RU2016405C1

RU2016405C1 - Eddy-current inspection device

Info

Publication number: RU2016405C1
Application number: SU914952555A
Authority: RU
Inventors: Н.П. Бирюкова; А.В. Галкин; П.Н. Шкатов
Original assignee: Государственное предприятие - Научно-производственное объединение "Техномаш"
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: non-destructive inspection. SUBSTANCE: device has serially- connected generator, transformer-type eddy-current transducer with ferromagnetic core and feed-back winding, signal processing unit and indicator, reference-input element and comparison unit coupled with the reference-input element. The device is characterized by the use of a rectifier connected between the feedback winding and a signal input of the comparison unit, by the use of a current-to-voltage connected in an eddy-current conversion current circuit, by the use of digital-analogue converter, reversible counter and a control unit. The generator is made controllable. The comparison unit output is connected to the input of the control unit. The output of digital-analogue converter connected to the reversible counter is connected to the generator control input. The control unit is connected to the control inputs of reversible counter and digital-analogue converter and indicator. The feedback winding is arranged in aligned relationship with eddy-current transducer measuring winding. The signal processing unit is connected to the output of current-to-voltage converter and has controllable gain. The feedback winding and measuring one are identical and are formed by conductors of a common stranded wire. EFFECT: enhanced accuracy due to automatic adjustment of magnetic coupling between winding as a result of varying a current of generator with simultaneous correction of sensitivity to a parameter being measured. 3 cl

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения параметров электропроводящих блоков. The invention relates to non-destructive testing and can be used to measure parameters of electrically conductive blocks.

Известно устройство для вихретокового контроля, содержащее последовательно соединенные управляемый генератор, трансформаторный вихретоковый преобразователь с обмоткой обратной связи, идентичной возбуждающей обмотке преобразователя и блок обработки сигнала, а обмотка обратной связи подключена к управляющему входу генератора [1]. A device for eddy current control, containing a serially connected controlled generator, a transformer eddy current transformer with a feedback winding identical to the exciting winding of the transducer and a signal processing unit, and the feedback winding is connected to the control input of the generator [1].

Недостаток известного устройства состоит в низкой точности контроля, что связано с регулированием амплитуды тока генератора по индуктивной составляющей падения напряжения на возбуждающей обмотке. При этом изменение магнитной связи между возбуждающей и измерительной обмотками, возможное в процессе измерений, приведет к погрешности. Указанное изменение магнитной связи особенно вероятно при использовании вихретоковых преобразователей с ферромагнитными сердечниками, из-за нестабильности их магнитных свойств. При этом одновременно изменяется чувствительность к контролируемому параметру, даже при неизменной величине индуктивной составляющей падения напряжения на возбуждающей обмотке. A disadvantage of the known device is the low accuracy of control, which is associated with the regulation of the amplitude of the current generator in the inductive component of the voltage drop across the exciting winding. In this case, a change in the magnetic coupling between the exciting and measuring windings, possible during the measurement process, will lead to an error. The indicated change in magnetic coupling is especially likely when using eddy current transducers with ferromagnetic cores, due to the instability of their magnetic properties. In this case, the sensitivity to the controlled parameter changes simultaneously, even if the inductive component of the voltage drop across the exciting winding remains unchanged.

Наиболее близко к заявляемому по технической сущности устройство для вихретокового контроля, содержащее последовательно соединенные генератор, трансформаторный вихретоковый преобразователь с полым цилиндрическим ферромагнитным сердечником, блок обработки сигнала и индикатор, блок стабилизации параметров вихретокового преобразователя, включающий задатчик, блок сравнения, соединенный одним выходом с задатчиком, и регулируемый источник постоянного тока, подключенный управляющим входом к выходу схемы сравнения, пиковый детектор и токостабилизирующий резистор. Вихретоковый преобразователь содержит рабочие возбуждающую и измерительные обмотки, охватывающие его сердечник по периметру, и три дополнительных обмотки с витками, расположенными в плоскостях, перпендикулярных плоскостям рабочих витков. Closest to the claimed technical essence of the device for eddy current control, containing a series-connected generator, a transformer eddy current transducer with a hollow cylindrical ferromagnetic core, a signal processing unit and an indicator, a stabilization unit for eddy current transducer parameters, including a reference unit, a comparison unit connected to the output unit with a reference unit, and an adjustable DC source connected by a control input to the output of the comparison circuit, a peak detector, etc. kostabiliziruyuschy resistor. The eddy current transducer contains working exciting and measuring windings, covering its core along the perimeter, and three additional windings with turns located in planes perpendicular to the planes of the working turns.

Первая дополнительная обмотка - подмагничивающая и подключена к выходу источника постоянного тока, вторая дополнительная обмотка -возбуждающая и подключена к выходу генератора через токостабилизирующий резистор, третья дополнительная обмотка - обмотка обратной связи и подключена через пиковый детектор по второму входу блока сравнения [2]. The first additional winding is magnetizing and connected to the output of the direct current source, the second additional winding is exciting and is connected to the generator output through a current-stabilizing resistor, the third additional winding is the feedback winding and is connected through a peak detector to the second input of the comparison unit [2].

Недостаток известного преобразователя состоит в невозможности подавления влияния изменения магнитной связи между рабочими обмотками, не связанными с вариацией магнитной проницаемости, а также с необходимостью жесткой стабилизации тока возбуждения. A disadvantage of the known converter is the impossibility of suppressing the effect of changes in the magnetic coupling between the working windings that are not related to the variation of the magnetic permeability, as well as the need for rigid stabilization of the excitation current.

Цель изобретения - повышение точности контроля, достигается путем автоматической регулировки магнитной связи между обмотками за счет изменения тока генератора с одновременной коррекцией чувствительности к измеряемому параметру. The purpose of the invention is to increase the accuracy of control, is achieved by automatically adjusting the magnetic coupling between the windings by changing the current of the generator while correcting the sensitivity to the measured parameter.

Поставленная цель в устройстве для вихретокового контроля, содержащем последовательное соединенные генератор, трансформаторный вихретоковый преобразователь с ферромагнитным сердечником и обмоткой обратной связи, блок обработки сигналов и индикатор, задатчик и блок сравнения, соединенный опорным входом с задатчиком, достигается благодаря тому, что устройство снабжено выпрямителем, включенным между обмоткой обратной связи и сигнальным входом блока сравнения, преобразователем ток-напряжение, включенным в токовую цепь вихретокового преобразователя, цифроаналоговым преобразователем, реверсивным счетчиком и блоком управления, генератор выполнен управляемым, выход блока сравнения подключен ко входу блока управления, выход цифроаналогового преобразователя соединенного с реверсивным счетчиком подключен к управляющему входу генератора, блок управления подключен к управляющим входам реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя и индикации, обмотка обратной связи выполнена соосно с измерительной обмоткой вихретокового преобразователя, блок обработки сигнала выполнен с управляемым коэффициентом усилия и подключен управляющим входом к выходу преобразователя ток-напряжение. The goal in the device for eddy current control, containing a series-connected generator, a transformer eddy current transducer with a ferromagnetic core and a feedback winding, a signal processing unit and an indicator, a setter and a comparison unit connected by a reference input to the setter, is achieved due to the fact that the device is equipped with a rectifier, connected between the feedback winding and the signal input of the comparison unit, a current-voltage converter included in the current circuit of the eddy current converter, digital-to-analog converter, reversible counter and control unit, the generator is controlled, the output of the comparison unit is connected to the input of the control unit, the output of the digital-to-analog converter connected to the reverse counter is connected to the control input of the generator, the control unit is connected to the control inputs of the reversing counter and digital-to-analog converter and indication , the feedback winding is made coaxially with the measuring winding of the eddy current transducer, the processing unit with The needle is made with a controlled force factor and is connected by a control input to the output of the current-voltage converter.

Дополнительно поставленная цель достигается за счет того, что обмотка обратной связи и измерительная обмотка полностью идентичны и образованы проводниками общего многожильного провода. Additionally, the goal is achieved due to the fact that the feedback winding and the measuring winding are completely identical and are formed by the conductors of a common stranded wire.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для вихретокового контроля. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device for eddy current control.

Устройство содержит последовательно соединенные управляемый генератор 1, преобразователь 2 ток-напряжение, трансформаторный вихретоковый преобразователь 3, состоящий из возбуждающей обмотки 4, измерительной обмотки 5 и обмотки 6 обратной связи, установленных соосно на ферромагнитном сердечнике 7, управляемый блок 8 обработки сигнала и индикатор 9, задатчик 10 и блок 11 сравнения, последовательно соединенные, реверсивный счетчик 12 и цифроаналоговый преобразователь 13, включенный выходом к управляющему входу генератора 1, выпрямитель 14, включенный между выходом обмотки 6 обратной связи и сигнальным входом компаратора 11, блок 15 управления соединен первым выходом с управляющим входом реверсивного счетчика 12, вторым выходом - с управляющим входом цифроаналогового преобразователя 13, третьим выходом - со вторым входом индикатора 9, первым входом - с выходом блока 8 обработки сигнала и вторым входом - с выходом блока 11 сравнения и третьим входом - с пультом управления 16. Обмотку 6 обратной связи и измерительную обмотку 15 рекомендуется выполнять идентичными, используя проводники общего множительного провода и осуществляя намотку в "два провода". Блок 15 управления рекомендуется выполнить по схеме управляющего контролера на базе микроЭВМ. The device contains a serially connected controlled generator 1, a current-voltage converter 2, an eddy current transformer 3, consisting of an exciting winding 4, a measuring winding 5 and a feedback winding 6 mounted coaxially on the ferromagnetic core 7, a controlled signal processing unit 8 and an indicator 9, the setter 10 and the comparison unit 11, connected in series, a reversible counter 12 and a digital-to-analog converter 13, connected by the output to the control input of the generator 1, the rectifier 14, including connected between the output of the feedback winding 6 and the signal input of the comparator 11, the control unit 15 is connected by the first output to the control input of the reverse counter 12, the second output to the control input of the digital-analog converter 13, the third output to the second input of the indicator 9, the first input to the output the signal processing unit 8 and the second input - with the output of the comparison unit 11 and the third input - with the control panel 16. It is recommended that the feedback winding 6 and the measuring winding 15 be identical, using common conductors cutting wire and winding into "two wires". The control unit 15 is recommended to be performed according to the scheme of the control controller based on a microcomputer.

Структурная схема блока 15 показана на фиг.2. В состав блока управления входят следующие устройства: микроЭВМ 18 с портом Р1 для связи с пультом 16 управления, блок 19 памяти ОЗУ и блок 20 памяти ПЗУ, три внешних порта данных, порт А-21, порт В-22 и порт С-23 разделенный по разрядам на два подпорта С1 и С2 с независимыми управлением. Пульт 16 управления соединен с микроЭВМ 18 независимой шиной. Остальные блоки соединены между собой шиной 24 данных и шиной 25 управления. The block diagram of block 15 is shown in FIG. The control unit includes the following devices: microcomputer 18 with port P1 for communication with the control panel 16, RAM memory unit 19 and ROM memory unit 20, three external data ports, port A-21, port V-22 and port C-23 divided by category into two sub-ports C1 and C2 with independent control. The control panel 16 is connected to the microcomputer 18 by an independent bus. The remaining blocks are interconnected by a data bus 24 and a control bus 25.

Блок 15 управления может быть выполнен на микросхемах 1816ВЕ35-микро-ЭВМ, К580ВВ55-порты А, В и С, КР573РФ5-ПЗУ, К537РУ10-ОЗУ. The control unit 15 can be performed on microcircuits 1816ВЭ35-microcomputers, К580ВВ55-ports А, В and С, КР573РФ5-ПЗУ, К537РУ10-ОЗУ.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Блоком 15 управления перед началом работы и в межконтрольных паузах задается режим "коррекция". Этот режим устанавливается автоматически по превышению заданного уровня на выходе блока 8 обработки сигнала, что соответствует раскомпенсации вихретокового преобразователя 3, не взаимодействующего с образцом или контролируемым объектом. Текущие данные о процессе коррекции на ЭВМ 18 поступают от блока 8 обработки сигнала через порт С2. Управление процессом калибровки ЭВМ 18 происходит посредством выдачи управляющих кодов на ЦАП 13 через порт А-21 и на счетчик 12 через порт С1. Выполнение программ заканчивается при совпадении параметра калибровки хранящегося в памяти ЭВМ 18 с полученным по каналу обратной связи от блока 8 обработки сигнала. В режиме "коррекция" регулируется ток генератора 1 из условия создания неизменного магнитного потока, возбуждающего вихревые токи. Регулировка выполняется путем сравнения амплитуды напряжения, наводимого магнитным потоком в обмотке 6 обратной связи, с заданной задатчиком 10 величиной. При наличии рассогласования уровней на выходе блока 11 сравнения появляется напряжение, поступающее в блок 15 управления, и с его выхода подается сигнал на пуск счетчика 12. Код с выхода счетчика 12 преобразуется цифроаналоговым преобразователем 13 в напряжение и управляет током генератора 1. При достижении амплитуды напряжения на выходе обмотки 6 обратной связи заданного уровня блок 11 сравнения подает команду в блок 15 на остановку реверсивного счетчика 12 и амплитуда выхода генератора 1 фиксируется. Неизменность возбуждающего магнитного потока стабилизирует работу устройства, частично компенсируя возможные изменения параметров вихретокового преобразователя 3 в процессе эксплуатации. Стабильная величина возбуждающего магнитного потока Ф особенно важна при контроле ферромагнитных изделий, поскольку при изменении Ф могут проявляться нелинейные свойства контролируемого материала. Однако, стабильность Ф не гарантирует стабильность измерений при изменении магнитных свойств сердечника 7. При изменении магнитных свойств сердечника 6, например, за счет влияния вариации температуры и Ф = const одинаковая реакция вихревых токов вызывает разное вносимое в измерительную обмотку напряжение. Это произойдет из-за различной степени усиления магнитного поля вихревых токов сердечником 7. Следовательно, при увеличении магнитной проницаемости сердечника 7 вносимое напряжение будет завышено. При этом ток генератора 1, необходимый для создания заданного значения Ф, потребуется меньшей величины. Корректируя коэффициент усиления блока 8 обработки сигнала пропорционально току возбуждения генератора 1, удается подавить нестабильность результата измерений при вариации магнитных свойств сердечника 7. Это осуществляется с помощью преобразователя 2 ток-напряжение, напряжение с выхода которого управляет коэффициентом усиления блока 8 обработки сигнала. В режиме "калибровка" устанавливаемого блоком 15 управления задается число образцов с заданными значениями контролируемого параметра, например, толщиной покрытия. После перехода к режиму "калибровка" по сигналу со второго выхода блока 15 управления код на выходе цифроаналогового преобразователя 13 фиксируется. Вихретоковый преобразователь 3 устанавливается на образец с минимальными значением контролируемого параметра, например, на образец без покрытия и выходной сигнал с вихретокового преобразователя 3 компенсируется с помощью компенсатора, имеющегося в блоке 8 обработки сигнала. Одновременно устанавливается цифровой код соответствующий заданному значению контролируемого параметра. Цифровой код устанавливается, например, за счет изменения уровня квантования при преобразовании сигнала в цифровую форму в блоке 8 обработки сигнала. Уровень квантования устанавливается между предшествующей точкой, задаваемой контрольным образцом, и текущей. При установке первой точки предшествующее значение принимается нулевым. Переход от одного образца к другому приводит каждый раз к превышению заданного уровня на выходе блока 8 обработки сигнала в межконтрольных паузах. Импульсы высокого уровня поступают на вход блока 15 управления до совпадения числа измерений с заданным числом калибровки. Для удобства число использованных образцов отображается на индикаторе 9. При соответствии числа импульсов заданному числу калибровочных образцов, устройство переходит в режим "измерение", что отображается на индикаторе 9. Начиная с этого момента устройство готово к работе, а коррекция будет производиться непрерывно в процессе межконтрольных пауз. Переход от паузы к измерению происходит при уменьшении уровня напряжения, поступающего на вход блока 15 управления до заданного или может осуществляться по сигналу, подаваемому на вход блока управления, например, от кнопки, расположенной на корпусе вихретокового преобразователя 3. Сигнал может формироваться с выхода блока 8 обработки сигнала. При этом необходимо избежать изменения коррекции, поскольку по мере приближения преобразователя к образцу напряжение на выходе обмотки обратной связи будет плавно изменяться. С этой целью выпрямитель 14 выполняется с постоянной времени, существенно превышающей преобразователя 3. Это одновременно позволяет исключить "раскачку" устройства под действием кратковременных воздействий типа импульсов внешних магнитных полей и т.д. The control unit 15 before starting work and in inter-control pauses, the "correction" mode is set. This mode is set automatically upon exceeding a predetermined level at the output of the signal processing unit 8, which corresponds to uncompensation of the eddy current transducer 3, which does not interact with the sample or the controlled object. Current data on the correction process on the computer 18 comes from the signal processing unit 8 through port C2. The process of computer calibration 18 is controlled by issuing control codes to the DAC 13 through port A-21 and to the counter 12 through port C1. The execution of the programs ends when the calibration parameter stored in the memory of the computer 18 coincides with that obtained via the feedback channel from the signal processing unit 8. In the "correction" mode, the current of the generator 1 is controlled from the condition of creating a constant magnetic flux, exciting eddy currents. The adjustment is performed by comparing the amplitude of the voltage induced by the magnetic flux in the feedback winding 6, with a value set by the setpoint 10. If there is a mismatch in the levels at the output of the comparison unit 11, the voltage arrives at the control unit 15 and a signal is sent to start the counter 12. The code from the output of the counter 12 is converted by the digital-to-analog converter 13 into voltage and controls the current of the generator 1. When the voltage amplitude is reached at the output of the feedback winding 6 of a given level, the comparison unit 11 sends a command to the block 15 to stop the reverse counter 12 and the amplitude of the output of the generator 1 is fixed. The invariance of the exciting magnetic flux stabilizes the operation of the device, partially compensating for possible changes in the parameters of the eddy current transducer 3 during operation. The stable magnitude of the exciting magnetic flux Φ is especially important in the control of ferromagnetic products, since non-linear properties of the material being monitored can occur when the Φ changes. However, the stability of Ф does not guarantee the stability of measurements when the magnetic properties of the core 7 change. When the magnetic properties of the core 6 change, for example, due to the influence of temperature variation and Ф = const, the same eddy current reaction causes a different voltage introduced into the measuring winding. This will happen due to the varying degree of increase in the magnetic field of eddy currents by the core 7. Therefore, with an increase in the magnetic permeability of the core 7, the applied voltage will be overstated. In this case, the current of the generator 1, necessary to create a given value of Ф, will require a smaller value. By adjusting the gain of the signal processing unit 8 in proportion to the excitation current of the generator 1, it is possible to suppress the instability of the measurement result by varying the magnetic properties of the core 7. This is done using a current-voltage converter 2, the output voltage of which controls the gain of the signal processing unit 8. In the "calibration" mode set by the control unit 15, the number of samples with the specified values of the controlled parameter, for example, the coating thickness, is set. After switching to the "calibration" mode by a signal from the second output of the control unit 15, the code at the output of the digital-to-analog converter 13 is fixed. The eddy current transducer 3 is installed on the sample with the minimum value of the controlled parameter, for example, on the uncoated sample and the output signal from the eddy current transducer 3 is compensated by the compensator available in the signal processing unit 8. At the same time, a digital code is set corresponding to the set value of the monitored parameter. The digital code is set, for example, by changing the quantization level when converting the signal into digital form in the signal processing unit 8. The quantization level is set between the previous point specified by the control sample and the current one. When setting the first point, the previous value is assumed to be zero. The transition from one sample to another each time leads to exceeding a predetermined level at the output of signal processing unit 8 in intercontrol pauses. High-level pulses are fed to the input of the control unit 15 until the number of measurements coincides with a given calibration number. For convenience, the number of samples used is displayed on indicator 9. If the number of pulses matches the specified number of calibration samples, the device goes into "measurement" mode, which is displayed on indicator 9. From this moment, the device is ready for operation, and correction will be carried out continuously in the process of intercontrol pauses. The transition from pause to measurement occurs when the voltage level supplied to the input of the control unit 15 is reduced to a predetermined one or can be carried out by a signal supplied to the input of the control unit, for example, from a button located on the eddy current transducer 3. The signal can be generated from the output of block 8 signal processing. In this case, it is necessary to avoid correction changes, since as the converter approaches the sample, the voltage at the output of the feedback winding will smoothly change. To this end, the rectifier 14 is performed with a time constant significantly exceeding the converter 3. This simultaneously eliminates the "buildup" of the device under the action of short-term effects such as pulses of external magnetic fields, etc.

Claims

1. DEVICE FOR VORTEX CONTROL, comprising a series-connected generator, a transformer eddy current transducer with a ferromagnetic core and a feedback winding, a signal processing unit and an indicator, a setter, a comparison unit connected to a reference input with a setter, characterized in that, in order to increase the control accuracy , it is equipped with a rectifier connected between the feedback winding and the signal input of the comparison unit, a current-voltage converter included in the current circuit of the eddy current a converter, a digital-to-analog converter, a reversible counter, a control unit with a control panel, the generator is controlled, the output of the reverse counter through a digital-to-analog converter is connected to the control input of the generator, the control unit is connected by the first and second outputs to the control inputs of the reverse counter and digital-to-analog converter, respectively, the third output - to the indicator, and the first, second and third inputs to the outputs of the comparison unit, signal processing unit and control unit with Accordingly, the feedback winding is made coaxially with the measuring winding of the eddy current transducer, the signal processing unit is made with a controlled gain and the control input is connected to the output of the current-voltage transducer.

2. The device according to claim 1, characterized in that the feedback winding and the measuring winding are identical and are formed by conductors of a common stranded wire.

3. The device according to claim 1, characterized in that the input of the control unit is connected to the output of the signal processing unit, and the second input of the indicator is connected to the third output of the control unit.