RU2315295C1

RU2315295C1 - Electromagnet-acoustic device

Info

Publication number: RU2315295C1
Application number: RU2006132841/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Федорович Мужицкий; Валерий Борисович Ремезов; Владимир Александрович Комаров
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-01-20

Abstract

FIELD: nondestructive check.

SUBSTANCE: device can be used for electromagnet-acoustic diagnostics of electro-conducting materials as well as for contact-free measurement of thickness of object under control or parameters of defect in material of object. Device has synchronizer connected in series with generator power supply, probing pulse oscillator made on base of discharger, electromagnet-acoustic converter, receiving amplifier, analog-to-digital converter, arithmetic-logic unit, indicator, power supply for analog circuits of units of device and object to be diagnosed. Second, third and fourth outputs of synchronizer are connected with second inputs of analog-to-digital converter, of arithmetic-logic unit and of indicator. Fifth output of synchronizer is connected with input analog circuits power supply. Input of synchronizer is connected with second output of oscillator. Device has additionally space metering unit and frequency setting circuit. Input of frequency setting unit is connected with output of space metering unit. Output of frequency measuring circuit is connected with second output of probing pulse oscillator.

EFFECT: improved precision of diagnostics; widened range of diagnostics.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к устройствам электромагнитно-акустической диагностики электропроводящих материалов, и может быть использовано при бесконтактном измерении толщины объекта контроля, параметров дефекта материала объекта, выполненного из ферромагнитных и неферромагнитных сталей, а также цветных металлов, в приборостроительной, авиационной и др. промышленности.The invention relates to the field of non-destructive testing, in particular to devices of electromagnetic-acoustic diagnostics of electrically conductive materials, and can be used for non-contact measurement of the thickness of the test object, the parameters of the defect of the material of the object made of ferromagnetic and non-ferromagnetic steels, as well as non-ferrous metals, in instrument-making, aviation and other industries.

Известны электромагнитно-акустические устройства, содержащие блок задания режимов работы и индикации сигналов, синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, электромагнитно-акустический преобразователь, приемный усилитель, арифметическо-логический блок, аналого-цифровой преобразователь, индикатор и автономный источник питания в виде аккумуляторной батареи [Патент RU №2185600, G01В 17/02, 2002].Known electromagnetic-acoustic devices containing a unit for setting operating modes and signal indications, a synchronizer, a probe pulse generator, an electromagnetic-acoustic converter, a receiving amplifier, an arithmetic-logical unit, an analog-to-digital converter, an indicator and an autonomous power source in the form of a battery [Patent RU No. 2185600, G01B 17/02, 2002].

Недостатками таких устройств является высокое энергопотребление, большие габариты и вес вследствие использования аккумулятора. Для обеспечения удовлетворительных точности и чувствительности контроля необходимо применять высокостабильное напряжение питания генератора зондирующих импульсов, что приводит к значительным энергетическим затратам.The disadvantages of such devices are high power consumption, large dimensions and weight due to the use of the battery. To ensure satisfactory control accuracy and sensitivity, it is necessary to use a highly stable supply voltage of the probe pulse generator, which leads to significant energy costs.

Наиболее близкое техническое решение к заявляемому является электромагнитно-акустическое устройство, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, источник питания генератора, генератор зондирующих импульсов, электромагнитно-акустический преобразователь, приемный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, арифметическо-логический блок, схему индикации, источник питания аналоговых схем блоков устройства и объект диагностики, при этом второй, третий и четвертый выходы синхронизатора соединены с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, арифметическо-логического блока и индикатора, пятый выход синхронизатора соединен с входом источника питания аналоговых схем, а вход синхронизатора связан с вторым выходом генератора [Патент RU на полезную модель, №41515 G01В 17/02, БИ 2004, №30, прототип к заявке прилагается].The closest technical solution to the claimed one is an electromagnetic-acoustic device containing a serially connected synchronizer, a generator power supply, a probe pulse generator, an electromagnetic-acoustic converter, a receiving amplifier, an analog-to-digital converter, an arithmetic-logical unit, an indication circuit, an analogue power supply units of the device and the diagnostic object, while the second, third and fourth outputs of the synchronizer are connected to the second inputs of the analog a digital converter, an arithmetic logic unit and an indicator, the fifth synchronizer output is connected to the input of the analog circuit power supply, and the synchronizer input is connected to the second generator output [Utility Model Patent RU, No. 41515 G01B 17/02, BI 2004, No. 30, prototype attached to the application].

В этом устройстве генератор зондирующих импульсов выполнен на одном электронном элементе - разряднике, который собственно обеспечивает достаточную стабильность импульсов при небольших габаритах и весе. Энергопотребление устройства также ограничено за счет подачи питающего напряжения на блоки только на время их работы. Однако точность диагностики объекта контроля недостаточна вследствие вариации зазора между электромагнитно-акустическим преобразователем и объектом диагностики. Кроме того, диапазон диагностики этим устройством ограничен для малых значений электрической проводимости материала объекта контроля и чистоты механической обработки поверхности объекта.In this device, the probe pulse generator is made on one electronic element - a spark gap, which actually provides sufficient stability of the pulses with small dimensions and weight. The power consumption of the device is also limited by supplying voltage to the blocks only for the duration of their operation. However, the accuracy of diagnostics of the control object is insufficient due to variation of the gap between the electromagnetic-acoustic transducer and the diagnostic object. In addition, the diagnostic range of this device is limited for small values of the electrical conductivity of the material of the test object and the purity of the machining of the surface of the object.

Сущность изобретения заключается в том, что в электромагнитно-акустическое устройство, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, источник питания генератора, генератор зондирующих импульсов, выполненный на разряднике, электромагнитно-акустический преобразователь, приемный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, арифметическо-логический блок, индикатор, источник питания аналоговых схем блоков устройства и объект диагностики, при этом второй, третий и четвертый выходы синхронизатора соединены с вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, арифметическо-логического блока и индикатора, пятый выход синхронизатора соединен с входом источника питания аналоговых схем, а вход синхронизатора связан с вторым выходом генератора, введены измеритель зазора и схема установки частоты, при этом вход схемы установки частоты соединен с выходом измерителя зазора, а выход схемы установки частоты - с вторым входом генератора зондирующих импульсов.The essence of the invention lies in the fact that in an electromagnetic-acoustic device containing a synchronizer connected in series, a generator power supply, a probe pulse generator made on a spark gap, an electromagnetic-acoustic converter, a receiving amplifier, an analog-to-digital converter, an arithmetic-logical unit, an indicator, the power supply of the analog circuits of the device blocks and the diagnostic object, while the second, third and fourth outputs of the synchronizer are connected to the second inputs of the ana og-digital converter, arithmetic-logical unit and indicator, the fifth synchronizer output is connected to the input of the analog circuit power supply, and the synchronizer input is connected to the second generator output, a gap meter and a frequency setting circuit are introduced, while the input of the frequency setting circuit is connected to the output of the meter the gap, and the output of the frequency setting circuit with the second input of the probe pulse generator.

Техническим результатом изобретения является высокая точность диагностики, достигаемая измерением текущего зазора между преобразователем и объектом диагностики измерителем зазора, выходной сигнал которого обеспечивает автоматическую коррекцию частоты генератора. Это позволяет расширить диапазон диагностики объектов с большим разбросом электрической проводимости его материала и чистоты обработки поверхности.The technical result of the invention is the high diagnostic accuracy achieved by measuring the current gap between the converter and the diagnostic object by the gap meter, the output signal of which provides automatic correction of the generator frequency. This allows you to expand the diagnostic range of objects with a wide variation in the electrical conductivity of its material and surface finish.

На чертеже приведена блок-схема электромагнитно-акустического устройства.The drawing shows a block diagram of an electromagnetic acoustic device.

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор 1, источник питания генератора 2, генератор 3 зондирующих импульсов, выполненный на разряднике, электромагнитно-акустический (ЭМА) преобразователь 4, приемный усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, арифметическо-логический блок (АЛБ) 8, индикатор 9, а также объект диагностики 5, источник 10 питания аналоговых схем блоков устройства, измеритель 11 зазора и схему 12 установки частоты. Второй, третий и четвертый выходы синхронизатора 1 соединены с вторыми входами АЦП 7, АЛБ 8 и индикатора 9, пятый выход синхронизатора 1 соединен с входом источника 10 питания аналоговых схем, а вход синхронизатора 1 связан с вторым выходом генератора 3, при этом вход схемы 12 установки частоты соединен с выходом измерителя 11 зазора, а выход схемы 12 установки частоты - с вторым входом генератора 3 зондирующих импульсов.The device contains a serially connected synchronizer 1, a generator 2 power supply, a probe pulse generator 3 made on a spark gap, an electromagnetic-acoustic (EMA) converter 4, a receiving amplifier 6, an analog-to-digital converter (ADC) 7, an arithmetic-logical unit (ALB) 8, indicator 9, as well as a diagnostic object 5, a power source 10 of analog circuits of device blocks, a gap meter 11, and a frequency setting circuit 12. The second, third and fourth outputs of the synchronizer 1 are connected to the second inputs of the ADC 7, ALB 8 and indicator 9, the fifth output of the synchronizer 1 is connected to the input of the power source 10 of the analog circuits, and the input of the synchronizer 1 is connected to the second output of the generator 3, while the input of the circuit 12 the frequency setting is connected to the output of the gap meter 11, and the output of the frequency setting circuit 12 is connected to the second input of the probe pulse generator 3.

При электромагнитно-акустической диагностике объекта 5 процесс исследования занимает мало времени. Так для максимальной толщины электропроводящего материала в 100 мм (а именно такая толщина может быть измерена предлагаемым устройством) полное время прохождения ультразвукового импульса составляет 67 мкс. Эта величина определяет временной интервал между зондирующими и отраженными импульсами, поэтому на это время включается питание всех блоков и схем устройства. Если принять частоту замера, равную приблизительно 8 Гц, то измерение будет осуществляться через 125 мс. Этот технический прием снижает энергопотребление устройства в десятки раз. Отметим, что питание включается за некоторое время до начала диагностики для обеспечения установившегося режима, а выключается некоторое время спустя, для обеспечения запаса по толщине контроля и времени на обработку.When electromagnetic-acoustic diagnostics of object 5, the research process takes a little time. So for the maximum thickness of the electrically conductive material of 100 mm (namely, such a thickness can be measured by the proposed device), the total transit time of the ultrasonic pulse is 67 μs. This value determines the time interval between the probing and reflected pulses, therefore, at this time the power of all units and circuits of the device is turned on. If we take a measurement frequency of approximately 8 Hz, then the measurement will be carried out after 125 ms. This technique reduces the power consumption of the device by tens of times. Note that the power turns on some time before the start of diagnostics to ensure a steady state, and turns off some time later, to ensure a margin of control thickness and processing time.

Известно, распределение зон эффективного возбуждения по толщине и угол ввода акустических колебаний в материал зависит от ряда факторов, в том числе и от величины рабочего зазора. Угол ввода акустических колебаний определяет точность диагностики, а правильное распределение зон эффективного возбуждения позволяет расширить область применения устройства, в частности позволяет работать на материалах с низкой электропроводностью, на грубых шероховатых поверхностях, сильно коррелированных. Таким образом, правильно выбирая величину зазора, можно повысить точность контроля и расширить область применения изобретения.It is known that the distribution of effective excitation zones by thickness and the angle of entry of acoustic vibrations into the material depends on a number of factors, including the size of the working gap. The angle of input of acoustic vibrations determines the accuracy of diagnosis, and the correct distribution of zones of effective excitation allows you to expand the scope of the device, in particular, allows you to work on materials with low electrical conductivity, on rough rough surfaces, highly correlated. Thus, by correctly choosing the size of the gap, it is possible to increase the accuracy of control and expand the scope of the invention.

Синхронизатор 1 предназначен для выработки пачки импульсов, которые используются для получения высоковольтного напряжения питания генератора 3, выполненного на разряднике. Генератор 3 работает только во время накопления заряда и выключается сразу после пробоя разрядника. ЭМА преобразователь 4 может быть выполнен в виде возбуждающей и приемной катушек индуктивности, выполненных на магнитном сердечнике.The synchronizer 1 is designed to generate a packet of pulses that are used to obtain a high-voltage supply voltage of the generator 3, made on the spark gap. Generator 3 only works during charge accumulation and turns off immediately after the breakdown of the spark gap. The EMA converter 4 can be made in the form of exciting and receiving inductors made on a magnetic core.

Измеритель 11 зазора обеспечивает непрерывный контроль величины промежутка между преобразователем 4 и объектом 5 диагностики, при этом выходной сигнал с измерителя 11 подается на схему 12 для автоматической установки частоты генератора 3.The gap meter 11 provides continuous monitoring of the gap between the transducer 4 and the diagnostic object 5, while the output signal from the meter 11 is fed to a circuit 12 for automatically setting the frequency of the generator 3.

АЛБ 8 предназначен для обработки информационного сигнала, в том числе сравнения сигналов с пороговым уровнем, и запоминания информации. В качестве индикатора 9 может быть применен обычный дисплей. Источник 10 питания включается синхронизатором 1 на время измерения.ALB 8 is intended for processing an information signal, including comparing signals with a threshold level, and storing information. As indicator 9, a conventional display can be used. The power source 10 is turned on by the synchronizer 1 for the duration of the measurement.

Измеритель 11 зазора может быть выполнен в виде вихретокового преобразователя.The gap meter 11 can be made in the form of an eddy current transducer.

Работа устройства.The operation of the device.

Синхронизатор 1 периодически посылает пачки импульсов в генератор 3 для обеспечения его питания высоковольтным напряжением. Когда напряжение достигает величины, достаточной для пробоя разрядника генератора 3, происходит его пробой и в генераторе 3 вырабатывается зондирующий импульс, который поступает одновременно на вход синхронизатора 1, вызывающий в нем обрыв пачки импульсов, и на вход ЭМА преобразователя 4.The synchronizer 1 periodically sends bursts of pulses to the generator 3 to provide it with a high-voltage voltage. When the voltage reaches a value sufficient for the breakdown of the spark gap of the generator 3, it breaks down and a probe pulse is generated in the generator 3, which is supplied simultaneously to the input of the synchronizer 1, causing it to break the burst of pulses, and to the input of the EMA of the converter 4.

ЭМА преобразователь 4 создает в материале объекта 5 диагностики постоянное магнитное поле и возбуждает в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов преобразователем 4 с постоянным магнитным полем в контролируемом объекте 5 возникает ультразвуковая волна (прямое ЭМА-преобразование). Ультразвуковая волна распространяется вглубь материала объекта 5, отражается от противоположной стороны его стенки и возвращается к поверхности материала. На этой поверхности возникают электрические токи как результат перемещения частиц металла в магнитном поле (обратное ЭМА-преобразование). Приемная катушка индуктивности ЭМА преобразователя 4 воспринимает наведенные токи и электродвижущая сила преобразователя 4 поступает на вход усилителя 6 и через АЦП 7 на АЛБ 8 для обработки. Измеряемый временной интервал в АЛБ 8 от зондирующего до отраженного импульса несет информацию о параметре диагностируемого объекта.The EMA converter 4 creates a constant magnetic field in the material of the diagnostic object 5 and excites eddy currents in it. As a result of the interaction of eddy currents by the transducer 4 with a constant magnetic field in the controlled object 5, an ultrasonic wave (direct EMA conversion) occurs. The ultrasonic wave propagates deep into the material of the object 5, is reflected from the opposite side of its wall and returns to the surface of the material. Electric currents appear on this surface as a result of the movement of metal particles in a magnetic field (inverse EMA conversion). The receiving inductor of the EMA of the converter 4 receives the induced currents and the electromotive force of the converter 4 is fed to the input of the amplifier 6 and through the ADC 7 to the ALB 8 for processing. The measured time interval in ALB 8 from the probe to the reflected pulse carries information about the parameter of the diagnosed object.

При измерении зазора между преобразователем 4 и объектом 5 измерителем 11, последний после установления его в зону контроля вырабатывает электрический сигнал, который поступает на схему 12 установки частоты, а эта схема 12 за счет поступающего сигнала обеспечивает автоматическое изменение частоты генератора, тем самым устраняя погрешность от непредвиденной вариации зазора.When measuring the gap between the transducer 4 and the object 5 by the meter 11, the latter, after installing it in the control zone, generates an electric signal, which is fed to the frequency setting circuit 12, and this circuit 12, due to the incoming signal, provides an automatic change in the generator frequency, thereby eliminating the error from unexpected variation in clearance.

Техническим результатом изобретения является высокая точность диагностики, достигаемая измерением текущего зазора между преобразователем и объектом диагностики измерителем зазора, выходной электрический сигнал которого обеспечивает автоматическую коррекцию частоты генератора через схему установки частоты. Это позволяет расширить диапазон диагностики объектов с большим разбросом электрической проводимости его материала и чистоты обработки поверхности.The technical result of the invention is the high diagnostic accuracy achieved by measuring the current gap between the converter and the diagnostic object by a gap meter, the electrical output of which provides automatic correction of the generator frequency through the frequency setting circuit. This allows you to expand the diagnostic range of objects with a wide variation in the electrical conductivity of its material and surface finish.

Claims

An electromagnetic-acoustic device containing a synchronizer connected in series, a generator power source, a probe pulse generator, made on a spark gap, an electromagnetic-acoustic converter, a receiving amplifier, an analog-to-digital converter, an arithmetic-logical unit, an indicator, an analogue power supply unit device circuit and an object diagnostics, while the second, third and fourth outputs of the synchronizer are connected to the second inputs of the analog-to-digital converter, arithmetically the logical unit and indicator, the fifth synchronizer output is connected to the input of the analog circuit power supply, and the synchronizer input is connected to the second generator output, characterized in that a gap meter and a frequency setting circuit are introduced into it, while the input of the frequency setting circuit is connected to the meter output the gap, and the output of the frequency setting circuit with the second input of the probe pulse generator.