RU150026U1

RU150026U1 - VORTEX ANALYZER OF GRANULOMETRIC COMPOSITION OF WEAKLY CONDUCTING DISPERSED MEDIA

Info

Publication number: RU150026U1
Application number: RU2014138661/28U
Authority: RU
Inventors: Станислав Анатольевич Гудков; Илья Александрович Кудрявцев; Павел Александрович Лелеков
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2015-01-27

Abstract

Вихретоковый анализатор гранулометрического состава слабопроводящих дисперсных сред, содержащий последовательно соединенные генератор гармонического сигнала, усилитель мощности, отличающийся тем, что в него введены измерительная кювета с вмонтированной в днище возбуждающей обмоткой, соединенной с генератором гармонического сигнала, двухкоординатная система позиционирования пары измерительных обмоток, состоящая из двух шаговых двигателей, управляемая блоком обработки информации, измерительные обмотки соединены между собой встречно, выходы измерительных обмоток через усилитель соединены со входом блока выделения и преобразования квадратурных составляющих сигналов с вихретокового преобразователя, выход которого подключен ко входу блока аналого-цифрового преобразования, соединенного с блоком обработки информации, к которому подключено индикаторное устройство.An eddy current analyzer of the granulometric composition of weakly conductive dispersed media, containing a series-connected harmonic signal generator, a power amplifier, characterized in that it contains a measuring cell with an excitation winding built into the bottom connected to the harmonic signal generator, a two-coordinate positioning system for a pair of measuring windings, consisting of two stepper motors, controlled by the information processing unit, the measuring windings are connected back to back, the outputs of the measuring windings are connected through an amplifier to the input of the block for extracting and converting the quadrature components of signals from the eddy current converter, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital conversion unit connected to the information processing unit to which the indicator device is connected.

Description

Полезная модель относится к электромагнитным бесконтактным устройствам для определения размеров, счетной концентрации и материала электропроводящих частиц в непроводящих и слабопроводящих жидкостях и может быть использована для контроля загрязнений рабочих жидкостей гидросистем, смазочных масел, охлаждающих жидкостей металлическими продуктами износа.The utility model relates to non-contact electromagnetic devices for determining the size, concentration, and material of electrically conductive particles in non-conductive and weakly conductive fluids and can be used to control the contamination of hydraulic fluids, lubricating oils, and cooling fluids with metal wear products.

Известно устройство для идентификации электропроводящих частиц в жидкости, содержащее вращающуюся цилиндрическую кювету, датчик и счетчик числа оборотов кюветы, схему управления, схему формирования стробирующего импульса, два ключа, две схемы запоминания, регистрирующую схему и осциллографический индикатор (А.С.№1068778, МПК G 01 N 15/00, опубликовано 22.09.1983).A device is known for identifying electrically conductive particles in a liquid, containing a rotating cylindrical cuvette, a sensor and a counter of revolutions of the cuvette, a control circuit, a gate pulse generating circuit, two keys, two memory circuits, a recording circuit and an oscillographic indicator (A.C. No. 1068778, IPC G 01 N 15/00, published 09/22/1983).

Недостатком известного устройства является большая погрешность при измерении, обусловленная смещением частиц в канавках кюветы при ее вращении.A disadvantage of the known device is the large measurement error due to the displacement of particles in the grooves of the cell during its rotation.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является вихретоковое устройство для контроля металлических частиц в слабопроводящих средах. Устройство содержит последовательно соединенные генератор высокочастотного сигнала, усилитель мощности, многокатушечный вихретоковый преобразователь, блок выделения и преобразования квадратурных составляющих, блок аналого-цифрового преобразования и блок обработки информации (патент на полезную модель №124396, МПК G01N 27/90, опубликовано 20.01.2013).The closest technical solution to the proposed utility model in terms of technical nature and the achieved positive effect is an eddy current device for monitoring metal particles in weakly conducting media. The device contains a series-connected high-frequency signal generator, a power amplifier, a multi-coil eddy current converter, a quadrature component extraction and conversion unit, an analog-to-digital conversion unit, and an information processing unit (utility model patent No. 124396, IPC G01N 27/90, published January 20, 2013) .

Однако известное устройство обладает недостатком, заключающимся в ограниченной возможности значительного повышения точности измерения параметров электропроводящих частиц за счет увеличения числа датчиков, т.к. задача изготовления множества идентичных по своим параметрам ВТП представляет собой отдельную технологическую проблему. Кроме того, чувствительность вихретоковых датчиков зависит от координаты прохождения частицы относительно измерительных обмоток и возбуждающей обмотки датчика вследствие неоднородности магнитного поля возбуждающей обмотки, и при больших диаметрах возбуждающей обмотки возникает дополнительная погрешность за счет увеличения неоднородности магнитного поля обмотки.However, the known device has the disadvantage of limited ability to significantly improve the accuracy of measuring the parameters of electrically conductive particles by increasing the number of sensors, because the task of manufacturing a multitude of identical ECPs in their parameters is a separate technological problem. In addition, the sensitivity of eddy current sensors depends on the coordinate of the passage of the particle relative to the measuring windings and the exciting coil of the sensor due to the inhomogeneity of the magnetic field of the exciting winding, and with large diameters of the exciting winding, an additional error occurs due to an increase in the heterogeneity of the magnetic field of the winding.

Цель полезной модели - повышение точности определения параметров частиц.The purpose of the utility model is to increase the accuracy of determining particle parameters.

Поставленная цель достигается тем, что в вихретоковый анализатор гранулометрического состава слабопроводящих дисперсных сред, содержащий последовательно соединенные высокочастотный генератор гармонического сигнала, усилитель мощности, согласно полезной модели, вводится измерительная кювета с вмонтированной в днище возбуждающей обмоткой, соединенной с генератором гармонического сигнала, двухкоординатная система позиционирования пары измерительных обмоток, состоящая из двух шаговых двигателей, управляемая блоком обработки информации, измерительные обмотки соединены между собой встречно, выходы измерительных обмоток через усилитель соединены со входом блока выделения и преобразования квадратурных составляющих сигналов с ВТП, выход которого подключен ко входу блока аналого-цифрового преобразования, соединенного с блоком обработки информации, к которому подключено индикаторное устройство.This goal is achieved by the fact that in the eddy current analyzer of particle size distribution of weakly conductive dispersed media containing a series-connected high-frequency harmonic signal generator, a power amplifier, according to a utility model, a measuring cell is introduced with an excitation coil mounted in the bottom connected to a harmonic signal generator, a two-coordinate pair positioning system measuring windings, consisting of two stepper motors, controlled by an information processing unit mations, measuring windings are interconnected, the outputs of the measuring windings through an amplifier are connected to the input of the block for extracting and converting quadrature components of signals from the ECP, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital conversion unit connected to the information processing unit to which the indicator device is connected.

Устройство поясняется чертежом.The device is illustrated in the drawing.

Устройство содержит высокочастотный генератор гармонического сигнала 1, усилитель мощности 2, измерительную кювету 3 с возбуждающей обмоткой 4, вмонтированной в днище кюветы, измерительные обмотки ВТП 5, двухкоординатную систему позиционирования, состоящую из двух шаговых двигателей 6.1 и 6.2, усилитель сигнала с измерительных обмоток ВТП 7, блок выделения и преобразования квадратурных составляющих вихретоковых преобразователей 8, блок аналого-цифрового преобразования 9, блок обработки информации 10, индикаторное устройство 11.The device contains a high-frequency harmonic signal generator 1, a power amplifier 2, a measuring cuvette 3 with an exciting winding 4 mounted in the bottom of the cuvette, measuring transformer windings 5, a two-coordinate positioning system consisting of two stepper motors 6.1 and 6.2, a signal amplifier from the measuring windings VTP 7 , block selection and conversion of quadrature components of eddy current transducers 8, block analog-to-digital conversion 9, information processing unit 10, indicator device 11.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Исследуемая проба жидкости с частицами износа заливается в измерительную кювету 3. После этого подается питание на установку. При этом генерируемое возбуждающей обмоткой 4 ВТП электромагнитное поле взаимодействует с металлическими частицами износа, что приводит к появлению вторичного электромагнитного поля, измененного по амплитуде и фазе по отношению к первичному электромагнитному полю. Величина ЭДС, наводимая вторичным электромагнитным полем в измерительных обмотках 5 ВТП зависит от параметров ВТП и контролируемой среды. Так как форма возбуждающей обмотки 4 ВТП спиралевидная, то формируемое ей электромагнитное поле неоднородно, однако неоднородность поля легко компенсируется на этапе юстировки измерительной системы при измерении параметров жидкости, не содержащей частиц износа. Блок обработки информации управляет двухкоординатной системой позиционирования, формируя управляющие сигналы на шаговые двигатели 6.1 и 6.2 таким образом, что обеспечивается многократный проход измерительных обмоток ВТП над поверхностью кюветы по одной и той же траектории. Это позволяет провести когерентное накопление сигнала от частиц износа, при этом количество накапливаемых импульсов ограничено лишь временем проведения анализа.The test fluid sample with wear particles is poured into the measuring cell 3. After that, power is supplied to the installation. In this case, the electromagnetic field generated by the excitation winding 4 of the ECP interacts with the metal particles of wear, which leads to the appearance of a secondary electromagnetic field, changed in amplitude and phase with respect to the primary electromagnetic field. The magnitude of the EMF induced by the secondary electromagnetic field in the measuring windings of 5 ECPs depends on the parameters of the ECP and the controlled environment. Since the form of the exciting winding 4 of the ECP is spiral-shaped, the electromagnetic field formed by it is heterogeneous, however, the field heterogeneity is easily compensated at the stage of adjustment of the measuring system when measuring the parameters of a fluid that does not contain wear particles. The information processing unit controls a two-coordinate positioning system, generating control signals to stepper motors 6.1 and 6.2 in such a way that multiple passages of the ECP measuring windings over the surface of the cuvette are provided along the same path. This allows for coherent signal accumulation from wear particles, while the number of accumulated pulses is limited only by the analysis time.

Высокочастотный сигнал с выходов измерительных обмоток 5 ВТП поступает на вход усилителя 7. Выход усилителя подключен к первому входу блока выделения и формирования квадратурных составляющих 8, на второй вход которого подается сигнал с усилителя мощности 2. На выходе блока 8 формируются квадратурные сигналы I(t), Q(t), содержащие полную информацию о комплексной огибающей сигнала с измерительных обмоток 5 ВТП. При этом амплитуду комплексной огибающей можно найти по формуле

, а мгновенную фазу по формуле

. Квадратурные составляющие I(t), Q(t) поступают на входы блока аналого-цифрового преобразования, на выходе которого формируется соответствующий цифровой сигнал, поступающие в блок обработки информации 10. В блоке обработки информации 10 осуществляется когерентное усреднение сигналов квадратурных составляющих, после чего выделяется информация о типе материала частицы износа по признаку магнитный/немагнитный на основании мгновенной фазы сигнала с пары измерительных обмоток 5 ВТП, о размерах частицы износа на основании амплитуды сигнала с измерительных обмоток 5 ВТП. Выход блока обработки информации 10 соединен со входом индикаторного устройства 11, на котором отображается информация о дисперсном составе анализируемой пробы жидкости.The high-frequency signal from the outputs of the measuring windings 5 of the ECP is fed to the input of the amplifier 7. The output of the amplifier is connected to the first input of the block for the selection and formation of quadrature components 8, the second input of which is supplied with a signal from the power amplifier 2. At the output of block 8, quadrature signals I (t) are generated , Q (t), containing complete information about the complex envelope of the signal from the measuring windings of 5 ECPs. In this case, the amplitude of the complex envelope can be found by the formula

, and the instantaneous phase according to the formula

. The quadrature components I (t), Q (t) are fed to the inputs of the analog-to-digital conversion unit, at the output of which a corresponding digital signal is generated, which enter the information processing unit 10. In the information processing unit 10, the signals of the quadrature components are coherently averaged, and then selected information on the type of material of the wear particle based on the magnetic / non-magnetic attribute based on the instantaneous phase of the signal from a pair of measuring windings 5 ETC, on the size of the wear particle based on the amplitude of the signal from eritelnyh windings 5 ECT. The output of the information processing unit 10 is connected to the input of the indicator device 11, which displays information about the dispersed composition of the analyzed liquid sample.

При этом коэффициент улучшения отношения сигнал/шум γ_coh в процессе когерентного усреднения во временной области может быть вычислен по формуле

, где N - количество проходов измерительных обмоток ВТП над кюветой.In this case, the coefficient of improvement of the signal-to-noise ratio γ _coh in the process of coherent averaging in the time domain can be calculated by the formula

, where N is the number of passes of the measuring windings of the ECP over the cell.

Повышение разрешающей способности достигается за счет когерентного накопления и усреднения сигналов от одной и той же частицы износа, достигаемого за счет многократного прохода измерительных обмоток ВТП над поверхностью измерительной кюветы, содержащей жидкость с частицами износа. При этом удается при сохранении мощности полезного сигнала уменьшить дисперсию шума и повысить отношение сигнал/шум.The increase in resolution is achieved by coherent accumulation and averaging of signals from the same wear particle, achieved by multiple passage of the ECP measuring windings above the surface of the measuring cell containing liquid with wear particles. At the same time, while maintaining the power of the useful signal, it is possible to reduce the noise dispersion and increase the signal-to-noise ratio.

Claims

Eddy current analyzer of particle size distribution of weakly conductive dispersed media, containing a harmonic signal generator connected in series, a power amplifier, characterized in that a measuring cell with a driving coil mounted in the bottom connected to a harmonic generator is inserted into it, a two-coordinate positioning system of a pair of measuring windings, consisting of two stepper motors controlled by an information processing unit, measuring windings are interconnected chno, outputs measuring windings via an amplifier connected to the input selection unit and convert the quadrature components of signals from the eddy-current converter whose output is connected to an input unit analog-to-digital converter connected to the information processing unit to which is connected a display device.