RU2482471C1 - Method of eddy current control - Google Patents

Method of eddy current control Download PDF

Info

Publication number
RU2482471C1
RU2482471C1 RU2011137778/28A RU2011137778A RU2482471C1 RU 2482471 C1 RU2482471 C1 RU 2482471C1 RU 2011137778/28 A RU2011137778/28 A RU 2011137778/28A RU 2011137778 A RU2011137778 A RU 2011137778A RU 2482471 C1 RU2482471 C1 RU 2482471C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
eddy current
inductor
current probe
metal surface
gap
Prior art date
Application number
RU2011137778/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011137778A (en
Inventor
Сергей Алексеевич Синютин
Дмитрий Анатольевич Кузько
Александр Германович Прыгунов
Александр Викторович Лыткин
Original Assignee
Сергей Алексеевич Синютин
Дмитрий Анатольевич Кузько
Александр Германович Прыгунов
Александр Викторович Лыткин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Алексеевич Синютин, Дмитрий Анатольевич Кузько, Александр Германович Прыгунов, Александр Викторович Лыткин filed Critical Сергей Алексеевич Синютин
Priority to RU2011137778/28A priority Critical patent/RU2482471C1/en
Publication of RU2011137778A publication Critical patent/RU2011137778A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2482471C1 publication Critical patent/RU2482471C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: instrumentation.SUBSTANCE: proposed method consists in setting and maintaining the rage of permitted values of clearance between controlled entity metallic surface and eddy current probe with inductor. Eddy current transducer is used to measure clearance between controlled entity metallic surface and eddy current probe with inductor. Proceeding the results of measurements, controlled entity metallic surface displacement toward eddy current probe with inductor relative to its initial position is defined and memorised. Note here that proceeding from the results of measurements, eddy current probe with inductor is displaced through such distance which allows maintaining aforesaid clearance within preset range of permitted values.EFFECT: decreased dependence of sensitivity and accuracy and influence of foreign metal bodies on accuracy, smaller clearance.3 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в промышленности для контроля осевого смещения и поперечного биения валов турбин, электродвигателей и других агрегатов, в которых используются подшипники скольжения. Известен способ вихретокового контроля [1, 2], в котором используется вихретоковый датчик, включающий в себя вихретоковый пробник, удлинительный кабель и драйвер. В составе вихретокового пробника используется металлический зонд с диэлектрическим наконечником, в котором заключена катушка индуктивности. Сигнал возбуждения от драйвера подается на катушку индуктивности вихретокового пробника, которая под действием этого сигнала излучает электромагнитное поле. Электромагнитное поле катушки индуктивности взаимодействует с металлической поверхностью объекта контроля, наводя в ней вихревые токи. Электромагнитное поле этих токов действует навстречу электромагнитному полю катушки индуктивности, изменяя ее комплексное сопротивление. При перемещении металлической поверхности объекта контроля, приводящем к изменению величины зазора между этой поверхностью и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности, возникает эквивалентное этому изменение комплексного сопротивления катушки индуктивности, которое преобразуется драйвером в электрический сигнал. Формируемый драйвером электрический сигнал прямо пропорционален величине зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым датчиком, что позволяет вычислить величину перемещения металлической поверхности объекта контроля относительно ее исходного положения вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности.The invention relates to measuring technique and can be used in industry to control axial displacement and lateral runout of turbine shafts, electric motors and other units that use sliding bearings. A known method of eddy current control [1, 2], which uses an eddy current sensor, including an eddy current probe, an extension cable and a driver. The eddy current probe uses a metal probe with a dielectric tip, in which an inductance coil is enclosed. The excitation signal from the driver is fed to the inductance coil of the eddy current probe, which under the influence of this signal emits an electromagnetic field. The electromagnetic field of the inductor interacts with the metal surface of the control object, inducing eddy currents in it. The electromagnetic field of these currents acts towards the electromagnetic field of the inductor, changing its complex resistance. When moving the metal surface of the test object, leading to a change in the gap between this surface and the eddy current probe with an inductor, an equivalent change in the complex resistance of the inductor occurs, which is converted by the driver into an electric signal. The electrical signal generated by the driver is directly proportional to the gap between the metal surface of the test object and the eddy current sensor, which allows you to calculate the displacement of the metal surface of the test object relative to its initial position along the direction of the eddy current probe with an inductor.

Недостатками способа являются:The disadvantages of the method are:

1. Зависимость чувствительности и точности определения величины перемещения металлической поверхности объекта контроля относительно ее исходного положения вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности от величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности и их снижение при возрастании величины этого зазора.1. The dependence of the sensitivity and accuracy of determining the magnitude of the displacement of the metal surface of the test object relative to its initial position along the direction of the eddy current probe with the inductor on the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with the inductor and their decrease with increasing value of this gap.

2. Увеличение влияния на точность измерений посторонних металлических масс при возрастании величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности.2. An increase in the influence on the measurement accuracy of extraneous metal masses with an increase in the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor.

3. Необходимость линеаризации передаточной функции вихретокового датчика при его калибровке в диапазоне изменений величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности, численно равном диапазону определяемых величин перемещений этой поверхности вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности.3. The need to linearize the transfer function of the eddy current sensor when calibrating it in the range of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor, numerically equal to the range of the determined displacements of this surface along the direction of the eddy current probe with an inductor.

Целью изобретения является снижение зависимости чувствительности и точности определения вихретоковым датчиком значения величины перемещения металлической поверхности объекта контроля вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности от значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности, снижение влияния посторонних металлических масс на точность измерений вихретокового датчика при возрастании значения величины перемещения металлической поверхности объекта контроля вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности, а также уменьшение диапазона значений величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности, необходимых для линеаризации передаточной функции вихретокового датчика при его калибровке.The aim of the invention is to reduce the dependence of sensitivity and accuracy of determining by the eddy current sensor the value of the displacement of the metal surface of the test object along the direction of the eddy current probe with the inductor on the value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with the inductor, reducing the influence of extraneous metal masses on the measurement accuracy eddy current sensor with increasing value of the displacement of metal th surface along the direction of a control object on the eddy current probe with an inductor, as well as reducing the range of values of the gap between the metal surface of the inspection object and the eddy current probe to the inductance required for the linearization of the transfer function of the eddy current sensor when it is calibrated.

Сущность изобретения заключается в том, что в вихретоковом датчике задают и поддерживают диапазон разрешенных значений величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности. Вихретоковым датчиком измеряют величину зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности и на основе результатов этих измерений определяют и запоминают величину перемещения металлической поверхности объекта контроля вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности относительно ее исходного положения. При этом на основе результатов измерений вихретоковый пробник с катушкой индуктивности перемещают, в случае необходимости, на такое расстояние, чтобы обеспечить поддержание значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности в пределах заданного диапазона разрешенных значений величины этого зазора. При отклонении измеренного значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности за пределы поддерживаемого вихретоковым датчиком диапазона значений величины этого зазора определяют и запоминают величину перемещения металлической поверхности объекта контроля вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности относительно ее исходного положения. После этого вихретоковый пробник с катушкой индуктивности перемещают на такое расстояние, чтобы устанавливаемое при этом значение величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности попадало в середину заданного диапазона его разрешенных значений.The essence of the invention lies in the fact that in the eddy current sensor set and maintain the range of allowed values of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor. The eddy current sensor measures the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductance coil and, based on the results of these measurements, the amount of movement of the metal surface of the test object along the direction of the eddy current probe with the inductance coil relative to its initial position is determined and stored. At the same time, based on the measurement results, the eddy current probe with the inductor is moved, if necessary, to such a distance that the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with the inductor are maintained within a specified range of allowed values for this gap. When the measured value deviates from the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductance coil outside the range of values supported by the eddy current sensor, the values of this gap determine and remember the amount of movement of the metal surface of the test object along the direction of the eddy current probe with the inductor relative to its initial position. After that, the eddy current probe with the inductor is moved to such a distance that the value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with the inductor falls in the middle of the specified range of its allowed values.

Для этого вихретоковый пробник с катушкой индуктивности размещают на подвижном штоке привода шагового двигателя. На катушку индуктивности вихретокового пробника, входящего в состав вихретокового датчика, подают переменный электрический сигнал, по величине амплитуды которого на катушке индуктивности измеряют величину зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности. На основе измеренного значения величины этого зазора вычисляют и запоминают величину перемещения металлической поверхности объекта контроля вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности относительно ее исходного положения. Измеренное значение величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности сравнивают с диапазоном его разрешенных значений. Если измеренное значение величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности попадает в диапазон его разрешенных значений, то выполняют очередное измерение значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности. При отклонении измеренного значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности за пределы диапазона его разрешенных значений выдается управляющий сигнал на шаговый двигатель для перемещения подвижного штока привода этого двигателя на такое расстояние, чтобы устанавливаемое при этом значение величины этого зазора попадало в середину диапазона его разрешенных значений. После отработки шаговым двигателем этого управляющего сигнала выполняют очередное измерение значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности. Проведенный сравнительный анализ выявил следующие отличия заявленного способа от способа-прототипа:For this, the eddy current probe with an inductor is placed on the moving rod of the stepper motor drive. An alternating electric signal is fed to the inductance coil of the eddy current probe, which is part of the eddy current sensor, by the magnitude of the amplitude of which the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with the inductor is measured on the inductance coil. Based on the measured value of this gap, the displacement of the metal surface of the test object along the direction of the eddy current probe with the inductor relative to its initial position is calculated and stored. The measured value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor is compared with the range of its permitted values. If the measured value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with the inductor falls into the range of its allowed values, then the next measurement of the value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with the inductor is performed. If the measured value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with inductor is deviated from the range of its allowed values, a control signal is issued to the stepper motor to move the movable rod of the drive of this motor to such a distance that the value of this gap to be set falls into the middle of the range of its allowed values. After working out this control signal by a stepper motor, the next measurement of the gap value between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor is performed. A comparative analysis revealed the following differences of the claimed method from the prototype method:

1. Способ характеризуется наличием дополнительных действий над материальным объектом:1. The method is characterized by the presence of additional actions on a material object:

- поддержанием значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности в процессе измерений в пределах заданного диапазона его разрешенных значений;- maintaining the value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with inductor during measurement within the specified range of its allowed values;

- определением и запоминанием при каждом измерении результирующего перемещения металлической поверхности объекта контроля относительно ее исходного положения с учетом запомненного ранее значения величины этого перемещения.- determination and memorization at each measurement of the resulting displacement of the metal surface of the control object relative to its initial position, taking into account the previously stored value of the magnitude of this displacement.

2. Изменена совокупность действий над материальным объектом:2. The set of actions on a material object has been changed:

- в заявленном способе отсутствуют действия по линеаризации передаточной функции вихретокового датчика при его калибровке во всем диапазоне значений величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности, численно равном диапазону определяемых значений величины перемещений этой поверхности вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности относительно ее исходного положения. Линеаризация передаточной функции вихретокового датчика в заявленном способе проводится только в ограниченном диапазоне разрешенных значений величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности;- in the claimed method there are no actions on the linearization of the transfer function of the eddy current sensor when it is calibrated in the entire range of values of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor, numerically equal to the range of determined values of the displacements of this surface along the direction of the eddy current probe with an inductor regarding her starting position. The linearization of the transfer function of the eddy current sensor in the claimed method is carried out only in a limited range of allowed values of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor;

- определенное по результатам измерений и запомненное значение величины перемещения металлической поверхности объекта контроля вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности относительно исходного положения этой металлической поверхности используется при определении очередного значения величины ее перемещения на основе результатов очередного измерения значения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности.- the value determined by the measurement results and the stored value of the displacement of the metal surface of the test object along the direction to the eddy current probe with an inductor with respect to the initial position of this metal surface is used to determine the next value of its displacement based on the results of the next measurement of the value of the gap between the metal surface of the test object and eddy current probe with inductor.

На Фиг.1 представлен один из возможных вариантов структурной схемы устройства, реализующего заявляемый способ вихретокового контроля. На Фиг.1 использованы следующие обозначения:Figure 1 presents one of the possible variants of the structural diagram of a device that implements the inventive method of eddy current control. Figure 1 used the following notation:

1 - металлическая поверхность объекта контроля;1 - metal surface of the object of control;

2 - катушка индуктивности;2 - inductor;

3 - трубка из диэлектрика;3 - a dielectric tube;

4 - отрезок металлической трубки;4 - a piece of metal tube;

5 - подвижный винт;5 - movable screw;

6 - привод шагового двигателя;6 - stepper motor drive;

7 - упругая муфта;7 - elastic coupling;

8 - вал шагового двигателя;8 - shaft stepper motor;

9 - шаговый двигатель;9 - stepper motor;

10 - устройство управления;10 - control device;

11 - вихретоковый датчик;11 - eddy current sensor;

Δ - зазор.Δ is the gap.

Трубка из диэлектрика 3 выполнена из твердого, но пластичного диэлектрика на основе полимерных материалов. Внутри трубки из диэлектрика 3, в одном из ее концов, закреплена катушка индуктивности 2, которая электрически связана с устройством управления 10. В боковой грани трубки из диэлектрика 3 сделано отверстие, диаметр которого равен диаметру кабеля, электрически соединяющего катушку индуктивности 2 и устройство управления 10. В качестве кабеля, осуществляющего эту электрическую связь, используется гибкий экранированный коаксиальный кабель. Внутри другого конца трубки из диэлектрика 3 жестко закреплен в ней болтами отрезок металлической трубки 4. На внутренней поверхности отрезка металлической трубки 4 нарезана резьба. Внешний диаметр отрезка металлической трубки 4 выбран таким, чтобы этот отрезок заходил внутрь трубки из диэлектрика «внатяг», т.е. с усилием. На внешней стороне трубки из диэлектрика 3 параллельно ее продольной оси симметрии и друг другу сделаны пазы, благодаря которым трубка из диэлектрика 3 может перемещаться только в строго фиксированном продольном направлении при размещении в ее пазах специальных направляющих пластин. При этом вращательное движение трубки из диэлектрика 3 полностью исключается. Внешний вид трубки из диэлектрика 3 (Фиг.1) со стороны ее конца, в котором закреплен отрезок металлической трубки 4, представлен на Фиг.2, поясняющей конструкцию трубки из диэлектрика 3. На Фиг.2 использованы следующие обозначения:The dielectric tube 3 is made of a solid but plastic dielectric based on polymeric materials. Inside the tube of dielectric 3, at one of its ends, an inductor 2 is fixed, which is electrically connected to the control device 10. A hole is made in the lateral face of the tube of dielectric 3, the diameter of which is equal to the diameter of the cable electrically connecting the inductor 2 and the control device 10 A flexible shielded coaxial cable is used as the cable carrying out this electrical connection. Inside the other end of the dielectric tube 3, a piece of metal tube 4 is rigidly bolted therein. A thread is cut on the inner surface of the length of metal tube 4. The outer diameter of the segment of the metal tube 4 is selected so that this segment extends into the tube from a “pull-in” dielectric, i.e. with effort. On the outside of the tube of dielectric 3, grooves are made parallel to its longitudinal axis of symmetry and to each other, due to which the tube of dielectric 3 can only move in a strictly fixed longitudinal direction when special guide plates are placed in its grooves. In this case, the rotational movement of the tube from the dielectric 3 is completely eliminated. The external view of the dielectric tube 3 (FIG. 1) from the side of its end, in which a segment of the metal tube 4 is fixed, is shown in FIG. 2, explaining the design of the dielectric tube 3. In FIG. 2, the following notation is used:

1 - трубка из диэлектрика;1 - dielectric tube;

2, 3 - пазы;2, 3 - grooves;

4 - отрезок металлической трубки;4 - a piece of metal tube;

5 - резьба внутри отрезка металлической трубки;5 - thread inside a piece of metal tube;

6, 7 - шляпки болтов, которыми жестко скреплены трубка из диэлектрика 1 и отрезок металлической трубки 4.6, 7 - caps of bolts that rigidly fastened the tube of dielectric 1 and a piece of metal tube 4.

Трубка из диэлектрика 3 (Фиг.1) с закрепленными внутри нее катушкой индуктивности 2 и отрезком металлической трубки 4 является вихретоковым пробником. Внутри отрезка металлической трубки 4 вкручен подвижный винт 5 (Фиг.1), внешние границы которого внутри этого отрезка металлической трубки показаны на Фиг.1 пунктирными линиями. Подвижный винт 5 (Фиг.1) механически соединен с приводом шагового двигателя 6, который упругой муфтой 7 механически соединен с валом шагового двигателя 8. Использование упругой муфты 7 для механической связи привода шагового двигателя 6 и вала шагового двигателя 8 позволяет исключить резонансные явления в этой механической связи. Шаговый двигатель 9 (Фиг.1) электрически связан с устройством управления 10. В качестве шагового двигателя 9 (Фиг.1) может быть использован прецизионный шаговый двигатель с постоянными магнитами и четырьмя обмотками, соединенными по схеме «звезда», работающий в униполярном режиме. Это, например, может быть один из шаговых двигателей серий FL20STH и FL28STH. За полный шаг такого шагового двигателя обеспечивается 200 фиксированных положений его вала на один оборот, а в режиме полушага - 400 фиксированных положений. Для получения более высокой точности работы вихретокового датчика 11 в схеме, представленной на Фиг.1, используется режим полушага, который обеспечивает продольное перемещение вихретокового пробника при переходе шагового двигателя 9 из одного фиксированного положения в другое на величину 2,5 мкм, причем это перемещение является достаточно медленным, например за 1 секунду. В устройстве управления 10 (Фиг.1) для управления работой вихретокового датчика 11 может использоваться шестнадцатибитный микроконтроллер MSP430F163 с тактовой частотой 8 МГц. Помимо этого, в устройстве управления 10 размещен генератор гармонических колебаний, который вырабатывает и подает на катушку индуктивности 2 вихретокового пробника гармоническое колебание с частотой порядка одного мегагерца.A tube of dielectric 3 (Figure 1) with an inductor 2 fixed inside it and a piece of metal tube 4 is an eddy current probe. Inside the segment of the metal tube 4, a movable screw 5 is screwed (Fig. 1), the outer borders of which inside this segment of the metal tube are shown in dashed lines in Fig. 1. The movable screw 5 (FIG. 1) is mechanically connected to the drive of the stepper motor 6, which is mechanically connected by the elastic coupling 7 to the shaft of the stepper motor 8. Using an elastic coupling 7 to mechanically couple the drive of the stepper motor 6 and the shaft of the stepper motor 8 eliminates resonance phenomena in this mechanical connection. The stepper motor 9 (FIG. 1) is electrically connected to the control device 10. As the stepper motor 9 (FIG. 1), a precision stepper motor with permanent magnets and four windings connected in a “star” circuit operating in unipolar mode can be used. This, for example, can be one of the stepper motors of the FL20STH and FL28STH series. For a full step of such a stepper motor, 200 fixed positions of its shaft are provided per revolution, and in half-step mode, 400 fixed positions are provided. To obtain higher accuracy of the eddy current probe 11 in the circuit shown in Fig. 1, a half-step mode is used that provides longitudinal movement of the eddy current probe when the stepper motor 9 moves from one fixed position to another by 2.5 μm, and this movement is slow enough, for example in 1 second. In the control device 10 (FIG. 1), a sixteen-bit microcontroller MSP430F163 with a clock frequency of 8 MHz can be used to control the operation of the eddy current sensor 11. In addition, a harmonic oscillation generator is placed in the control device 10, which generates and delivers harmonic oscillation with a frequency of the order of one megahertz to the inductor 2 of the eddy current probe.

Вихретоковый датчик 11, структурная схема которого представлена на Фиг.1, работает следующим образом.The eddy current sensor 11, the structural diagram of which is presented in figure 1, works as follows.

Генератор гармонических колебаний, размещенный в устройстве управления 10, вырабатывает гармонический сигнал с частотой колебаний порядка одного мегагерца и подает его на катушку индуктивности 2 вихретокового пробника. Катушка индуктивности 2 под действием этого сигнала излучает электромагнитное поле. Электромагнитное поле катушки индуктивности 2 вихретокового пробника взаимодействует с металлической поверхностью объекта контроля 1, наводя в ней вихревые токи. Электромагнитное поле этих токов действует навстречу электромагнитному полю катушки индуктивности 2 вихретокового пробника, изменяя ее комплексное сопротивление. Изменение величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2 приводит к изменению комплексного сопротивления катушки индуктивности 2, что приводит к изменению в катушке индуктивности амплитуды возбуждающего гармонического колебания, подаваемого на нее устройством управления 10. По величине изменения амплитуды гармонического колебания устройством управления 10 рассчитывается текущее значение величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2. Таким образом измеряется величина зазора Δ. На основе измеренного значения величины зазора Δ устройством управления 10 определяется и запоминается текущее значение величины перемещения металлической поверхности объекта контроля 1 вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности 2 относительно ее исходного положения. Измеренное значение величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2 сравнивается в устройстве управления 10 с диапазоном его значений значением, поддерживаемым вихретоковым датчиком 11. Если измеренное значение величины зазора Δ попадает в заданный диапазон его разрешенных значений, то алгоритм работы вихретокового датчика 11 повторяется начиная с очередного измерения величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2. При выходе измеренного значения величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2 за пределы заданного диапазона его разрешенных значений устройство управления 10 выдает управляющий сигнал на шаговый двигатель 9 для поворота вала 8 этого двигателя. Поворот вала шагового двигателя 8 через упругую муфту 7 передается на привод шагового двигателя 6, который поворачивается синхронно с валом шагового двигателя 8. С приводом шагового двигателя 6 механически соединен подвижный винт 5, и поэтому он поворачивается одновременно с приводом шагового двигателя 6 и валом шагового двигателя 8. При повороте подвижный винт 5 (Фиг.1) движется по резьбе внутри отрезка металлической трубки 4. Отрезок металлической трубки 4 (Фиг.1) жестко закреплен болтами внутри трубки из диэлектрика 3, которая установлена так, что не может вращаться, а может перемещаться только в строго фиксированном продольном направлении параллельно ее продольной оси симметрии по размещенным в ее пазах 2, 3 (Фиг.2) специальным направляющим пластинам. Таким образом, поворот подвижного винта 5 (Фиг.1) приводит к продольному перемещению трубки из диэлектрика 3. При отклонении измеренного значения величины зазора Δ (Фиг.1) между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2 за пределы заданного диапазона его разрешенных значений устройство управления 10 выдает управляющий сигнал на шаговый двигатель 9 для поворота вала 8 этого двигателя, а значит, и синхронного с этим поворота привода шагового двигателя 6 и подвижного винта 5 на такой угол, поворот на который вызывает продольное перемещение трубки из диэлектрика 3 на такое расстояние, чтобы устанавливаемое при этом значение величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2 попадало в середину заданного диапазона его разрешенных значений. После отработки шаговым двигателем 9 (Фиг.1) этого управляющего сигнала алгоритм работы вихретокового датчика 11 повторяется начиная с очередного измерения величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности.The harmonic oscillator located in the control device 10 generates a harmonic signal with an oscillation frequency of the order of one megahertz and feeds it to the inductance coil 2 of the eddy current probe. The inductor 2 under the influence of this signal emits an electromagnetic field. The electromagnetic field of the inductor 2 of the eddy current probe interacts with the metal surface of the control object 1, inducing eddy currents in it. The electromagnetic field of these currents acts towards the electromagnetic field of the inductor 2 of the eddy current probe, changing its complex resistance. A change in the gap Δ between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with inductor 2 leads to a change in the complex resistance of the inductor 2, which leads to a change in the inductance coil of the amplitude of the exciting harmonic oscillation supplied to it by the control device 10. The magnitude of the change in the amplitude of the harmonic oscillations by the control device 10, the current value of the gap Δ between the metal surface of the control object 1 and ihretokovym probe with inductor 2. Thus measured value Δ gap. Based on the measured value of the gap Δ by the control device 10, the current value of the displacement of the metal surface of the test object 1 along the direction of the eddy current probe with inductor 2 relative to its initial position is determined and stored. The measured value of the gap Δ between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with inductor 2 is compared in the control device 10 with the range of its values by the value supported by the eddy current sensor 11. If the measured value of the gap Δ falls into the specified range of its allowed values, then the algorithm the operation of the eddy current sensor 11 is repeated starting with the next measurement of the gap Δ between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with an inductor 2. When the measured value of the gap Δ between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with the inductor 2 exceeds the specified range of its allowed values, the control device 10 generates a control signal to the stepper motor 9 to rotate the shaft 8 of this motor. The rotation of the shaft of the stepper motor 8 through the elastic coupling 7 is transmitted to the drive of the stepper motor 6, which rotates synchronously with the shaft of the stepper motor 8. A movable screw 5 is mechanically connected to the drive of the stepper motor 6, and therefore it rotates simultaneously with the drive of the stepper motor 6 and the shaft of the stepper motor 8. When turning, the movable screw 5 (FIG. 1) moves along the thread inside the length of the metal tube 4. The length of the metal tube 4 (FIG. 1) is rigidly bolted inside the tube of dielectric 3, which is installed so that cannot rotate, but can only move in a strictly fixed longitudinal direction parallel to its longitudinal axis of symmetry along special guide plates placed in its grooves 2, 3 (Fig. 2). Thus, the rotation of the movable screw 5 (Figure 1) leads to a longitudinal movement of the tube from the dielectric 3. If the measured value of the gap Δ (Figure 1) between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with inductor 2 deviates from the specified range of its permitted values, the control device 10 issues a control signal to the stepper motor 9 to rotate the shaft 8 of this motor, and, therefore, synchronously rotate the drive of the stepper motor 6 and the movable screw 5 by such an angle the gate to which causes the longitudinal movement of the tube from the dielectric 3 to such a distance that the value of the gap Δ between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with inductor 2 is set in the middle of the specified range of its allowed values. After working out by the stepper motor 9 (Fig. 1) of this control signal, the operation algorithm of the eddy current sensor 11 is repeated starting from the next measurement of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor.

Таким образом, в процессе работы вихретокового датчика 11 (Фиг.1) значение величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2 поддерживается в пределах заданного диапазона его разрешенных значений. Это обеспечивает снижение зависимости чувствительности и точности определения величины перемещения металлической поверхности объекта контроля 1 (Фиг.1) относительно ее исходного положения вдоль направления на вихретоковый пробник с катушкой индуктивности 2 от величины зазора Δ между металлической поверхностью объекта контроля 1 и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности 2, снижение влияния на точность измерений посторонних металлических масс при возрастании величины зазора Δ, а также уменьшение диапазона значений величины зазора Δ, необходимых для линеаризации передаточной функции вихретокового датчика при его калибровке.Thus, in the process of operation of the eddy current sensor 11 (Figure 1), the value of the gap Δ between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with inductor 2 is maintained within a given range of its allowed values. This ensures that the sensitivity and accuracy of determining the displacement of the metal surface of the test object 1 (Fig. 1) relative to its initial position along the direction of the eddy current probe with inductor 2 on the gap Δ between the metal surface of the test object 1 and the eddy current probe with inductor 2 are reduced a decrease in the influence on the measurement accuracy of extraneous metal masses with an increase in the gap Δ, as well as a decrease in the range of values for ora Δ, necessary for the linearization of the transfer function of the eddy current sensor in its calibration.

Для исключения постоянного колебательного режима работы привода шагового двигателя 6 (Фиг.1) в управлении работой шагового двигателя 9 использован режим «гистерезиса». Этот режим работы иллюстрируется с помощью Фиг.3. На Фиг.3 использованы следующие обозначения:To exclude a constant oscillatory mode of operation of the drive of the stepper motor 6 (Figure 1) in the operation of the stepper motor 9, the mode of "hysteresis" is used. This mode of operation is illustrated using FIG. 3. In figure 3, the following notation is used:

1 - металлическая поверхность объекта контроля;1 - metal surface of the object of control;

2 - вихретоковый пробник в виде трубки из диэлектрика;2 - eddy current probe in the form of a dielectric tube;

3 - катушка индуктивности вихретокового пробника;3 - eddy current probe inductance coil;

Δмин. - минимальное разрешенное значение величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности;Δ min - the minimum allowed value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor;

Δмакс. - максимальное разрешенное значение величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности;Δ max - the maximum allowed value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor;

Δтек. - текущее значение величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности.Δ tech. - the current value of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with an inductor.

«Гистерезисный» режим работы заключается в том, что в устройстве управления 10 (Фиг.1) вихретокового датчика 11 задается диапазон разрешенных значений величины зазора Δ от его минимального Δмин. (Фиг.3) до его максимального Δмакс. значений. Только при выходе измеренного текущего значения величины зазора Δтек. (Фиг.3) между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности за пределы диапазона его разрешенных значений, заданных в устройстве управления 10 (Фиг.1), это устройство выдает управляющий сигнал на шаговый двигатель 9 для поворота вала 8 этого двигателя, вызывающего продольное перемещение трубки из диэлектрика 3 (Фиг.1). Значение этого управляющего сигнала таково, что вал шагового двигателя 8 (Фиг.1), упругая муфта 7, привод шагового двигателя 6 и подвижный винт 5 поворачиваются на угол, при повороте на который обеспечивается такое продольное перемещение трубки из диэлектрика 3 с размещенной в ней катушкой индуктивности 2, чтобы устанавливаемое при этом перемещении значение величины зазора Δ (Фиг.1) попадало в середину заданного диапазона его разрешенных значений. Вихретоковым датчиком 11 (Фиг.1) компенсируются медленные изменения величины зазора Δ с большими амплитудами (например, вызванные тепловыми деформациями корпуса объекта контроля, приводящими к большим по амплитуде медленным перемещениям его металлической поверхности), а быстрые изменения величины зазора Δ, имеющие малую амплитуду, измеряются вихретоковым датчиком, но не компенсируются."Hysteresis" mode of operation is that in the control device 10 (Figure 1) of the eddy current sensor 11 sets the range of allowed values of the gap Δ from its minimum Δ min. (Figure 3) to its maximum Δ max. values. Only at the exit of the measured current value of the gap Δ tech. (FIG. 3) between the metal surface of the test object and the eddy current probe with inductor outside the range of its permitted values specified in the control device 10 (FIG. 1), this device gives a control signal to the stepper motor 9 to rotate the shaft 8 of this motor, causing longitudinal movement of the tube from the dielectric 3 (Figure 1). The value of this control signal is such that the shaft of the stepper motor 8 (FIG. 1), the elastic coupling 7, the drive of the stepper motor 6 and the movable screw 5 are rotated by an angle that, when rotated, provides such longitudinal movement of the tube from the dielectric 3 with the coil placed in it inductance 2, so that the value of the gap Δ (Fig. 1) set during this movement falls into the middle of the specified range of its allowed values. Eddy current sensor 11 (Figure 1) compensates for slow changes in the gap Δ with large amplitudes (for example, caused by thermal deformations of the body of the test object, leading to large amplitude slow movements of its metal surface), and fast changes in the gap Δ with a small amplitude, measured by eddy current sensor, but not compensated.

В целях подтверждения осуществимости заявленного объекта и достигнутого технического результата изготовлен и испытан действующий макет устройства, реализующий заявленный способ. Проведенные испытания показали осуществимость заявленного способа вихретокового контроля и устройства для его осуществления, подтвердили практическую значимость заявленного способа.In order to confirm the feasibility of the claimed object and the achieved technical result, a working model of the device that implements the claimed method is manufactured and tested. The tests showed the feasibility of the claimed method of eddy current control and a device for its implementation, confirmed the practical significance of the claimed method.

Проведенный патентный поиск показал, что предлагаемое изобретение в полной мере отвечает критерию новизны.A patent search showed that the invention fully meets the criterion of novelty.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Грошков Е., Кирпичев А., Клюшев А. Интеллектуальные вихретоковые датчиковые системы // Компоненты и технологии, 2009, №1, с.22-24.1. Groshkov E., Kirpichev A., Klyushev A. Intelligent eddy-current sensor systems // Components and Technologies, 2009, No. 1, pp. 22-24.

2. Патент №2185617. Российская Федерация. Способ вихретокового контроля и устройство для его осуществления / Клюшев А.В.; заявл. 07.02.2000.2. Patent No. 2185617. The Russian Federation. The eddy current control method and device for its implementation / Klyushev A.V .; declared 02/07/2000.

Claims (1)

Способ вихретокового контроля, заключающийся в том, что в зоне контроля на заданном расстоянии от металлической поверхности объекта контроля устанавливают вихретоковый датчик, вихретоковый пробник с катушкой индуктивности которого закрепляют на подвижном штоке привода шагового двигателя, на катушку индуктивности вихретокового пробника подают переменный электрический сигнал, по величине амплитуды которого на этой катушке индуктивности измеряют величину зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности и на основе этого определяют величину перемещения металлической поверхности объекта контроля вдоль направления на катушку индуктивности, отличающийся тем, что в вихретоковом датчике задается и поддерживается в процессе измерений диапазон разрешенных значений величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности, при отклонении за пределы которого измеренного значения величины этого зазора выдается управляющий сигнал на шаговый двигатель для продольного перемещения подвижного штока привода этого двигателя на такое расстояние, чтобы устанавливаемое при этом значение величины зазора между металлической поверхностью объекта контроля и вихретоковым пробником с катушкой индуктивности попадало в середину диапазона величин его разрешенных значений. The method of eddy current control, which consists in the fact that in the control zone at a predetermined distance from the metal surface of the test object, an eddy current sensor is installed, the eddy current probe with an inductor of which is mounted on the movable rod of the stepper motor drive, an alternating electrical signal is fed to the eddy current probe inductance, the magnitude of whose amplitudes on this inductor measure the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe a person with an inductor and on the basis of this determine the amount of movement of the metal surface of the test object along the direction to the inductor, characterized in that in the eddy current sensor the range of allowed values of the gap between the metal surface of the test object and the eddy current probe with inductor is set and maintained , when the measured value deviates from this gap, a control signal is issued to the stepper motor A longitudinal movement of the movable drive shaft of the engine to such a distance that the adjustable and the value of the gap between the metal surface of the inspection object and the eddy current probe with an inductor falls within a mid-range value of its permitted values.
RU2011137778/28A 2011-09-13 2011-09-13 Method of eddy current control RU2482471C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011137778/28A RU2482471C1 (en) 2011-09-13 2011-09-13 Method of eddy current control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011137778/28A RU2482471C1 (en) 2011-09-13 2011-09-13 Method of eddy current control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011137778A RU2011137778A (en) 2013-03-20
RU2482471C1 true RU2482471C1 (en) 2013-05-20

Family

ID=48789969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011137778/28A RU2482471C1 (en) 2011-09-13 2011-09-13 Method of eddy current control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2482471C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110529401A (en) * 2019-09-02 2019-12-03 丹东通博泵业有限公司 Magnetic drive pump with pump shaft axial displacement monitoring device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2115115C1 (en) * 1993-02-03 1998-07-10 Владимир Сергеевич Митюрин Process of detection of gas-saturated layers on titanium alloys and device for its implementation
RU2185617C2 (en) * 2000-02-07 2002-07-20 ООО "ГлобалТест" Process of eddy-current inspection and device for its embodiment
RU2298178C1 (en) * 2006-03-01 2007-04-27 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" Vortex converter of displacements

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2115115C1 (en) * 1993-02-03 1998-07-10 Владимир Сергеевич Митюрин Process of detection of gas-saturated layers on titanium alloys and device for its implementation
RU2185617C2 (en) * 2000-02-07 2002-07-20 ООО "ГлобалТест" Process of eddy-current inspection and device for its embodiment
RU2298178C1 (en) * 2006-03-01 2007-04-27 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" Vortex converter of displacements

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Грошков Е., Кирпичев А., Клюшев А. Интеллектуальные вихретоковые датчиковые системы // Компоненты и технологии, 2009, No.1, с.22-24. *
Грошков Е., Кирпичев А., Клюшев А. Интеллектуальные вихретоковые датчиковые системы // Компоненты и технологии, 2009, №1, с.22-24. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011137778A (en) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100385078B1 (en) very small friction and wear tester
US9709376B2 (en) High sensitivity inductive sensor for measuring blade tip clearance
JP2001141529A (en) Rotary flowmeter
US4401946A (en) Piston position detector having a metal cylinder rotating about an eccentric axis
CN102359759B (en) Measuring system for electrical runout amount of revolving body
RU2482471C1 (en) Method of eddy current control
CN108136463B (en) Method for thermally measuring the dimensions of a metal profile during rolling
CN113251909B (en) Calibration device and method of eddy current sensor for measuring displacement of rotating shaft
JP5059422B2 (en) Proximity probe and system for controlling the temperature stability of an inductor
CN107589313B (en) Resonant cavity axial electric field measuring device and measuring method
CN108426635B (en) High-frequency torsional vibration generating device and control method
CN113074768B (en) Dynamic and static continuous calibration method for electric vortex sensor
US9702683B2 (en) Method for determining the piston position of a piston cylinder unit and a piston cylinder unit
GB2035566A (en) Thickness measuring apparatus
RU2620777C2 (en) Device for measuring rotation angle
JP6159325B2 (en) Maintaining the measurement gap in the rheometer
RU2624844C2 (en) Linear displacement meter
Ragunathan et al. Design and fabrication of low cost eddy current sensor for position control applications
RU2469264C1 (en) Laser device to measure air gap of electric machine
RU2693740C1 (en) Eddy current meter
RU2592714C1 (en) Device for measurement of shaft runout and dynamic form of hydraulic generator rotor
RU2494344C1 (en) Device for measurement of deviations from vertical
SU849024A1 (en) Test bed for edf exciter calibration
RU2331043C1 (en) Method of contactless measurement of controlled surface profile in dynamic conditions
SU1749697A1 (en) Cylindrical part element linearity tester

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130914