RU2116648C1

RU2116648C1 - Electromagnetic structure detector

Info

Publication number: RU2116648C1
Application number: RU94042691A
Authority: RU
Inventors: И.И. Толмачев; В.Я. Маклашевский
Original assignee: Войсковая часть 75360
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1998-07-27
Also published as: RU94042691A

Abstract

FIELD: non- destructive flaw detection for analysis of quality and characteristics of coating. SUBSTANCE: device has eddy current transducer, generator, unit for detection and information processing, inductance detector, unit for regulation of generator amplitude. Output of generator is connected to input of transducer. Output of inductance detector is connected to input of unit for regulation of generator amplitude, which output is connected to control input of generator. Output of transducer is connected to input of unit for detection and information processing. EFFECT: increased precision of testing mechanical characteristics of conducting non-ferromagnetic coating on articles with variable curvature and rough surface. 2 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля качества и параметров покрытий электромагнитным методом и может быть использовано для производства и контроля покрытий. The invention relates to non-destructive methods for controlling the quality and parameters of coatings by the electromagnetic method and can be used for the production and control of coatings.

Известно устройство, использующее вихретоковый преобразователь (ВТП) для оценки содержания углерода в отожженных стальных заготовках [1]. Работа устройства основана на измерении параметров калиброванных заготовок. Для изделий с необработанной поверхностью и сложной формой устройство неприменимо из-за большой погрешности измерения. A device is known that uses an eddy current transducer (ETC) to estimate the carbon content in annealed steel billets [1]. The operation of the device is based on measuring the parameters of calibrated workpieces. For products with a rough surface and complex shape, the device is not applicable due to the large measurement error.

Известно устройство для измерения электропроводности цилиндрических неферромагнитных изделий переменного диаметра, в котором погрешность из-за изменения диаметра компенсируется путем учета коэффициента заполнения вихретокового преобразователя (ВТП) [2] . Устройство применимо только для цилиндрических изделий и проходных преобразователей. A device for measuring the electrical conductivity of cylindrical non-ferromagnetic products of variable diameter, in which the error due to changes in diameter is compensated by taking into account the fill factor of the eddy current transducer (ETC) [2]. The device is applicable only to cylindrical products and feed-through converters.

Известно устройство для измерения удельной электрической проводимости, в котором для уменьшения влияния зазора вычисляют поправку к измеряемой фазе напряжения ВТП [3]. A device for measuring electrical conductivity is known, in which to reduce the influence of the gap calculate the correction to the measured phase of the voltage of the ECP [3].

Известно устройство измерения удельной электрической проводимости, основанное на том, что ВТП устанавливают в двух положениях: на поверхность и на расстоянии от поверхности. Измеряют сигнал в первом положении, во втором положении изменяют частоту питания до тех пор, пока напряжение на ВТП не станет равным предыдущему. Полученное отклонение частоты дает значение удельной электрической проводимости и не зависит от зазора [4]. A device for measuring electrical conductivity, based on the fact that the ECP is installed in two positions: on the surface and at a distance from the surface. The signal is measured in the first position, in the second position, the power frequency is changed until the voltage on the ECP becomes equal to the previous one. The resulting frequency deviation gives the value of electrical conductivity and does not depend on the gap [4].

Известно вихретоковое устройство для разбраковки изделий и материалов по физико-механическим свойствам, основанное на измерении удельной электрической проводимости [5] . Влияние зазора на сигнал ВТП в этом устройстве исключается за счет вычисления σ как отношения логарифма натурального от амплитудной составляющей сигнала. Known eddy current device for sorting products and materials according to physico-mechanical properties, based on the measurement of electrical conductivity [5]. The influence of the gap on the ECP signal in this device is eliminated by calculating σ as the ratio of the natural logarithm of the amplitude component of the signal.

Известно устройство измерения параметров нефферомагнитного проводящего слоя, основанное на том, что измеряют частоту ω_o сигнала ВТП при максимальной разнице сигналов на смежных частотах и по частоте ω_o вычисляют σ [6] .A device for measuring the parameters of a non-ferromagnetic conductive layer is known, based on the fact that the frequency ω _{o of} the ECP signal is measured at the maximum signal difference at adjacent frequencies and σ _{o is} calculated from the frequency ω _o [6].

Недостатком данных устройств является низкая точность контроля изделий сложной формы и с необработанной поверхностью, так как при изменении кривизны и при наличии шероховатостей изменяется эффективный объем проводника в поле ВТП за счет изменения площади поверхности в активной зоне ВТП. The disadvantage of these devices is the low accuracy of control of products of complex shape and with an untreated surface, since when the curvature changes and in the presence of roughness, the effective volume of the conductor in the ECP field changes due to a change in the surface area in the ECP core.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электромагнитный структуроскоп [7], МКИ G 01 N 27/90, содержащий последовательно соединенные, генератор, вихретоковый преобразователь, селективный усилитель третьей гармоники генератора и фазовый детектор, соединенный своим опорным входом через блок формирования опорного напряжения с выходом генератора и сигнальным входом с выводом селективного усилителя, сумматор, соединенный своими входами с соответствующими выходами фазовых детекторов, а своим выходом с регистратором. Недостатком этого устройства является невозможность контроля нефферромагнитных материалов и большая погрешность при контроле изделий сложной формы за счет изменения площади поверхности в активной зоне ВТП. The closest in technical essence to the present invention is an electromagnetic structuroscope [7], MKI G 01 N 27/90, containing serially connected, a generator, an eddy current transducer, a selective amplifier of the third harmonic of the generator and a phase detector connected to its reference input through the reference voltage generating unit with the output of the generator and a signal input with the output of a selective amplifier, an adder connected to its inputs with the corresponding outputs of the phase detectors, and its output with reg as an artist. The disadvantage of this device is the inability to control non-ferromagnetic materials and a large error in the control of products of complex shape due to changes in surface area in the core of the ECP.

Цель настоящего изобретения - повышение точности контроля физико-механических свойств проводящего нефферромагнитного покрытия на изделиях переменной кривизны с необработанной поверхностью. The purpose of the present invention is to improve the accuracy of control of the physico-mechanical properties of a conductive non-ferromagnetic coating on products of variable curvature with an untreated surface.

Указанная цель достигается тем, что электромагнитный структуроскоп, содержащий вихретоковый параметрический преобразователь, генератор, блок детектирования и обработки информации, дополнительно снабжен индуктивным датчиком и блоком регулирования амплитуды генератора, причем выход генератора соединен со входом преобразователя, выход индуктивного датчика соединен со входом блока регулирования амплитуды генератора, выход которого соединен с управляющим входом генератора, а выход преобразователя соединен со входом схемы детектирования и обработки информации. This goal is achieved by the fact that an electromagnetic structureoscope containing an eddy current parametric converter, a generator, a detection and information processing unit, is additionally equipped with an inductive sensor and a generator amplitude control unit, the generator output being connected to the converter input, the inductive sensor output connected to the input of the generator amplitude controlling unit the output of which is connected to the control input of the generator, and the output of the converter is connected to the input of the detection circuit information processing and processing.

На фиг. 1а изображена схема расположения ВТП и индуктивного датчика на контролируемой поверхности; на фиг. 1б изображена зависимость индуктивности датчика от глубины шероховатости поверхности изделия; на фиг.1в изображены зависимости амплитуды напряжения на контура ВТП от глубины шероховатости поверхности без коррекции (кривая 1) и с коррекцией (кривая 2). In FIG. 1a shows an arrangement of an ECP and an inductive sensor on a controlled surface; in FIG. 1b shows the dependence of the inductance of the sensor on the depth of the surface roughness of the product; on figv shows the dependence of the amplitude of the voltage on the circuit of the ECP on the depth of the surface roughness without correction (curve 1) and with correction (curve 2).

Электромагнитный структуроскоп (фиг.2) содержит управляемый генератор 1, вихретоковый параметрический преобразователь 2, индуктивный датчик 3, блок регулирования амплитуды генератора 4, блок детектирования и обработки информации 5, причем выход индуктивного датчика 3 соединен со входом блока регулирования амплитуды генератора 4, выход которого соединен с управляющим входом генератора 1, а выход преобразователя 2 соединен со входом блока детектирования и обработки информации 5. The electromagnetic structuroscope (Fig. 2) contains a controlled generator 1, eddy current parametric converter 2, an inductive sensor 3, an amplitude control unit for the generator 4, an information detection and processing unit 5, and the output of the inductive sensor 3 is connected to the input of the amplitude control unit of the generator 4, the output of which connected to the control input of the generator 1, and the output of the Converter 2 is connected to the input of the detection unit and information processing 5.

Структуроскоп работает следующим образом. Structroscope works as follows.

Генератор 1 возбуждает в колебательном контуре преобразователя 2 вынужденные колебания. Амплитуда переменного напряжения на контуре U_m определяется его добротностью Q, которая зависит от объема проводника, находящегося в поле ВТП и от удельного электрического сопротивления материала изделия. Если изделие имеет плоскую и гладкую поверхность (линия P фиг. 1а), то U_m будет зависеть только от удельного электрического сопротивления материала покрытия.The generator 1 excites forced oscillations in the oscillatory circuit of the transducer 2. The amplitude of the alternating voltage on the circuit U _m is determined by its Q factor Q, which depends on the volume of the conductor located in the ECP field and on the electrical resistivity of the product material. If the product has a flat and smooth surface (line P of Fig. 1a), then U _m will depend only on the electrical resistivity of the coating material.

При наличии шероховатости глубиной "δ", величина которой сравнима с толщиной покрытия и с шагом "b" (линия N на фиг. 1а), площадь поверхности в b-активной зоне преобразователя увеличивается в

раз, где b - шаг неровностей. Во столько же раз увеличивается объем вносимого в активную зону ВТП проводника. Следовательно добротность Q_m - уменьшается по сравнению с Q_пл. Так при b = 1 мм и δ = 0,5 шероховатость вызовет изменение добротности Q на 40%. Аналогичное явление будет иметь место и при установке ВТП на криволинейную поверхность (линия M на фиг. 1а). Эффективный объем металла при этом увеличивается по сравнению с плоской поверхностью b:

раз, где
R - радиус кривизны поверхности изделия; d - диаметр активной зоны ВТП.In the presence of a roughness with a depth of "δ", the value of which is comparable to the coating thickness and with a step of "b" (line N in Fig. 1a), the surface area in the b-active zone of the transducer increases in

times, where b is the step of the irregularities. The amount of the conductor introduced into the active zone of the ECP increases by the same amount. Therefore, the quality factor Q _m - decreases compared to Q _pl . So at b = 1 mm and δ = 0.5, the roughness will cause a change in the quality factor Q by 40%. A similar phenomenon will occur when installing the ECP on a curved surface (line M in Fig. 1A). The effective metal volume in this case increases in comparison with a flat surface b:

times where
R is the radius of curvature of the surface of the product; d is the diameter of the core of the ECP.

При диаметре активной зоны ВТП d = 10 мм и радиусе кривизны R = 50 мм изменение добротности составит 1,7%. With the diameter of the ECP core d = 10 mm and the radius of curvature R = 50 mm, the change in quality factor will be 1.7%.

Следовательно, изменение радиуса кривизны и шероховатость поверхности вызывают отклонения U_m, не связанные с удельной электропроводностью материала покрытия.Therefore, a change in the radius of curvature and surface roughness cause deviations of U _m not related to the electrical conductivity of the coating material.

Индуктивный датчик 3 представляет собой катушку индуктивности, активное поле которой совпадает с активным полем ВТП. В активное поле индуктивного датчика вносится проводящий материал покрытия. При этом индуктивность L такой катушки будет изменяться и будет тем меньше, чем больший объем проводящего материала оказывается в ее активной зоне (фиг. 1б), т.е. чем больше высота шероховатости δ. The inductive sensor 3 is an inductor, the active field of which coincides with the active field of the ECP. A conductive coating material is introduced into the active field of the inductive sensor. In this case, the inductance L of such a coil will change and will be the smaller, the larger the volume of the conductive material is in its active zone (Fig. 1b), i.e. the greater the roughness height δ.

В известных устройствах выходное напряжение генератора 1 не связано с площадью поверхности измеряемого покрытия в активной зоне ВТП, поэтому при увеличении шероховатости (δ) амплитуда напряжения будет уменьшаться в соответствии с кривой 1 фиг. 1в. In known devices, the output voltage of the generator 1 is not related to the surface area of the measured coating in the ECP core, therefore, with an increase in roughness (δ), the voltage amplitude will decrease in accordance with curve 1 of FIG. 1c.

В предлагаемом структуроскопе информация о величине индуктивности L поступает в блок регулирования выходного напряжения генератора 4. Выходное напряжение генератора 1 увеличивается таким образом, что амплитуда напряжения U_m на контуре ВТП остается постоянной (линия 2 на фиг. 1в) и не зависящей от степени шероховатости и кривизны поверхности изделия. Результат измерения зависит только от электропроводности покрытия.In the proposed structuroscope, the information on the inductance L is supplied to the control unit of the output voltage of the generator 4. The output voltage of the generator 1 is increased so that the amplitude of the voltage U _m on the ECP circuit remains constant (line 2 in Fig. 1c) and does not depend on the degree of roughness and surface curvature of the product. The measurement result depends only on the conductivity of the coating.

Результирующая погрешность измерения удельной электропроводности покрытия определяется погрешностью измерения величины индуктивности индуктивного датчика 3 и не превышает 0,5% [8]. The resulting measurement error of the electrical conductivity of the coating is determined by the measurement error of the inductance of the inductive sensor 3 and does not exceed 0.5% [8].

Переменное напряжение с ВТП 2 поступает в блок детектирования и обработки информации 5, где происходит выделение значения U_m и перевод измеренного значения удельной электрической проводимости в численное значение измеряемого физического параметра, например, содержание в покрытии углерода.The alternating voltage from the ECP 2 enters the information detection and processing unit 5, where the value of U _{m is extracted} and the measured value of the specific electrical conductivity is converted into a numerical value of the measured physical parameter, for example, the carbon content in the coating.

Таким образом, данный структуроскоп позволяет уменьшить погрешность измерения удельной электрической проводимости нефферромагнитного покрытия на изделиях сложной формы и с шероховатой поверхностью за счет введения в активную зону ВТП индуктивного датчика и изменении выходного напряжения генератора в соответствии с величиной индуктивности этого датчика. Thus, this structuroscope allows to reduce the measurement error of the specific electrical conductivity of the non-ferromagnetic coating on products of complex shape and with a rough surface due to the introduction of an inductive sensor in the ETC core and a change in the output voltage of the generator in accordance with the value of the inductance of this sensor.

Погрешность измерения удельной электрической проводимости предлагаемым структуроскопом не превышает 0,5% по сравнению с 2-40% по прототипу. The error in measuring the specific electrical conductivity of the proposed structureoscope does not exceed 0.5% compared with 2-40% of the prototype.

Источники информации. Sources of information.

1. Неразрушающий контроль материалов и изделий. Справочник под ред. Г.С. Самойловича. М.: Машиностроение. 1976 г. 1. Non-destructive testing of materials and products. Handbook Ed. G.S. Samoilovich. M .: Engineering. 1976

2. А.с. N 1237963, G 01 N 27/90. 2. A.S. N 1237963, G 01 N 27/90.

3. А.с. N 1223128, G 01 N 27/90. 3. A.S. N 1223128, G 01 N 27/90.

4. А.с. N 1216716, G 01 N 27/90. 4. A.S. N 1216716, G 01 N 27/90.

5. А.с. N 1224705, G 01 N 27/90. 5. A.S. N 1224705, G 01 N 27/90.

6. А.с. N 1211648, G 01 N 27/90. 6. A.S. N 1211648, G 01 N 27/90.

7. А.с. N 894545, G 01 N 27/90. 7. A.S. N 894545, G 01 N 27/90.

8. Т. Д. Фрумкин. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры. Высшая школа, М.: 1985., 287 стр. 8. T. D. Frumkin. Calculation and design of electronic equipment. Higher School, Moscow: 1985., 287 pp.

Claims

An electromagnetic structurescope containing an eddy current parametric transducer, a generator and an information detection and processing unit, the input of which is connected to the output of the eddy current transducer, the input of the latter is connected to the output of the generator, characterized in that it is additionally equipped with an inductive sensor, the active field of which coincides with the active field of the eddy current parametric transducer , and the control unit of the output amplitude of the generator, and the output of the inductive sensor is connected to the input of the block p regulating the amplitude of the generator, the output of which is connected to the control input of the generator to provide a constant voltage amplitude on the circuit of the eddy current parametric transducer.