RU1816319C - Вихретоковое многопараметровое устройство дл неразрушающего контрол и матричный накладной вихретоковый преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано дл  измерени  параметров электропровод щих материалов объектов. Цель изобретени  - повышение точности и информативности контрол  достигаетс  благодар  тому, что вихретоковое многопа- раметровое устройство дл  неразрушающегоконтрол , содержащее программно-управл емый по амплитуде и частоте генератор, матричный преобразователь с возбуждающей обмоткой, подключенной к генератору, и группой секционированных обмоток, две группы программно-управл емых коммутаторов, входы каждого коммутатора первой группы подключены к выходам группы измерительных обмоток, выходы каждого коммутатора первой группы подключены к входам каждого коммутатора второй группы, а также последовательно соединенные программно- управл емый коммутатор, к входам которого подключены выходы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор, ана- лого-цифровой преобразователь, блок управлени  и блок отображени  информации, управл юща  шина блока управлени  подключена к управл ющим входам генератора , коммутаторов обеих групп, программно-управл емого коммутатора и аналого-цифрового преобразовател , снабжено дополнительным программно-управл емым коммутатором, управл ющий вход которого соединен с управл ющей шиной блока управлени , возбуждающа  обмотка матричного преобразовател  выполнена в виде секций, а генератор подключен к ней посредством дополнительного программно- управл емого коммутатора, а в матричном накладном вихретоковом преобразователе, содержащем стержневой магнитопровод, охватывающую его возбуждающую обмотку и расположенные в плоскости, перпендикул рной оси магнитопровода измерительной обмотки, кажда  из которых выполнена в виде секций возбуждающа  обмотка выполнена в виде секций, кажда  из которых расположена в плоскости соответствующей измерительной обмотки, секции каждой измерительной обмотки выполнены поочередно в форме петлеобразных рамок и концентрических витков, а ближайша  к возбуждающей обмотке секци  измерительной обмотки выполнена в форме петлеобразных рамок. 2 с.п. ф-лы, 14 ил. ел с оо со ю 00

Description

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано дл  измерени  параметров электропровод щих материалов .объектов.

Цель изобретени  - повышение точности и информативности контрол .

Цель достигаетс  путем формировани  оптимальных функций вихретокового преобразовател  за счет вариации параметров его измерительных и возбуждающих обмоток .

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого вихретокового многопара- метрового устройства; на фиг.2 - матричный накладной вихретоковый преобразователь; на фиг.З - конструктивное выполнение рамочных измерительных обмоток; на фиг.4- 11 - примеры вариантов соединени  обмоток возбуждени , на фиг. 12 - зависимости выходного напр жени  вихретокового преобразовател  от контролируемых параметров.

Вихретоковое многопараметровое устройство дл  неразрушающего контрол , содержит программно-управл емый по амплитуде и частоте генератор 1, матричный преобразователь с возбуждающей обмоткой 2, подключенный к генератору 1 и группу секционированных обмоток, две группы программно-управл емых коммутаторов и 7-9, входы каждого коммутатора первой группы подключены к выходам группы измерительных обмоток, выходы каждого коммутатора первой группы подключены к входам каждого коммутатора второй группы , а также последовательно соединенные программно-управл емый коммутатор 10, к входам которого подключены входы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор 11, аналого-цифровой преобразователь 12, блок управлени  13 и блок отображени  информации 14, управл ема  шина блока управлени  подключена к управл ющим входам генератора 1, коммутаторов обеих групп 4-6 и 7-9, программно-управл емого коммутатора 10 и аналого-цифрового преобразовател  12, дополнительный программно-управл емый коммутатор 10; управл ющий вход которого соединен с управл ющей шиной блока управлени  13, возбуждающа  обмотка матричного преобразовател  2 выполнена в виде секций, а генератор 1 подключен к ней посредством дополнительного программно-управл емого коммутатора 3.

Вихретоковый преобразователь 2 состоит из стрежневого магнитопровода 15, охватывающих его обмоток возбуждени , выполненных в виде множества секций 16г 16П,- распределенных по длине магнитопровода 15; концентрических измерительных обмоток 174-17П; размещенных р дом с обмотками возбуждени  и выполненных в виде множества секций, рамочных петлеобразных обмоток 18i-18m размещенных р дом с концентрическими обмотками и выполненными в виде отдельных секций. В качестве примера на фиг.2 показано два

чередующихс  р да обмоток 17 и 18. Секции измерительных обмоток  вл ютс  выходами вихретокового преобразователл и под- . ключаютс  к сигнальным входам

соответствующих коммутаторов 4-6. Обмотки возбуждени  16i-16n подключаютс  к входу программно-управл емого генератора 1. Число используемых обмоток возбуж дени  и характер их соединени 

О осуществл ютс  программно-управл емым коммутатором 3. На фиг.З показан пример конструктивного выполнени  рамочной обмотки 18,. уложенной через прорезь 19 на диэлектрической шайбе 20,-например, пр 5 моугольной формы.

Вихретоковое многопараметровое устройство работает следующим образом.Вихретоковый преобразователь 2 в режиме настройки привод т в электромагнит0 ное взаимодействие с набором контрольных образцов, позвол ющих определ ть реакции измерительных обмоток 17, 18 при вариации соответствующих параметров контролируемого объекта.

5 Формируемое матричным преобразователем 2 электромагнитное пол е-воздействует на обмотки возбуждени  и измен ет их сопротивлени  за счет параметрического эффекта, в измерительных об0 мотках 17i-17r. магнитный поток,- создаваемый обмотками возбуждени  16-|- 16П наводит электродвижущие силы; определ емые как характером полей рассе ни  с поверхностью магнитопроводов 15, так и

5 его амплитудой, в измерительных обмотках .наводитс  электродвижуща  сила; определ ема  только характером и величиной полей рассе ни . Переключа  с помощью программно-управл емых

0 коммутаторов 4-6 соединени  начала и концов секций измерительных обмоток, э с помощью , программно-управл емых коммутаторов 7-9 соединени  начала и концов групп измерительных обмоток, получа5 ют различные функции преобразовани  вихретокового преобразовател . Затем посредством программно-управл емого коммутатора 3 соедин ют в различной комбинации соединение обмоток возбужде0 ни  16i-16n, .получают различные функции преобразовани  преобразователей. Путем изменени  величины тока в обмотках- возбуждени  могут быть получены дополнительные функции преобразовани . В

5 режиме настройки преобразовател  могут быть использованы более трех коммутаторов в каждой группе. Анализиру  выходные характеристики вихретокового преобразовател  2 при взаимодействии с контрольны- ми образцами, определ ют оптимальные

варианты включени  секций обмоток и измерительных обмоток, а также оптимальные значени  токов в обмотках возбуждени .

Завершив режим настройки преобразовател , привод т его в взаимодействие с контролируемым объектом, реализу  выбранные режимы, анализируют выходные сигналы с помощью микроЭВМ 13 и по результатам анализа определ ют контролируемые параметры и вы вод т их на устройство отображени  14.

На фиг.4-11 приведены возможные варианты коммутации секций обмоток возбуждени  16 на примере четырёх секций. Размещение а зоне возникающих магнит- ных полей (отличающихс  характером распределени топологии пол ), измерительных обмоток 17 и 18, позвол ет получать большое количество зависимостей выходных напр жений как с отдельных сек- ций, так и с их групп. Не менее эффективно воздействие на эти зависимости величины тока, протекающего как по отдельным секци м , так и по их группам обмоток возбуждени , вызывающего изменени  топологии магнитных силовых линий в области магни- топровода. Например, последовательно-согласное соединение (фиг.4), позвол ет получать зависимости выходных напр жений с различных секций от величины зазора под полюсом преобразовател  пр мо про- тивоположные.

Устройство позвол ет вместе с матричным преобразователем практически получать большое количество функций преобразовани  при контроле как геометрических , так и электромагнитных и физико- механических параметров и, как следствие, осуществить выбор оптимальных функций, обеспечивающих большую чувствитель- ность практически ко всем контролируемым параметрам. Это стало возможным прежде всего за счет реализации в матричном преобразователе одновременно следующих физических эффектов: зависимость величи- ны и топологии электромагнитных полей рассе ни  преобразовател  от величины параметров контролируемого объекта, то есть величины выходного напр жени , снимаемого с рамочных измерительных обмо- ток от этих параметров; зависимость величины магнитного потока, проход щего по магнитопроводу преобразовател  от величины параметров контролируемого объекта , а следовательно и выходного напр жени , снимаемого с концентрических измерительных обмоток при изменении параметров объекта.

Завершив режим настройки, привод т вихретоковый преобразователь 2 в электромагнитное взаимодействие с электропровод щим материалом контролируемого обьек- та, реализуют выбранные режимы при настройке, совместно анализируют с помощью блоков управлени  13 (например, микроЭВМ) полученные сигналы и определ ют интересующие контролируемые параметры . Результаты контрол  отображаютс  в блоке отображени  информации 14.

При практической апробации был использован вихретоковый преобразователь с параметрами: диаметр магнитопровода 2 мм, высота магнитопровода 10 мм, число секций обмоток возбуждени  4. число секций рамочных измерительных обмоток 4, число секций концентрических измерительных обмоток 4, секции всех обмоток имели по 50 витков, диаметр намоточного провода всех секций 0,06 мм. В качестве контрольных образцов использовались образцы из чугуна, образцы в одном комплекте имели процентное содержание углерода С от 2,1 до 2,8% при посто нном значении процентного содержани  кремни  Si 1,4% образцы в другом комплекте содержали кремни  от 1,24 до 1,9%, и углерода во всех образцах 2,7%. В качестве контролируемых параметров прин ты: процентное содержание углерода С%, процентное содержание кремни  Si% и величина зазора Дмкм или толщина диэлектрического покрыти  под полюсом преобразовател . В качестве источника переменного тока использовалс  мультивибратор , величина намагничивающего тока при всех измерени х составл ла 20x10 а, а частота 32 кГц, Наиболее эффективным методом нахождени  параметров  вл етс  метод получени  линейных уравнений, В ходе экспериментальных исследований были получены три оптимальных варианта коммутации обмоток возбуждени .

Вариант К Коммутаци  обмоток возбуждени  по схеме, приведенной на фиг.4. Из фиг. 12 следует, что напр жение с двух концентрических обмоток 17з, включенных встречно, измен лась линейно при изменении углерода С от 2,1% до 2,6%, U (р(С%), при изменении кремни  Si от 1,10% до 1,6% U tp() и воздушного зазора от О до 90 мкм.

Вариант П. Включение секций обмоток возбуждени  по схеме, приведенной на фиг.9. Из фиг.13. следует, что напр жение с двух рамочных обмоток 184; 18б, включенных согласно, измен лось линейно при изменении указанных параметров в тех же пределах.

Вариант ill. Включение обмоток возбуждени  по схеме, приведенной на фиг.5.

Из фиг.14 следует, что напр жение с двух групп измерительных обмоток, включенных между собой согласно (одна группа состо ла из двух рамочных дифференциально включенных обмоток 1821 18зи втора  группа состо ла из трех ,17з, Мг концентрических обмоток включенных согласно/ практически также измен лось линейно при изменении углерода, кремни  и воздушного зазора в тех же пределах.

Зависимости, приведенные на фиг.13,14, позвол ют составить систему уравнений

U.i ацС + aiaSi + aw A(1)

Ull 321С + 322SI + 323 Д(2)

Uui аз1С + aaaSI + азз Д(3) где Uii Uit; Uui - напр жени , снимаемые с групп измерительных обмоток, соответствующих вариантам I, I, III;

а - коэффициенты, представл ющие собой тангенсы наклона зависимостей, приведенных на фиг.13,14.

Из полученной системы следует, что точность контрол  будет достигнута высока , так как в уравнении (1) имеетс  составл юща , чувствительна  к изменени м С%, а в уравнени х (2,3) соответственно к изменению Si% и Двмкм.

Из полученной системы на основе мик- роЭВМ легко наход тс  значени  С%, 51%, Дв мкм, например, дл  С% расчетна  формула примет вид

с%- ,

U, I 322823 |+и | ЗЦ813 i+u | аца12 | 1 I 832833 i 831333 I I 821322

811312313

821 322 323

831 332 333

Claims (1)

1. Вихретоковое многопараметровое устройство дл  неразрушающего контрол , содержащее программно-управл емый по амплитуде и частоте генератор, матричный преобразователь с возбуждающей обмоткой1 , подключенный к генератору, и группой

секционированных обмоток, две группы программно-управл емых коммутаторов, входы каждого коммутатора первой из которых подключены к выходам группы измерительных обмоток, выходы каждого коммутатора первой группы подключены к входам каждого коммутатора второй труппы , а также последовательно соединенные программно-управл емый коммутатор, к

входам которого подключены выходы коммутаторов второй группы, амплитудный детектор ,аналого-цифррвой преобразователь, блок управлени  и блок отображени  информации, управл юща 

шина блока управлени  подключена к управл ющим входам генератора, коммутаторов обеих групп, программно-управл емого коммутатора и аналого-цифрового преобразовател ,, отличающеес  тем, что, с

целью повышени  точности и информативности контрол , оно снабжено дополнитель- нымпрограммно-управл емым коммутатором, управл ющий вход которого соединен с управл ющей шиной блока управлени , возбуждающа  обмотка матричного преобразовател  выполнена в виде секций, а генератор подключен к ней посредством дополнительного программно- управл емого коммутатора.

2, Матричный накладной-вихретоковый преобразователь, содержащий стрежневой магнитопровод, охватывающую его возбуждающую обмотку и m расположенных в плоскости , перпендикул рной оси

магнитопровода измерительных обмоток, кажда  из которых выполнена в виде п секций , от личающийс  тем, что, с целью повышени  точности и информативности, возбуждающа  обмотка выполнена в виде m

секций, кажда  из которых расположена в плоскости, соответствующей измерительной секции каждой измерительной обмотки, обмотки выполнены поочередно в форме петлеообразных рамок и концентрических

витков, а ближайша  к возбуждающей обмотке секци  измерительной обмотки вы- полнена в форме петлеобразных рамок,

фи&.1

(риа.2

3.

Фс,г. &t/t. ц

ID 2О 30 40 5О 6О 70 80 9О fOO KM

.i 2.2 Z3 2.4.S 2.6 /

I, &tt

X/1.2 /.Ъ t4 tS

Фиг 1Z

Z.I

2.2

2.3

X/ 1.2 131.4flt/Z i3

1.6 %

2 .62.6 /

S.

X5f.6 УО

2.1 2.2

X/1.2 t3 Ifr

&&. &

2.4

2.5

ZS %

I SI,

i.5 i.ff %