PL249765B1 - Przetwornik pomiarowy do badania materiałów przewodzących metodą prądów wirowych - Google Patents

Abstract

Przetwornik pomiarowy do badania materiałów przewodzących metodą prądów wirowych, wyposażony we wspornik (1), do którego przymocowany jest liniowy aktuator (2), do którego przymocowany jest pierwszy koniec magnesu trwałego (4) wprawianego przez liniowy aktuator (2) w ruch posuwisto-zwrotny. Element pomiarowy połączony jest ze wzmacniaczem (5), który połączony jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym (6), który połączony jest z układem sterującym (7), połączonym z kontrolerem (8), który połączony jest z liniowym aktuatorem (2). Do drugiego końca magnesu trwałego (4) przymocowany jest element pomiarowy w postaci cewki pomiarowej (4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przetwornik pomiarowy z magnesem trwałym przeznaczony do nieniszczącego badania materiałów przewodzących metodą prądów wirowych.

Znany jest z opisu patentowego PL239841 przetwornik pomiarowy do badań nieniszczących metodą prądów wirowych zawierający magnesy trwałe zamocowane na przymocowanych do wspornika aktuatorach liniowych, umożliwiających każdemu z magnesów ruch posuwisto-zwrotny. Magnesy rozłożone są wzdłuż osi podłużnej przetwornika, zaś pod magnesami zamocowany jest na drugim, niemagnetycznym i nieprzewodzącym wsporniku, zestaw elementów pomiarowych, rozmieszczonych symetrycznie wzdłuż osi podłużnej przetwornika i połączonych różnicowo parami. Każda para elementów pomiarowych połączona jest z wejściem oddzielnego wzmacniacza różnicowego. Wyjścia wzmacniaczy są połączone z wielokanałowym przetwornikiem analogowo-cyfrowym, który pozwala na uzyskanie cyfrowych wartości sygnału pomiarowego przekazywanych do sterownika. Znane jest z opisu wynalazku US2897438 wykorzystanie poruszających się ruchem obrotowym magnesów trwałych do indukowania prądów wirowych w materiale w celu badania połączeń między rurami. Znane jest także z artykułu Application of eddy currents induced by permanent magnets for pipeline inspection” autorstwa J. Bruce Nestleroth oraz Richard J. Davis (NDT&E International 40 (2007), DOI: 10.1016/j.ndteint.2006.07.002) wykorzystanie obracających się magnesów trwałych zamontowanych na ramionach wraz z umieszczonymi w pewnej odległości czujnikami z efektem Halla do wykrywania wad materiałowych w rurach przy użyciu znanej metody RFED (Remote Field Eddy Current Testing). Znana jest z artykułu „Lorentz force eddy current testing: A novel NDE-technique” autorstwa Brauer, H., Porzig, K., Mengelkamp, J., Carlstedt, M., Ziolkowski, M., Toepfer, H. (COMPEL Int. J. Comput. Math. Electr. Electron. Eng. 2014, 33, DOI: 10.1108/COMPEL-11-2013-0383) metoda LET (Lorentz force eddy current testing), w której wykorzystano ruch obiektu badanego względem stałego pola magnetycznego. W tym przypadku do wykrywania niejednorodności w materiale wykorzystywana jest zmiana siły Lorentza działającej na magnes trwały, względem którego przesuwany jest badany materiał. W przetworniku tym nie ma detektorów pola magnetycznego, a detekcja niejednorodności odbywa się poprzez pomiary zmian siły oddziałującej na magnes.

W badaniach nieniszczących struktur przewodzących metodą prądów wirowych głównym problemem jest wykrywanie niejednorodności znajdujących się głęboko pod powierzchnią badanego obiektu. Rozwiązaniem tego problemu może być wykorzystanie metody impulsowej, w której pole wzbudzane jest poprzez przepływ silnego impulsu prądowego przez element wzbudzający i indukuje prądy wirowe o większej gęstości na relatywnie dużej głębokości. Czułość przetwornika można zwiększyć stosując różnicową konfigurację czujnika. Generowanie silnych impulsów prądowych wiąże się z dużym zapotrzebowaniem na energię i nie zawsze jest możliwe (np. w przypadku obiektów zagrożonych eksplozją). Wad tych pozbawione są przetworniki gdzie elementem wzbudzającym prądy wirowe są magnesy trwałe.

Przetwornik pomiarowy do badania materiałów przewodzących metodą prądów wirowych, według wynalazku w pierwszym wariancie, wyposażony jest we wspornik, do którego przymocowany jest liniowy aktuator, do którego przymocowany jest pierwszy koniec magnesu trwałego wprawianego przez liniowy aktuator w ruch posuwisto-zwrotny. Element pomiarowy połączony jest ze wzmacniaczem, który połączony jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, który połączony jest z układem sterującym, połączonym z kontrolerem, który połączony jest z liniowym aktuatorem. Istota wynalazku polega na tym, że do drugiego końca magnesu trwałego jest trwale przymocowany element pomiarowy w postaci cewki pomiarowej, która umożliwia pomiar zmian pola magnetycznego wywołanych przepływem prądów wirowych w badanym elemencie. Napięcie z cewki pomiarowej po wzmocnieniu we wzmacniaczu pomiarowym i przetworzeniu na postać cyfrową w przetworniku analogowo cyfrowym zapisywane jest w pamięci układu sterującego.

Przetwornik pomiarowy według wynalazku wykorzystują impulsową metodą prądów wirowych.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest, to że w związku z zastosowaniem magnesów trwałych zamiast cewek wzbudzenia, możliwe jest zbudowanie przetwornika o małym zapotrzebowaniu na energię. Tego typu przetworniki mogą być wykorzystywane także w strefach zagrożonych wybuchem, w których układy silnoprądowe stanowią istotne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Wyjątkową właściwością przetwornika jest brak bezpośredniego wpływu pola elementu wzbudzającego- magnesu trwałego, na napięcie indukowane w cewce pomiarowej. W związku z tym, napięcie zaindukowane w cewce pomia rowej jest tylko efektem oddziaływania pola magnetycznego, które powstaje na skutek przepływu prądów wirowych w materiale badanym. Właściwość ta w bezpośredni sposób wpływa na zwiększenie czułości przetwornika pomiarowego na niejednorodności występujące w materiale.

Wynalazek jest bliżej przedstawiony w poniższym przykładzie wykonania i na rysunku gdzie przedstawiono schemat poglądowy przetwornika w wariancie z jednym magnesem i jedną cewką.

Przetwornik pomiarowy do badania materiałów przewodzących metodą prądów wirowych, wyposażony jest we wspornik 1, do którego przymocowany jest liniowy aktuator 2, do którego przymocowany jest pierwszy koniec magnesu trwałego 3 wprawianego przez liniowy aktuator 2 w ruch posuwisto-zwrotny. Cewka pomiarowa 4 połączona jest ze wzmacniaczem 5, który połączony jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym 6, który połączony jest z układem sterującym 7, połączonym z kontrolerem 8. Kontroler 8 jest połączony z liniowym aktuatorem 2. Cewka pomiarowa 4 jest trwale przymocowana do drugiego końca magnesu trwałego 3.

Przetwornik pomiarowy działa w ten sposób, że magnes trwały 3 wprawiany jest w ruch posuwisto-zwrotny za pomocą aktuatora liniowego 2, sterowanego przez kontroler 8. Parametry ruchu magnesu trwałego 3, tzn. czas rozpoczęcia ruchu, kierunek, prędkość i przyspieszenie określane są przez komputerowy układ sterujący 7. Efektem ruchu magnesu trwałego 3 jest generowanie zmiennego pola magnetycznego, które w przewodzącym badanym materiale 9, znajdującym się pod magnesem trwałym 3, wytwarza prądy wirowe. Przetworniki jest przetwornikiem absolutnym. W takiej konfiguracji występowanie niejednorodności w materiale 9 spowoduje zmianę rozkładu gęstości prądów wirowych pod cewką pomiarową 4, a co za tym idzie w cewce pomiarowej 4 spowoduje to zmianę zaindukowanego napięcie.

W przypadku występowania lokalnej zmiany przewodności elektrycznej lub przenikalności magnetycznej badanego materiału 9, zmienia się rozkład prądów wirowych i pole magnetyczne mierzone przez cewki pomiarowe 4. Napięcie z cewki pomiarowej 4 jest wzmacniane we wzmacniaczu pomiarowym 5, przekształcane na postać cyfrową za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego 6, a następnie cyfrowe wartości są zapisywane przez układ sterujący 7. Napięcie indukowane w cewce pomiarowej 4 jest tylko efektem oddziaływania pola magnetycznego, które powstaje na skutek przepływu prądów wirowych w badanym materiale 9.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Przetwornik pomiarowy do badania materiałów przewodzących metodą prądów wirowych, wyposażony we wspornik, do którego przymocowany jest liniowy aktuator, do którego przymocowany jest pierwszy koniec magnesu trwałego wprawianego przez liniowy aktuator w ruch posuwisto-zwrotny, przy czym element pomiarowy połączony jest ze wzmacniaczem, który połączony jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, który połączony jest z układem sterującym, połączonym z kontrolerem, który połączony jest z liniowym aktuatorem, znamienny tym, że do drugiego końca magnesu trwałego (3) jest trwale przymocowany element pomiarowy w postaci cewki pomiarowej (4).