RU2371714C2 - Eddy current control method and device to this end - Google Patents
Eddy current control method and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2371714C2 RU2371714C2 RU2006140059/28A RU2006140059A RU2371714C2 RU 2371714 C2 RU2371714 C2 RU 2371714C2 RU 2006140059/28 A RU2006140059/28 A RU 2006140059/28A RU 2006140059 A RU2006140059 A RU 2006140059A RU 2371714 C2 RU2371714 C2 RU 2371714C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- eddy current
- low
- integrator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к контрольно-измерительной технике, а именно к способам и устройствам электрических измерений неэлектрических величин, и могут быть использованы в промышленности для контроля перемещений и вибрации электропроводящих объектов.The invention relates to measuring equipment, in particular to methods and devices for electrical measurements of non-electrical quantities, and can be used in industry to control the movements and vibration of electrically conductive objects.
Известен способ вихретокового контроля (см. книгу: «Физические и физико-химические методы контроля состава и свойств веществ. Метод вихревых токов". Н.Н.Шумиловский и др. М.-Л.: Энергия, 1966, с 123-132), заключающийся в том, что используют вихретоковый преобразователь в виде параллельного колебательного контура, который устанавливают в зоне контроля и периодически подключают к источнику питания для формирования в параллельном колебательном контуре собственных затухающих колебаний, по величине затухания которых судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта, в качестве информативного параметра используют изменение средневыпрямленного напряжения затухающих колебаний.There is a method of eddy current control (see the book: "Physical and physico-chemical methods for controlling the composition and properties of substances. Eddy current method". N.N. Shumilovsky and others M.-L.: Energy, 1966, 123-132) consisting in the fact that they use an eddy current transducer in the form of a parallel oscillatory circuit, which is installed in the control zone and periodically connected to a power source to form its own damped oscillations in the parallel oscillatory circuit, the magnitude of the attenuation of which judges the changes in physical and mechanical physical parameters of the controlled object, as an informative parameter, use the change in the average rectified voltage of the damped oscillations.
Известно устройство, (см. книгу: «Физические и физико-химические методы контроля состава и свойств вещества. Метод вихревых токов". / Н.Н.Шумиловский и др. - М-Л; Энергия 1966, - с 123-132), содержащее коммутирующий элемент, соединенный первым входом с шиной питания, а выходом - с входом вихретокового преобразователя, выход которого соединен с входом пикового детектора и с входом детектора средневыпрямленного значения. Выход пикового детектора соединен с первым входом мостовой схемы, первый и второй выходы которой подключены к индикатору информативного параметра. Второй вход коммутирующего элемента соединен с выходом мультивибратора, вход которого соединен с выходом задающего генератора.A device is known, (see the book: "Physical and physico-chemical methods for controlling the composition and properties of a substance. Eddy current method." / N.N. Shumilovsky and others - M-L; Energy 1966, - from 123-132), comprising a switching element connected by a first input to the power bus and an output to the input of an eddy current transducer, the output of which is connected to the input of the peak detector and to the input of the mid-rectified value detector.The output of the peak detector is connected to the first input of the bridge circuit, the first and second outputs of which are connected to informative indicator th parameter. A second input of the switching element connected to the output of the multivibrator whose input is connected to the output of the master oscillator.
Недостатком способа является его низкая чувствительность, так как выделение информативного параметра осуществляется путем измерения средневыпрямленного значения затухающего колебания, что предполагает усреднение составляющих с высокой и низкой информативностью. Недостатком устройства является низкое быстродействие контроля, обусловленное относительно большой постоянной времени детектора средневыпрямленного значения, необходимой для сглаживания пульсаций, вызванных выпрямленным гармоническим сигналом с экспоненциальной огибающей. Данный недостаток не позволяет использовать устройство для вибродиагностики или в качестве датчика оборотов и фазы.The disadvantage of this method is its low sensitivity, since the selection of the informative parameter is carried out by measuring the average straightened value of the damped oscillation, which involves the averaging of components with high and low information content. The disadvantage of this device is the low speed of control, due to the relatively large constant time of the detector of the average rectified value, necessary to smooth out the pulsations caused by the rectified harmonic signal with an exponential envelope. This disadvantage does not allow the device to be used for vibration diagnostics or as a speed and phase sensor.
Известен способ вихретокового контроля (см. патент RU 2185617 от 07.02.2000, МКИ G01 №27/90, «Способ вихретокового контроля и устройство для его осуществления» / А.В.Клюшев. Опубл. 20.07.2002), который является наиболее близким по технической сущности и взят в качестве прототипа. Способ заключается в том, что используют вихретоковый преобразователь в виде параллельного колебательного контура, который устанавливают в зоне контроля и периодически подключают к источнику питания для формирования в параллельном колебательном контуре собственных затухающих колебаний, в качестве источника питания используют источник стабильного постоянного тока, который подключают к параллельному колебательному контуру и отключают его после окончания переходного процесса, после чего величину затухания определяют путем выбора полупериода с максимальным изменением амплитуды, которая соответствует максимальной чувствительности к изменению параметров контролируемого объекта.A known method of eddy current control (see patent RU 2185617 from 02/07/2000, MKI G01 No. 27/90, "Method of eddy current control and device for its implementation" / A.V. Klyushev. Publish. 07.20.2002), which is the closest by technical nature and taken as a prototype. The method consists in the use of a eddy current transducer in the form of a parallel oscillatory circuit, which is installed in the control zone and periodically connected to a power source to form its own damped oscillating circuit in a parallel oscillatory circuit, using a stable constant current source as a power source, which is connected to a parallel oscillatory circuit and turn it off after the end of the transition process, after which the attenuation is determined by choosing luperioda with a maximum amplitude variation, which corresponds to a maximum sensitivity to changes in the parameters of the controlled object.
Известно устройство, которое является наиболее близким по технической сущности и взято в качестве прототипа (см. патент РФ 2185617 от 07.02.2000, МКИ G01 №27/90 «Способ вихретокового контроля и устройство для его осуществления» / А.В.Клюшев, опублик. 20.07.2002), содержащее коммутирующий элемент, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, выход которого соединен с входом пикового детектора, задающий генератор, синхронизатор, преобразователь синусоиды в меандр, источник стабильного постоянного тока, выход которого соединен с первым входом первого коммутирующего элемента, и последовательно соединенные второй коммутирующий элемент, обнуляемый пиковый детектор, элемент выборки хранения, выход которого является выходом устройства, а второй вход соединен с вторым выходом синхронизатора, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а первый выход соединен со вторыми входами первого коммутирующего элемента, обнуляемого пикового детектора и селектора, выход которого соединен со вторым входом коммутирующего элемента, вход которого соединен с выходом вихретокового преобразователя и с входом преобразователя синусоиды в меандр.A device is known, which is the closest in technical essence and taken as a prototype (see RF patent 2185617 dated 02/07/2000, MKI G01 No. 27/90 “Eddy current monitoring method and device for its implementation” / A.V. Klyushev, published 07/20/2002), containing a switching element, the output of which is connected to the input of the eddy current transducer, the output of which is connected to the input of the peak detector, a master oscillator, a synchronizer, a sine wave to square wave converter, a stable constant current source, the output of which is connected to the first input the first switching element, and the second switching element connected in series, a null peak detector, a storage sample element, the output of which is the output of the device, and the second input connected to the second output of the synchronizer, the input of which is connected to the output of the master oscillator, and the first output is connected to the second inputs the first switching element, nullable peak detector and selector, the output of which is connected to the second input of the switching element, the input of which is connected to the output of eddy currents of the second transducer and with the input of the transducer of a sinusoid into a meander.
Недостатком способа является его недостаточная точность, обусловленная тем, что выделение информативного параметра осуществляется путем измерения амплитуды полупериода одной синусоиды при помощи короткого импульса выборки-хранения, нестабильности временного положения и длительности которого приводят к дополнительным погрешностям. Измерение амплитудного значения всего лишь одной синусоиды также недостаточно точно вследствие нестабильности этого значения.The disadvantage of this method is its lack of accuracy, due to the fact that the selection of an informative parameter is carried out by measuring the amplitude of the half-cycle of one sinusoid using a short pulse of sample-storage, the instability of the temporary position and the duration of which lead to additional errors. Measurement of the amplitude value of only one sinusoid is also not accurate enough due to the instability of this value.
Недостатком устройства являются его низкая точность и чувствительность, обусловленные тем, что пиковым детектором измеряется амплитуда только одной полуволны затухающего звона контура. Амплитуда этой полуволны мала, а точность измерения пиковым детектором на высоких частотах невелика из-за нестабильностей амплитуд сигналов и длительностей синхроимпульсов. Для получения достаточной чувствительности возникает необходимость увеличения амплитуды сигнала и, соответственно, использования достаточно мощного источника тока, возбуждающего контур. Действительно, амплитуда первой полуволны колебаний контура Umax равна:The disadvantage of this device is its low accuracy and sensitivity, due to the fact that the peak detector measures the amplitude of only one half-wave of the damped ringing of the circuit. The amplitude of this half-wave is small, and the accuracy of measurement with a peak detector at high frequencies is small due to instabilities of signal amplitudes and durations of clock pulses. To obtain sufficient sensitivity, it becomes necessary to increase the signal amplitude and, accordingly, use a sufficiently powerful current source that excites the circuit. Indeed, the amplitude of the first half-wave oscillations of the circuit U max equal to:
где I - ток импульса, L и С - индуктивность и емкость контура.where I is the pulse current, L and C are the inductance and capacitance of the circuit.
Значительные по величине скачки тока контура 1 приводят к дополнительным низкочастотным переходным процессам в цепях питания, которые накладываются на основные колебания контура и приводят к интерференционным наводкам, снижая точность измерений. Измерение только по одному полупериоду сигнала приводит к значительному усложнению аппаратной реализации способа. Другим недостатком является дополнительная температурная нестабильность измерений, вызванная наличием в приемной цепи коммутирующих элементов, имеющих заметную температурную зависимость переходного сопротивления в открытом состоянии.Significant jumps in the current of circuit 1 lead to additional low-frequency transients in the supply circuits, which are superimposed on the main oscillations of the circuit and lead to interference interference, reducing the accuracy of the measurements. Measurement by only one half-period of the signal leads to a significant complication of the hardware implementation of the method. Another disadvantage is the additional temperature instability of the measurements caused by the presence in the receiving circuit of switching elements having a noticeable temperature dependence of the transition resistance in the open state.
Решаемой технической задачей является создание способа и устройства для вихретокового контроля физико-механических параметров электропроводящих объектов с повышенной чувствительностью и точностью, уменьшенной потребляемой электрической мощностью и более простой реализацией схемы.The technical problem to be solved is the creation of a method and device for eddy current control of the physicomechanical parameters of electrically conductive objects with increased sensitivity and accuracy, reduced power consumption and a simpler implementation of the circuit.
Эта задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: способ вихретокового контроля, основанный на использовании вихретокового преобразователя в виде параллельного колебательного контура, который устанавливают в зоне контроля, периодически подключают к источнику стабильного постоянного тока и отключают от него для формирования в колебательном контуре собственных затухающих колебаний, по величине затухания судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта, и отличительных от прототипа новых существенных признаков: для измерения величины затухания переходного процесса, возникающего в колебательном контуре после каждого отключения его от источника стабильного постоянного тока, производят однополупериодное детектирование, фильтрацию, интегрирование всех четных полуволн сигнала переходного процесса, запоминание и линеаризацию проинтегрированного сигнала.This problem is solved using the features specified in the claims that are common with the prototype: the eddy current control method based on the use of an eddy current transducer in the form of a parallel oscillatory circuit, which is installed in the control zone, is periodically connected to a stable constant current source and disconnected from it to form in the oscillatory circuit of its own damped oscillations, the magnitude of the damping is judged on changes in the physico-mechanical parameters of the controlled object, and distinguish new significant features from the prototype: to measure the amount of transient attenuation that occurs in the oscillatory circuit after each disconnection from the stable constant current source, one-half-wave detection, filtering, integration of all even half-waves of the transient signal, storing and linearization of the integrated signal are performed.
Устройство для осуществления способа вихретокового контроля содержит коммутирующий элемент, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, задающий генератор видеоимпульсов, источник стабильного постоянного тока, выход которого соединен с первым входом коммутирующего элемента, и узел выборки-хранения, новым является то, что дополнительно введены замыкатель, элемент задержки, формирователь импульсов, усилитель согласующий, однополупериодный детектор, первый фильтр нижних частот, обнуляемый интегратор, второй фильтр нижних частот, узел линеаризации и формирователь выходного напряжения, при этом выход задающего генератора видеоимпульсов соединен с входом замыкателя, со вторым входом коммутирующего элемента и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, а выход формирователя импульсов - со вторым входом узла выборки-хранения, второй вход обнуляемого интегратора соединен с первым выходом замыкателя, второй выход которого соединен с третьим входом обнуляемого интегратора, последовательно соединены вихретоковый преобразователь, усилитель согласующий, однополупериодный детектор, первый фильтр нижних частот, обнуляемый интегратор, второй фильтр нижних частот, узел выборки-хранения, узел линеаризации и формирователь выходного напряжения, выход которого является выходом устройства.A device for implementing the eddy current control method includes a switching element, the output of which is connected to the input of the eddy current transducer, defining a video pulse generator, a stable constant current source, the output of which is connected to the first input of the switching element, and a sampling-storage unit, which is additionally introduced as a contactor , delay element, pulse shaper, matching amplifier, half-wave detector, first low-pass filter, resettable integrator, second filter low frequencies, the linearization unit and the output voltage driver, while the output of the driving video pulse generator is connected to the input of the contactor, with the second input of the switching element and the input of the delay element, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, and the output of the pulse shaper - with the second input of the sample node- storage, the second input of the resettable integrator is connected to the first output of the contactor, the second output of which is connected to the third input of the resettable integrator, eddy currents are connected in series the first converter, matching amplifier, half-wave detector, the first low-pass filter, a nullable integrator, the second low-pass filter, a sampling-storage unit, a linearization unit, and an output voltage shaper, the output of which is the output of the device.
Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом.The following discloses the existence of a causal relationship between the totality of the essential features of the claimed invention and the achieved result.
Во-первых, впервые предложены способ и устройство вихретокового контроля, основанные на таком методе регистрации сигнала.Firstly, for the first time, a method and device of eddy current control are proposed, based on this method of recording a signal.
Во-вторых, применение такого способа и устройства позволяет повысить временную стабильность и чувствительность измерений за счет выделения огибающей (демодуляции) и интегрирования сигнала.Secondly, the application of this method and device can increase the temporal stability and sensitivity of measurements due to the allocation of the envelope (demodulation) and integration of the signal.
В-третьих, применение такого способа и устройства позволяет повысить энергетическую экономичность измерений, так как измерения производятся после окончания короткого видеоимпульса, а величину тока в импульсе устанавливают малой вследствие большой амплитуды сигнала после демодуляции и интегрирования. Это позволяет также обеспечить искро- и взрывобезопасность устройства.Thirdly, the application of this method and device can improve the energy efficiency of measurements, since measurements are made after the end of a short video pulse, and the current value in the pulse is set small due to the large amplitude of the signal after demodulation and integration. This also allows for spark and explosion safety of the device.
В-четвертых, способ и устройство не требуют создания коротких специальных импульсов выборки-хранения и привязки их положения к амплитуде конкретной полуволны, что позволяет упростить аппаратную реализацию способа.Fourth, the method and device do not require the creation of short special pulses of sample-storage and the binding of their position to the amplitude of a particular half-wave, which allows to simplify the hardware implementation of the method.
Таким образом, новая совокупность всех существенных признаков в заявляемых способе и устройстве обеспечивает достижение следующего результата: повышение чувствительности, точности, уменьшение потребляемой мощности и упрощение аппаратной реализации.Thus, a new set of all the essential features in the inventive method and device provides the following result: increasing sensitivity, accuracy, reducing power consumption and simplifying hardware implementation.
На фиг.1 показана схема измерений, использование которой позволяет реализовать предлагаемые нами способ и устройство.Figure 1 shows the measurement scheme, the use of which allows us to implement our proposed method and device.
На фиг.2 приведены эпюры выходных напряжений узлов устройства при разных расстояниях (столбцы А и Б) от вихретокового преобразователя до контролируемого объекта, иллюстрирующие принцип выделения информативного параметра.Figure 2 shows the plot of the output voltages of the nodes of the device at different distances (columns A and B) from the eddy current transducer to the controlled object, illustrating the principle of selection of an informative parameter.
На фиг.3 приведена зависимость выходного напряжения устройства от величины зазора между вихретоковым преобразователем и стальным диском, полученная при применении предложенных способа и устройства.Figure 3 shows the dependence of the output voltage of the device on the gap between the eddy current transducer and the steel disk obtained by applying the proposed method and device.
Способ осуществляется следующим образом. Вихретоковый преобразователь, представляющий собой параллельный резонансный контур, подключают при помощи коммутирующего элемента к источнику стабильного постоянного тока, т.е. подают прямоугольный импульс тока (фиг.2а), фронт и спад которого вызывают в контуре переходные процессы в виде двух спадающих по экспоненте радиоимпульсов (фиг.2б). Постоянная затухания радиоимпульсов определяется суммарными потерями в контуре и потерями на вихревые токи в материале образца. Затухающие колебания описываются выражением:The method is as follows. The eddy current transducer, which is a parallel resonant circuit, is connected using a switching element to a source of stable direct current, i.e. a rectangular current pulse is supplied (Fig. 2a), the front and a decline of which cause transients in the circuit in the form of two radio pulses decreasing exponentially (Fig. 2b). The attenuation constant of the radio pulses is determined by the total losses in the circuit and by the eddy current losses in the sample material. Damped oscillations are described by the expression:
Umax - амплитуда первой полуволны, t - время,U max - the amplitude of the first half-wave, t - time,
α=R/2L, R - полное сопротивление потерь, L - индуктивность вихретокового преобразователя, С - емкость контура. Если α/ω0<<1, тоα = R / 2L, R is the total loss resistance, L is the inductance of the eddy current transducer, C is the capacitance of the circuit. If α / ω 0 << 1, then
При контроле перемещения изменение расстояния от вихретокового преобразователя до контролируемого объекта приводит к изменению R и L, а следовательно, в соответствии с (2) и (3) к изменению времени затухания радиоимпульса. На фиг.2б показаны колебания с разными коэффициентами затухания, причем в столбце А показаны эпюры для больших расстояний до объекта измерения, а в столбце В - для маленьких расстояний. Затухающие радиоимпульсы детектируют (фиг.2в) однополупериодным детектором.When controlling movement, changing the distance from the eddy current transducer to the controlled object leads to a change in R and L, and therefore, in accordance with (2) and (3), a change in the decay time of the radio pulse. Figure 2b shows oscillations with different attenuation coefficients, with column A showing plots for large distances to the measurement object, and column B for small distances. The damped radio pulses are detected (figv) by a half-wave detector.
Продетектированные полуволны фильтруют, причем постоянную заряда t3 фильтра выбирают так, чтобы t3<<Т, где Т - период колебаний, а постоянная разряда фильтра находится в следующем соотношении Т≤tраз.<Tmin, где Tmin - минимальное время спада радиоимпульса, соответствующее минимальному расстоянию до объекта. Фильтрация сигнала позволяет выделить огибающую входного сигнала и значительно увеличить площадь под кривой (фиг.2г) и, следовательно, амплитуду выходного сигнала после интегрирования. Во время действия видеоимпульсов интегрирование сигнала не производят (фиг.2д), т.к. вследствие паразитных переходных процессов в элементах коммутации и цепях питания наблюдаются сильные коммутационные наводки, снижающие точность измерения. После выключения видеоимпульса проводят интегрирование только четных полуволн демодулированного сигнала (фиг.2д) аналоговым или цифровым способом. Интегрирование четных полуволн позволяет, с одной стороны, устранить влияние переходных процессов в элементах коммутации на результаты измерения, эти переходные процессы затухают до нуля за время длительности первой полуволны, с другой стороны, исключение из измерений 1-й полуволны позволяет повысить точность преобразования, так как амплитуда первой полуволны определяется только величиной тока и волновым сопротивлением контура и не зависит от потерь. После затухания спадающего по экспоненте радиоимпульса до нуля на выходе интегратора устанавливается постоянное по величине напряжение, которое измеряют при помощи узла выборки-хранения (фиг.2е, ж), линеаризуют и подают на выход. По величине выходного сигнала определяют степень активных потерь в материале объекта, а следовательно - расстояние до объекта, степень чистоты поверхности и др. На фиг.2 в столбцах А и В представлены сигналы для двух различных расстояний до объекта. При включении следующего видеоимпульса интегратор обнуляют, затем цикл измерений повторяют. На фигуре 3 показана зависимость выходного напряжения устройства от расстояния до объекта измерения с линеаризованным коэффициентом преобразования К=1 В/мм в диапазоне расстояний 0,3-2,7 мм.The detected half-waves are filtered, and the charge constant t 3 of the filter is chosen so that t 3 << T, where T is the oscillation period, and the filter discharge constant is in the following ratio T≤t times. <T min , where T min is the minimum decay time of the radio pulse corresponding to the minimum distance to the object. Filtering the signal allows you to select the envelope of the input signal and significantly increase the area under the curve (Fig.2d) and, therefore, the amplitude of the output signal after integration. During the action of the video pulses, the signal is not integrated (Fig.2d), because due to spurious transients in switching elements and power circuits, strong switching pickups are observed, which reduce the measurement accuracy. After turning off the video pulse, only even half-waves of the demodulated signal (Fig.2d) are integrated by analog or digital methods. Integration of even half-waves allows, on the one hand, to eliminate the influence of transients in switching elements on the measurement results, these transients decay to zero during the duration of the first half-wave, on the other hand, the exclusion of the 1st half-wave from measurements allows to increase the conversion accuracy, since the amplitude of the first half-wave is determined only by the magnitude of the current and the wave impedance of the circuit and is independent of losses. After the attenuation of the decaying radio pulse to zero at the output of the integrator, a constant voltage is established, which is measured using the sample-storage node (Fig. 2e, g), linearized and fed to the output. The magnitude of the output signal determines the degree of active loss in the material of the object, and therefore the distance to the object, the degree of surface cleanliness, etc. Figure 2 in columns A and B shows the signals for two different distances to the object. When the next video pulse is turned on, the integrator is reset, then the measurement cycle is repeated. The figure 3 shows the dependence of the output voltage of the device on the distance to the measurement object with a linearized conversion coefficient K = 1 V / mm in the range of distances 0.3-2.7 mm.
Устройство для осуществления способа содержит (см. фиг.1) коммутирующий элемент 2, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя 3, задающий генератор видеоимпульсов 7, источник стабильного постоянного тока 1, выход которого соединен с первым входом коммутирующего элемента 2, узел выборки - хранения 11, замыкатель 8, элемент задержки 13, формирователь импульсов 14, усилитель согласующий 4, однополупериодный детектор 5, первый фильтр нижних частот 6, обнуляемый интегратор 9, второй фильтр нижних частот 10, узел линеаризации 12 и формирователь выходного напряжения 15, при этом выход задающего генератора видеоимпульсов 7 соединен с входом замыкателя 8, со вторым входом коммутирующего элемента 2 и входом элемента задержки 13, выход которого соединен с входом формирователя импульсов 14, а выход формирователя импульсов 14 - со вторым входом узла выборки-хранения 11, второй вход обнуляемого интегратора 9 соединен с первым выходом замыкателя 8, второй выход которого соединен с третьим входом обнуляемого интегратора 9, последовательно соединены вихретоковый преобразователь 3, усилитель согласующий 4, однополупериодный детектор 5, первый фильтр нижних частот 6, обнуляемый интегратор 9, второй фильтр нижних частот 10, узел выборки-хранения 11, узел линеаризации 12 и формирователь выходного напряжения 15, выход которого является выходом устройства.The device for implementing the method comprises (see Fig. 1) a switching element 2, the output of which is connected to the input of the eddy current transducer 3, which defines the video pulse generator 7, a stable constant current source 1, the output of which is connected to the first input of the switching element 2, a sampling and storage unit 11, contactor 8, delay element 13, pulse shaper 14, matching amplifier 4, half-wave detector 5, first low-pass filter 6, resettable integrator 9, second low-pass filter 10, linearization unit 12 and shaping the output voltage adjuster 15, while the output of the driving video pulse generator 7 is connected to the input of the contactor 8, to the second input of the switching element 2 and the input of the delay element 13, the output of which is connected to the input of the pulse shaper 14, and the output of the pulse shaper 14 to the second input of the sample node -storage 11, the second input of the resettable integrator 9 is connected to the first output of the contactor 8, the second output of which is connected to the third input of the resettable integrator 9, the eddy current converter 3 is connected in series, matching device 4, half-wave detector 5, first low-pass filter 6, resettable integrator 9, second low-pass filter 10, sampling-storage unit 11, linearization unit 12 and output voltage shaper 15, the output of which is the output of the device.
Все примененные узлы и элементы широко описаны в технической литературе и могут быть реализованы как на аналоговых, так и на цифровых элементах. В качестве источника тока 1 может быть использован источник CR200 фирмы Temic semiconductor, коммутирующий элемент 2 и замыкатель 8 могут быть реализованы на микросхеме TS4053BF фирмы Toshiba. Задающий генератор 7 может быть выполнен по схемам, приведенным в справочнике В.Л Шило. «Популярные цифровые микросхемы». М.: Радио и связь, 1987 г., с 217. Вихретоковый преобразователь 3 состоит из катушки индуктивности, намотанной на торце шпильки, соединительного кабеля и емкости, которые образуют стандартный колебательный контур. Усилитель согласующий 4, фильтры нижних частот 6 и 10 и однополупериодный детектор 5 могут быть реализованы по стандартным схемам на операционных усилителях, приведенных в монографии И. Достала «Операционные усилители». М.: Мир, 1982, с.188, 191, 196. Обнуляемый интегратор 9 может быть реализован по схеме Миллера или по схеме неинвертирующего интегратора с отрицательным сопротивлением, приведенным в книге И. Достала «Операционные усилители». М.: Мир, 1982, с.190, 199. Узел выборки - хранения 11 может быть выполнен по схеме типового включения на микросхеме К1100СК4, элемент задержки 13 может быть выполнен на основе интегрирующей цепочки и формирователя импульсов, приведенных в книге B.C.Гутникова «Интегральная электроника в измерительных устройствах». Л.: Энергия, 1980, с.229, узел линеаризации 12 может быть выполнен на базе умножителей AD633 фирмы Analog Devices no стандартной схеме. Схема формирователя выходного напряжения 15 выбирается в зависимости от требуемого формата выходного сигнала.All applied nodes and elements are widely described in the technical literature and can be implemented on both analog and digital elements. Temic semiconductor CR200 source can be used as current source 1, switching element 2 and contactor 8 can be implemented on Toshiba TS4053BF chip. The master oscillator 7 can be performed according to the schemes given in the reference V.L. Shilo. "Popular digital circuits." M .: Radio and communications, 1987, with 217. Eddy current transducer 3 consists of an inductor wound on the end of the stud, connecting cable and capacitance, which form a standard oscillatory circuit. The matching amplifier 4, low-
Другой вариант выполнения схемы может быть реализован на цифровых микроконтроллерах, которые могут быть запрограммированы для реализации ряда схем: задающего генератора 7, обнуляемого интегратора 9, фильтров нижних частот 6 и 10, элемента задержки 13, формирователя импульсов 14, узла выборки-хранения 11, узла линеаризации 12, формирователя выходного напряжения 15.Another embodiment of the circuit can be implemented on digital microcontrollers, which can be programmed to implement a number of circuits: a master oscillator 7, a resettable integrator 9, low-
Работа устройства поясняется эпюрами, приведенными на фиг.2. Устройство работает следующим образом. Импульсы (фиг.2а) с задающего генератора видеоимпульсов 2 поступают на вход элемента задержки 13, на второй вход коммутирующего элемента 2, который подключает источник стабильного постоянного тока 1 к вихретоковому преобразователю 3, и на вход замыкателя 8, который закорачивает на время длительности импульса емкость обнуляемого интегратора 9 (фиг.2д) и приводит его в начальное состояние. После воздействия на контур вихретокового преобразователя 3 переднего и заднего фронтов импульса тока наблюдаются переходные процессы (звон контура) в виде затухающих по экспоненте синусоидальных сигналов (фиг.2б). Эти высокочастотные сигналы усиливаются согласующим усилителем 4, полуволны сигнала детектируются (фиг.2в) однополупериодным детектором 5, с выхода детектора 5 передаются на вход первого фильтра нижних частот 6, имеющего разные времена заряда и разряда, а полученная огибающая высокочастотного сигнала (фиг.2г) поступает на первый вход обнуляемого интегратора 9. Во время воздействия переходного процесса, возникающего после фронта импульса, обнуляемый интегратор 9 находится в начальном состоянии, так как его интегрирующий конденсатор находится в замкнутом состоянии, и напряжение на его выходе равно нулю. После отключения видеоимпульса во время воздействия переходного процесса, возникающего после заднего среза импульса, замыкатель размыкает конденсатор интегратора, обнуляемый интегратор 9 переходит в рабочий режим и интегрирует входной сигнал (фиг.2д). При этом переходные процессы, возникшие в элементах коммутации, за время длительности первой полуволны успевают затухнуть до уровня шума и не интегрируются. Выходное напряжение с обнуляемого интегратора 9 поступает на вход второго фильтра нижних частот 10, который служит для ослабления паразитных высокочастотных составляющих сигнала, просочившихся через интегратор 9. Сигнал с выхода второго фильтра нижних частот 10 подается на первый вход узла выборки - хранения 11, на второй вход которого поступает задержанный на время звона контура t1 элементом задержки 13 и образованный формирователем импульсов 14 видеоимпульс (фиг.2е), разрешающий включение режима выборки-хранения после окончания времени звона контура вихретокового преобразователя 3 и достижения выходным напряжением обнуляемого интегратора 9 постоянного уровня (фиг.2д). В практических схемах запоминание выходного напряжения производится через 20-40 микросекунд после окончания видеоимпульса. Напряжение, снимаемое с узла выборки-хранения 11, подается на вход узла линеаризации 12, который преобразует это напряжение в пропорциональное расстоянию от торца датчика до электропроводящей поверхности объекта. Линеаризованный сигнал подается на вход формирователя выходного напряжения 15, с выхода которого получают сигнал (фиг.2ж), соответствующий требуемому формату.The operation of the device is illustrated by the diagrams shown in figure 2. The device operates as follows. The pulses (figa) from the master oscillator of the video pulses 2 are fed to the input of the delay element 13, to the second input of the switching element 2, which connects the constant current source 1 to the eddy current transducer 3, and to the input of the contactor 8, which shorts the capacitance for the duration of the pulse resettable integrator 9 (Fig.2d) and brings it to its initial state. After the eddy-current transducer 3 is exposed to the leading and trailing edges of the current pulse, transients (ringing of the loop) in the form of exponentially damped sinusoidal signals are observed (Fig.2b). These high-frequency signals are amplified by a matching amplifier 4, the half-wave of the signal is detected (Fig. 2c) by a half-wave detector 5, from the output of the detector 5 are transmitted to the input of the first low-
В целях подтверждения осуществимости заявленных способа и устройства и достигнутого технического результата изготовлен и испытан опытный образец, выполненный в соответствии со структурной схемой, изображенной на фиг.1. Использовался вихретоковый преобразователь, выполненный в виде шпильки, на торце которой намотана многовитковая катушка, имеющая внешний диаметр 8 мм, сечение 0,8 мм2, индуктивность 30 мкГн, собственное активное сопротивление 2,3 Ом. Параллельно индуктивности катушки включена емкость 1500 пФ. Для возбуждения колебания в контуре использован источник тока величиной 2 мА. Линеаризация проведена для расстояний 0,3…2,7 мм до стального диска, выполненного из стали марки 40х. На фиг.3 приведена зависимость выходного напряжения устройства, выполненного с использованием цифровых микроконтроллеров, от величины зазора между вихретоковым преобразователем и стальным диском, полученная при применении предложенных способа и устройства.In order to confirm the feasibility of the claimed method and device and the achieved technical result, a prototype is made and tested, made in accordance with the structural diagram depicted in figure 1. An eddy current transducer made in the form of a pin was used, on the end of which a multi-turn coil was wound, having an external diameter of 8 mm, a cross section of 0.8 mm 2 , an inductance of 30 μH, and an intrinsic resistance of 2.3 Ohms. In parallel with the coil inductance, a capacitance of 1500 pF is included. To excite oscillations in the circuit, a current source of 2 mA was used. Linearization was carried out for distances of 0.3 ... 2.7 mm to a steel disk made of steel grade 40x. Figure 3 shows the dependence of the output voltage of the device, made using digital microcontrollers, on the gap between the eddy current transducer and the steel disk obtained by applying the proposed method and device.
Проведенные испытания показали осуществимость заявленных способа и устройства вихретокового контроля, подтвердили его преимущества и практическую ценность.The tests showed the feasibility of the claimed method and device eddy current control, confirmed its advantages and practical value.
Способ вихретокового контроля может применяться для измерения величины осевого смещения и радиальной вибрации валов роторных машин, обнаружения поверхностных дефектов электропроводящих объектов, измерения толщины диэлектрических покрытий на электропроводном основании, определения состава вещества объекта, оценки толщины металлизации на диэлектрическом основании, измерения линейных и угловых перемещений объектов, в качестве датчика наличия проводящего объекта, датчика оборотов и фазы, как бесконтактный выключатель.The eddy current control method can be used to measure the axial displacement and radial vibration of the shafts of rotary machines, detect surface defects of electrically conductive objects, measure the thickness of dielectric coatings on an electrically conductive base, determine the composition of the substance of an object, assess the thickness of metallization on a dielectric base, measure linear and angular displacements of objects, as a sensor for the presence of a conductive object, a speed sensor and a phase, as a proximity switch.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140059/28A RU2371714C2 (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Eddy current control method and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140059/28A RU2371714C2 (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Eddy current control method and device to this end |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006140059A RU2006140059A (en) | 2008-05-20 |
| RU2371714C2 true RU2371714C2 (en) | 2009-10-27 |
Family
ID=39798594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006140059/28A RU2371714C2 (en) | 2006-11-13 | 2006-11-13 | Eddy current control method and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2371714C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478945C1 (en) * | 2011-10-06 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Electromagnetic testing method of mechanical fastening strength of seats of transport vehicles |
| RU2747915C1 (en) * | 2020-11-03 | 2021-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК» | Eddy-current converter |
-
2006
- 2006-11-13 RU RU2006140059/28A patent/RU2371714C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2478945C1 (en) * | 2011-10-06 | 2013-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Electromagnetic testing method of mechanical fastening strength of seats of transport vehicles |
| RU2747915C1 (en) * | 2020-11-03 | 2021-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК» | Eddy-current converter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006140059A (en) | 2008-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106813564B (en) | LVDT displacement sensor digital processing method and device | |
| US9214937B2 (en) | Inductive proximity sensor | |
| KR101735776B1 (en) | Power line monitoring methodology and its device for detection of certain harmonic frequency based on contactless pick-up coil including signal mixing and resonance circuit | |
| CN101706526B (en) | Measuring method and device of pulse width detection type magnetic modulation direct current | |
| CN105572456A (en) | AC/DC fluxgate current sensor | |
| CN107764346B (en) | Method for operating a magnetic-inductive flow meter and magnetic-inductive flow meter | |
| JPH09511056A (en) | Material property measurement system | |
| CN114018144A (en) | Sensor detection circuit and sensor detection method | |
| RU2371714C2 (en) | Eddy current control method and device to this end | |
| JP6142918B2 (en) | Near electric field probe, its control system, and piezoelectric crystal detector | |
| JP3808602B2 (en) | Method and apparatus for tuning high Q filter | |
| Arnold et al. | A driver for piezoelectric transducers with control of resonance | |
| EP2551643A1 (en) | Capacitive measuring circuit insensitive to high-frequency interference | |
| RU2365910C2 (en) | Way of eddy current control and device for its realisation | |
| CN111649660A (en) | Phase-locked amplification-based capacitive displacement measurement device and method | |
| US10866133B2 (en) | Capacitive limit level switch | |
| CN106199285B (en) | Capacitance characteristic measuring equipment and method under any alternating current carrier | |
| RU2747916C1 (en) | Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters | |
| RU2185617C2 (en) | Process of eddy-current inspection and device for its embodiment | |
| RU2747915C1 (en) | Eddy-current converter | |
| RU99149U1 (en) | TWO-PARAMETER VORTEX CONTROL DEVICE | |
| CN215452889U (en) | High-precision digital demodulation circuit of eddy current sensor | |
| CN103885001A (en) | Series array type alternating current magnetic field sensing device | |
| RU2305280C1 (en) | Method of testing article | |
| RU2808957C2 (en) | Device for measuring conductivity and impedance of plasma of glow gas discharge dc |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111114 |