PL224890B1 - Wiroprądowy przetwornik różnicowy do nieniszczącego badania elementów metalowych z wewnętrznymi otworami o przekroju kołowym, zwłaszcza rur - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wiroprądowy przetwornik pomiarowy, służący do nieniszczącego badania elementów metalowych z wewnętrznymi otworami o przekroju kołowym, zwłaszcza rur, metodą prądów wirowych.

W badaniach nieniszczących struktur metalowych metodą prądów wirowych lub metodą strumienia rozproszenia jednym z podstawowych problemów jest detekcja i prawidłowa identyfikacja występujących w nich nieciągłości. Problem ten rozwiązywany jest między innymi poprzez zastosowanie odpowiednich elementów wzbudzających i detekcyjnych, a także dzięki doborowi częstotliwości wzbudzających.

Znany z patentu EP 2 450 700 A1 jest przetwornik w trzech konfiguracjach do detekcji wad w płaskich płytach stalowych i rurach, wykorzystujący zjawisko rozproszenia strumienia pola magn etycznego w miejscu wystąpienia wady, składający się z rdzenia typu U z nawiniętymi uzwojeniami wzbudzenia (konfiguracja 1) lub dwoma uzwojeniami umieszczonymi rozdzielnie tak, że badana rura znajduje się wewnątrz uzwojeń (konfiguracja 2), lub dwoma uzwojeniami umieszczonymi na obwodzie testowanej rury (konfiguracja 3) i czujnikiem lub zestawem czujników do pomiaru pola magnetycznego rozproszenia w różnych miejscach pomiędzy biegunami wzbudnika przemiennego pola magnesując ego. Sygnały składowej pola magnetycznego stycznej do powierzchni testowanego materiału lub ró wnoległej do osi rury z różnych lokalizacji pomiędzy biegunami pola są wzmacniane przy użyciu wzmacniacza z pętlą synchronizacji fazowej i przetworzone przez analizator sygnału.

Z patentu US 5574376 znany jest przetwornik do detekcji i identyfikacji wad w materiale, wykorzystujący pomiar strumienia rozproszenia. Przetwornik ten składa się z rdzenia z uzwojeniami wzbudzającymi przemienne pole magnesujące i dwóch (lub trzech) cewek pomiarowych umieszczonych w środku pomiędzy kolumnami rdzenia tak, że osie podłużne cewek są prostopadłe do siebie i tak, że oś podłużna jednej z cewek jest równoległa do kierunku pola magnesującego. Cewki dokonują pomi aru pola w dwóch (lub trzech) kierunkach, tak, że jedna składowa odpowiada wartości natężenia pola magnesującego zakłóconego w przypadku wystąpienia wady, druga (i trzecia) odpowiada wartości pola rozproszenia występującego na końcach wady w badanym materiale.

Z patentu US 7940298 B2 znany jest przetwornik do oceny zniekształceń i wad zbiornika do koksu naftowego składającego się z sekcji magnesującej materiał lokalnym jednorodnym polem zmiennym i dwoma czujnikami pola (lub macierzami czujników) umieszczonymi w kierunkach prostopadłych względem siebie. Czujnik pierwszy wykrywa zmiany gęstości strumienia magnetycznego w okolicach środka wady, drugi mierzy pole powstałe przez zniekształcenie przebiegu prądów w materiale wywołane przez końce wady. Cały przetwornik jest umieszczony na ruchomym ramieniu obrac ającym się dookoła.

Z patentu EP 0 152 687 A1 znany jest przetwornik do testowania rur, w którym wypadkowe pole magnesujące jest superpozycją dwóch pól przesuniętych względem siebie o zadany kąt, tak, że możliwe jest magnesowanie materiału stałym polem kierunkowym lub przemiennym helikalnym. Pomiar pola rozproszenia odbywa się przy użyciu macierzy jednoosiowych czujników pola magnetycznego umieszczonych dookoła wewnątrz rury tak, że znajdują się w bezpośrednim kontakcie ze ścianką wewnętrzną badanego obiektu.

Wiroprądowy przetwornik różnicowy według wynalazku, zawierający cylindryczną cewkę wzbudzenia nawiniętą na rdzeniu niemagnetycznym, nieprzewodzącym, zasilaną sinusoidalnie zmiennym prądem, czujniki, wzmacniacze, przetwornik oraz elementy detekcyjne, charakteryzuje się tym, że ma dwie grupy elementów detekcyjnych, każda po trzy elementy detekcyjne do pomiaru trzech składowych pola magnetycznego. Cewka wzbudzająca ma tak dobrana średnicę, że pomiędzy powierzchnią zewnętrzną uzwojeń, a powierzchnią wewnętrzną badanego obiektu pozostaje szczelina umożliwiająca zamocowanie elementów detekcyjnych. Elementy detekcyjne są umieszczone centralnie pomiędzy końcami cewki wzbudzającej, tak, aby znajdowały jak najbliżej powierzchni badanego materiału i d efektu, przy czym elementy detekcyjne służące do pomiaru tych samych składowych z obu grup są symetryczne względem osi podłużnej cewki wzbudzającej i są połączone różnicowo. Elementami detekcyjnymi mogą być czujniki hallotronowe, czujniki magneto rezystancyjne lub czujniki GMR. Elementy detekcyjne w każdej grupie umożliwiają pomiar trzech składowych indukcji magnetycznej: stycznej, normalnej do badanej powierzchni i równoległej do osi cewki wzbudzającej. Elementy detekcyjne mierzące odpowiednie składowe indukcji każdej z grup, połączone są odpowiednio z trzema wzmacniaczami różnicowymi. W takiej konfiguracji, sygnały wyjściowe ze wzmacniaczy różnicowych odpowiadaPL 224 890 B1 jące poszczególnym składowym indukcji, mają amplitudę zbliżoną do zera w przypadku, gdy przetwornik wykonany jest w pełni symetrycznie a testowany element wykonany jest z materiału o jedn orodnej strukturze. Amplituda sygnału różnicowego rośnie w przypadku niesymetrycznego położenia defektu względem elementów detekcyjnych przetwornika pomiarowego. Zastosowanie różnicowej konfiguracji umożliwia zwiększenie współczynnika wzmocnienia sygnałów pomiarowych, a co za tym idzie, na znaczącą poprawę czułości przetwornika. Dodatkowymi zaletami przetwornika według wynalazku jest prosta konstrukcja, wysoka czułość i duża odporność na zakłócenia zewnętrzne.

Przedmiot wynalazku opisany jest w przykładzie wykonania i przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przetwornik w badanej rurze w przekroju wzdłużnym, fig. 2 przedstawia przetwornik w badanej rurze w przekroju poprzecznym, fig. 3 przedstawia przetwornik w widoku perspektywicznym, fig. 4 przedstawia schemat blokowy przetwornika.

Przetwornik składa się z karkasu 1, na którym nawinięte jest cylindryczne uzwojenie wzbudzające 2 zasilane z generatora 9 poprzez wzmacniacz mocy 10. Uzwojenie wzbudzające 2 zasilane jest prądem przemiennym. Długość uzwojenia ustalono na podstawie wyników analizy numerycznej przetwornika, tak, aby w pobliżu elementów detekcyjnych pole wzbudzenia było relatywnie stałe, a z drugiej strony, aby przetwornik miał możliwie najmniejsze wymiary. Centralnie, pomiędzy końcami uzwojenia wzbudzającego 2, umieszczone są na plastikowych wspornikach 3 i 4 dwie grupy 5 i 6 elementów detekcyjnych. Każda z grup składa się z trzech ortogonalnie ułożonych czujników hallotronowych 5a, 5b, 5c i 6a, 6b, 6c umieszczonych tak, aby były jak najbliżej powierzchni badanego materiału 7 i ewentualnego defektu 8. Czujniki 5a i 6a mierzą składową styczną B_s indukcji, czujniki 5b i 6b mierzą składową normalną B_N indukcji, a czujniki 5c i 6c mierzą składową osiową B_A indukcji. W celu uzyskania wyższej czułości czujniki połączono różnicowo. Czujniki 5a i 6a połączono do pierwszego wzmacniacza różnicowego 11a, czujniki 5b i 6b połączono do drugiego wzmacniacza różnicowego 11b, a czujniki 5c i 6c połączono do trzeciego wzmacniacza różnicowego 11c. Sygnały ze wzmacniaczy różnicowych są podawane na wejścia trzech układów wzmacniaczy fazoczułych 12a, 12b i 12c. Na wyjściu wzmacniaczy fazoczułych otrzymano sygnały proporcjonalne do części rzeczywistej i urojonej mierzonych sygnałów. Zastosowanie wzmacniaczy fazoczułych pozwala na znaczącą redukcję zakłóceń i detekcję niewielkich niejednorodności skutkujących zmianami sygnału różnicowego rzędu pV. Na ostatnim etapie, sygnały te są próbkowane za pomocą przetwornika analogowo/cyfrowego 13 i po opcjonalnej filtracji cyfrowej mogą być wyświetlane na ekranie 15 mikrokomputera 14 lub mogą podlegać dalszej analizie pozwalającej na bardziej precyzyjną ocenę stanu testowanego materiału.

Claims (1)

1. Wiroprądowy przetwornik różnicowy do nieniszczącego badania elementów metalowych z wewnętrznymi otworami o przekroju kołowym, zwłaszcza rur, zawierający cylindryczną cewkę wzbudzenia nawiniętą na rdzeniu niemagnetycznym, nieprzewodzącym, zasilaną sinusoidalnie zmiennym prądem, oraz elementy detekcyjne, znamienny tym, że ma dwie grupy (5, 6) elementów detekcyjnych, każda po trzy elementy detekcyjne (5a, 5b, 5c, 6a, 6b, 6c) do pomiaru trzech składowych indukcji magnetycznej, umieszczone centralnie pomiędzy końcami cewki wzbudzającej (2), tak, aby znajdowały jak najbliżej powierzchni badanego materiału (7) i defektu (8), przy czym detektory służące do pomiaru tych samych składowych z obu grup są symetryczne względem osi podłużnej cewki wzbudzającej (2) i są połączone różnicowo.