałej odległości między kolejnymi punktami pomiarowymi. Innym stosowanym rozwiązaniem jest użycie jednego wzbudnika i odpowiednio rozmieszczonych dwóch par czujników. Takie rozwiązanie nie gwarantuje jednak uzyskania maksymalnej czułości dla różnego typu wad. Znany jest z rosyjskiego patentu RU 2146362 przetwornik do wykrywania i pomiaru wad materiału w elementach rurowych i walcowych, posiadający jedno uzwojenie wzbudzające, cztery pary różnicowych uzwojeń pomiarowych do pomiaru wielkości wad oraz ekran metalowy, wyposażony w cztery sektory, z których każdy przepuszcza pole elektromagnetyczne generowane przez inne uzwojenie. W innym rozwiązaniu stosowany był przetwornik różnicowy, w którym zastosowano dwa uzwojenia wzbudzające i jedno uzwojenie pomiarowe umieszczone pomiędzy nimi. Jedno z uzwojeń wzbudzających umieszczono w pobliż u materia ł u badanego, a drugie wzbudzenie znajdował o się w pobliż u przewodzą cej obudowy pełniącej rolę elementu odniesienia.

Wiroprądowy przetwornik pomiarowy według wynalazku zawierający obudowę, dwa rdzenie ferromagnetyczne w kształcie litery „C”, na których umieszczone są uzwojenia wzbudzające i uzwojenia pomiarowe charakteryzuje się tym, że jeden z rdzeni ferromagnetycznych jest umieszczony wewnątrz drugiego, większego, rdzenia ferromagnetycznego, centralnie pomiędzy jego kolumnami. Uzwojenie wzbudzające nawinięte na każdym z rdzeni zasilane jest prądem przemiennym jednoczęstotliwościowym o takich samych częstotliwościach dla każdej cewki lub różnych częstotliwościach dla każdej z cewek. Uzwojenia pomiarowe nawinięte na obu rdzeniach ferromagnetycznych po łączone są różnicowo. W przypadku zasilania uzwojeń wzbudzenia różnymi częstotliwościami, przed podaniem napięć zaindukowanych w uzwojeniach pomiarowych na wzmacniacz różnicowy są one przekształcane w układach prostownikowych na sygnały stałe. Wszystkie elementy przetwornika umieszczone są w prostopadłościennej plastikowej obudowie, której celem jest mechaniczna osłona elementów pomiarowych przetwornika. W celu uzyskania stabilnej pracy przetwornika obudowa przetwornika może zostać wypełniona żywicą epoksydową.

Zaletą przetwornika według wynalazku jest możliwość uzyskania liniowej zależności amplitudy sygnału od głębokości wady w szerokim zakresie głębokości wad. Pozwala on na precyzyjne określenie głębokości nieciągłości występującej w badanym materiale, również i tych nieciągłości, które cechują się dużymi głębokościami.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania i na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schematy blokowy układu z uzwojeniami wzbudzającymi zasilanymi sygnałem o jednakowej częstotliwości, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu, w którym każde z uzwojeń wzbudzających zasilane jest sygnałem o innej częstotliwości.

P r z y k ł a d 1

Przetwornik składa się z rdzenia ferromagnetycznego 5, na którym nawinięte jest pierwsze uzwojenie wzbudzające 3 i pierwsze uzwojenie pomiarowe 1. Na drugim rdzeniu ferromagnetycznym 6 nawinięte jest drugie uzwojenie wzbudzające 4 i drugie uzwojenie pomiarowe 2. Uzwojenia wzbudzające 3 i 4 zasilane są prądem przemiennym o częstotliwości f z generatorów 10 i 11, zsynchronizowanych ze sobą. Strumienie pochodzące od uzwojeń 3 i 4 wzbudzają napięcia w uzwojeniach pomiarowych 1 i 2. Uzwojenia pomiarowe są połączone ze wzmacniaczem różnicowym 12, w taki sposób,

PL 209 797 B1 że jeśli przetwornik znajduje się nad badanym materiałem 8 jednorodnym to napięcie wyjściowe wzmacniacza jest minimalne i bliskie zeru. Precyzyjne zerowanie przetwornika można przeprowadzić zmieniając amplitudy i/lub przesunięcie fazowe między prądami zasilającymi uzwojenia wzbudzające. Jeśli przetwornik znajdzie się nad wadą 9 to napięcia indukowane w pierwszym uzwojeniu pomiarowym 1 i drugim uzwojeniu pomiarowym 2 różnią się między sobą. Spowodowane jest to tym, że wada 9 wpływa na obwód magnetyczny związany z większym rdzeniem ferromagnetycznym 5 w innym stopniu niż na obwód związany z mniejszym rdzeniem ferromagnetycznym 6. Różnica napięć indukowanych w cewkach pomiarowych zależna jest w dominującym stopniu od głębokości wady h. Poprzez odpowiedni dobór częstotliwości prądu zasilającego uzwojenia wzbudzenia f można uzyskać liniową zależność amplitudy sygnału wyjściowego od głębokości wady h. Sygnał wyjściowy ze wzmacniacza różnicowego może być wizualizowany na monitorze 13 lub może podlegać dalszej analizie pozwalającej na identyfikację nieciągłości. Wszystkie elementy przetwornika umieszczono w prostopadłościennej plastikowej obudowie 7, której celem jest mechaniczna osłona elementów pomiarowych przetwornika. W celu uzyskania stabilnej pracy przetwornika obudowa przetwornika może zostać wypełniona żywicą epoksydową.

P r z y k ł a d II

Przetwornik składa się z rdzenia ferromagnetycznego 5, na którym nawinięte jest pierwsze uzwojenie wzbudzające 3 i pierwsze uzwojenie pomiarowe 1. Na drugim rdzeniu ferromagnetycznym 6 nawinięte jest drugie uzwojenie wzbudzające 4 i drugie uzwojenie pomiarowe 2. Uzwojenie wzbudzające 3 zasilane jest prądem przemiennym o częstotliwości f1 z pierwszego generatora 10, a uzwojenie wzbudzające 4 zasilane jest prądem przemiennym o częstotliwości f2 z drugiego generatora 11. Częstotliwość f1 jest mniejsza niż częstotliwość f2, a w związku z tym pole elektromagnetyczne o częstotliwości / wnika głębiej do badanego materiału 8 niż pole o częstotliwości f₂. Strumienie pochodzące od uzwojeń 3 i 4 wzbudzają napięcia w cewkach pomiarowych 1 i 2. Napięcia te po wyprostowaniu w nieładach 14 i 15 są odejmowane we wzmacniaczu różnicowym 12. Układ połączony jest w taki sposób, że jeśli przetwornik znajduje się nad badanym materiałem 8 jednorodnym to napięcie wyjściowe wzmacniacza jest minimalne i bliskie zeru. Precyzyjne zerowanie przetwornika można przeprowadzić zmieniając amplitudy i/lub częstotliwości prądów zasilających uzwojenia wzbudzające. Jeśli przetwornik znajdzie się nad wadą 9 to napięcia indukowane w pierwszym uzwojeniu pomiarowym 1 i drugim uzwojeniu pomiarowym 2 różnią się między sobą. Spowodowane jest to tym, że wada 9 wpływa na obwód magnetyczny związany z większym rdzeniem ferromagnetycznym 5 w innym stopniu niż na obwód związany z mniejszym rdzeniem ferromagnetycznym 6. Różnica napięć jest większa niż w przypadku wykonania pierwszego, gdyż uzwojenia wzbudzające zasilane są sygnałami o różnych częstotliwościach. Sygnał wyjściowy ze wzmacniacza różnicowego może być wizualizowany na monitorze 13 lub może podlegać dalszej analizie pozwalającej na identyfikację nieciągłości. Wszystkie elementy przetwornika umieszczono w prostopadłościennej plastikowej obudowie 7, której celem jest mechaniczna osłona elementów pomiarowych przetwornika.

Claims (4)

1. Wiroprądowy przetwornik pomiarowy do badań nieniszczących zawierający obudowę, dwa rdzenie ferromagnetyczne, na których umieszczone są uzwojenia wzbudzające i uzwojenia pomiarowe, znamienny tym, że jeden z rdzeni ferromagnetycznych (6) jest umieszczony wewnątrz drugiego rdzenia ferromagnetycznego (5), centralnie pomiędzy jego kolumnami.

2. Wiroprądowy przetwornik pomiarowy według zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenie wzbudzające (3, 4) nawinięte na każdym z rdzeni zasilane jest prądem przemiennym jednoczęstotliwościowym o takich samych częstotliwościach dla każdej cewki.

3. Wiroprądowy przetwornik pomiarowy wg zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenie wzbudzające (3, 4) nawinięte na każdym z rdzeni zasilane jest prądem przemiennym jednoczęstotliwościowym o różnych częstotliwościach dla każdej cewki.

4. Wiroprądowy przetwornik pomiarowy wg zastrz. 1, znamienny tym, że uzwojenie pomiarowe (1, 2) nawinięte na każdym z rdzeni ferromagnetycznych połączone jest różnicowo.