RU2577037C1 - Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor - Google Patents
Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577037C1 RU2577037C1 RU2014149748/28A RU2014149748A RU2577037C1 RU 2577037 C1 RU2577037 C1 RU 2577037C1 RU 2014149748/28 A RU2014149748/28 A RU 2014149748/28A RU 2014149748 A RU2014149748 A RU 2014149748A RU 2577037 C1 RU2577037 C1 RU 2577037C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oscillator
- measuring
- thickness
- eddy current
- period
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для оценки надежности и качества многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе контроля толщины слоев.The group of inventions relates to the field of measurement technology and can be used to assess the reliability and quality of multilayer structures made of polymer composite materials (PCM) based on control of the thickness of the layers.
Изобретение может быть использовано для контроля надежности и качества сложных пространственных многослойных конструкций из ПКМ как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации: пространственных сетчатых конструкций, отсеков космических аппаратов, ракетных двигателей, трубопроводов, герметичных сосудов и т.п.The invention can be used to control the reliability and quality of complex spatial multilayer PCM structures both during production and during operation: spatial mesh structures, spacecraft compartments, rocket engines, pipelines, pressurized vessels, etc.
Особенно эффективно применение заявленного изобретения при испытании потенциально опасных и дорогих в изготовлении конструкций, к которым, с одной стороны, предъявляются высокие требования по надежности и качеству эксплуатации, а с другой стороны, они являются достаточно дорогими и трудоемкими в изготовлении для того, чтобы достаточно большое количество конструкций можно было заменить другими изделиями, имеющими требуемые параметры. Точное измерение толщины очень актуально для изделий ракетно-космической техники, где существуют взаимно исключающие требования: когда, с одной стороны, требуется обеспечить теплозащитные характеристики конструкции (т.е. увеличить толщину конструкции), а с другой стороны, имеются ограничения по массе и габаритным размерам, которые требуют уменьшить толщину материалов. При этом требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут разрушиться (вследствие изменения толщины по сравнению с заданной), что может привести к аварии и которые, возможно, необходимо укреплять.Particularly effective is the application of the claimed invention in testing potentially dangerous and expensive to manufacture structures, which, on the one hand, have high demands on reliability and quality of operation, and on the other hand, they are quite expensive and time-consuming to manufacture in order to be large enough the number of designs could be replaced by other products having the required parameters. An accurate measurement of thickness is very important for rocket and space technology products, where mutually exclusive requirements exist: when, on the one hand, it is necessary to provide heat-shielding characteristics of the structure (i.e., increase the thickness of the structure), and on the other hand, there are restrictions on weight and overall sizes that require a reduction in material thickness. In this case, it is necessary to identify potentially dangerous places (structural units), which in the first place can collapse (due to a change in thickness compared to a given one), which can lead to an accident and which may need to be strengthened.
Уровень техникиState of the art
Измерение толщины материала является актуальной задачей в процессе создания эффективных и надежных конструкций из различных материалов.Measuring the thickness of the material is an urgent task in the process of creating effective and reliable structures from various materials.
Существуют достаточно большое количество методов измерения толщины материала: рентгеновский метод, ультразвуковой метод, визуальный оптический метод, вихретоковый метод.There are a fairly large number of methods for measuring the thickness of a material: the X-ray method, the ultrasonic method, the visual optical method, and the eddy current method.
Все методы имеют свои особенности и области применения для контроля толщины различных материалов. Так, рентгеновский метод используется, в основном, для контроля толщины металлопроката; ультразвуковой метод имеет большую область применения для различных материалов, но требует наличие границы раздела сред и соответствующую степень однородности контролируемого материала с точки зрения прохождения акустических волн; оптический метод требует визуального доступа к контролируемой поверхности; вихретоковый метод имеет достаточно широкий спектр применения, но применим только на неэлектропроводных материалах с достаточно равномерными по объему материала диэлектрическими характеристиками.All methods have their own characteristics and applications for controlling the thickness of various materials. So, the X-ray method is mainly used to control the thickness of metal; the ultrasonic method has a large scope for various materials, but requires a media interface and an appropriate degree of homogeneity of the controlled material in terms of the passage of acoustic waves; the optical method requires visual access to a controlled surface; The eddy current method has a wide range of applications, but is applicable only to non-conductive materials with dielectric characteristics that are fairly uniform in volume of the material.
В современной технике перспективным направлением является использование полимерных композиционных материалов, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами - металлами, особенно в авиакосмических отраслях техники, машиностроении, энергетике и др. Такие материалы требуют особого подхода, новых решений при разработке и создании методов и средств оценки надежности их эксплуатации. Это вызвано большим разнообразием видов таких материалов, специфическими особенностями конструкций из них и технологией изготовления и случайным изменением физико-механических и прочностных характеристик, большим разнообразием типов материалов и их характеристик.A promising direction in modern technology is the use of polymer composite materials, which have several advantages over traditional materials - metals, especially in the aerospace industries, engineering, energy, etc. Such materials require a special approach, new solutions in the development and creation of methods and means of assessing their reliability operation. This is due to the wide variety of types of such materials, the specific features of the structures made of them and the manufacturing technology and the random change in the physicomechanical and strength characteristics, a large variety of types of materials and their characteristics.
Кроме того, эти материалы в большинстве отраслей промышленности работают в условиях статических и динамических нагрузок.In addition, these materials in most industries operate under static and dynamic loads.
Повысить качество конструкций невозможно без достоверной оценки критериев качества. Соответственно невозможна разработка мероприятий и технологий по повышению качества конструкций. Одним из признаков качества конструкций, особенно в ракетно-космической и авиационной отраслях, являются массогабаритная и энергетическая характеристики, которые определяются в т.ч. и толщинами используемых в конструкции материалов.It is impossible to improve the quality of structures without a reliable assessment of quality criteria. Accordingly, it is impossible to develop measures and technologies to improve the quality of structures. One of the signs of the quality of structures, especially in the aerospace and aerospace industries, is the overall dimensions and energy characteristics, which are determined including and thicknesses of materials used in the construction.
Учитывая, что такие конструкции являются, как правило, достаточно дорогими как в стоимостном выражении, так и в трудоемкости изготовления, и очевидно, что выход из строя конструкции ведет к большим финансовым и другим потерям, необходимо, с одной стороны, каждую конструкцию подвергать испытанию на предмет соответствия ее прочностных характеристик требуемым, а с другой стороны, эти испытания должны минимально «травмировать» конструкцию при максимальной информативности результатов испытаний.Given that such structures are, as a rule, quite expensive both in cost terms and in the complexity of manufacturing, and it is obvious that failure of a structure leads to large financial and other losses, it is necessary, on the one hand, to test each structure for testing the subject of compliance of its strength characteristics with the required, and on the other hand, these tests should minimize “injure” the structure with maximum information content of the test results.
Здесь на первое место выходят методы неразрушающего контроля, в т.ч. методы контроля толщины материалов конструкции. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность эксплуатации и дать рекомендации по ремонту или восстановлению.Here, non-destructive testing methods, including methods for controlling the thickness of construction materials. They allow you to objectively determine the actual state of the structure, evaluate the reliability of operation and give recommendations for repair or restoration.
Имеются неоднократные попытки решить проблему измерения толщины ПКМ различными методами - ультразвуковым, рентгеновским и т.п. Однако они не приводили к желаемым результатам, что связано с рядом причин.There are repeated attempts to solve the problem of measuring PCM thickness by various methods - ultrasound, X-ray, etc. However, they did not lead to the desired results, due to a number of reasons.
1. Большим случайным разбросом физико-механических характеристик ПКМ.1. A large random variation in the physical and mechanical characteristics of the PCM.
2. Отсутствием ярко выраженной границы раздела сред между слоями.2. The absence of a pronounced interface between the layers.
3. Отсутствие металлической подложки под измеряемым слоем ПКМ.3. The absence of a metal substrate under the measured PCM layer.
4. Изменением диэлектрических характеристик измеряемых материалов и рядом других причин.4. A change in the dielectric characteristics of the measured materials and a number of other reasons.
Существует большое количество методов и средств контроля толщины ПКМ без прямого визуального доступа. Проведенный анализ и экспериментальные исследования показали, что контроль толщины ПКМ наиболее оптимально осуществлять вихретоковым методом. Это обусловлено следующими факторами:There are a large number of methods and means for controlling the thickness of RMBs without direct visual access. The analysis and experimental studies showed that the PCM thickness is most optimally controlled by the eddy current method. This is due to the following factors:
отсутствием прямого доступа к внутренним слоям, что делает невозможным применение оптического визуального контроля,lack of direct access to the inner layers, which makes it impossible to use optical visual control,
наличием большого разброса акустических характеристик и отсутствием границы раздела сред, что делает практически неприменимым акустический контроль,the presence of a large spread of acoustic characteristics and the absence of a media interface, which makes acoustic control practically inapplicable,
большими габаритными размерами и сложной конфигурацией конструкций, которые существенно затрудняют использование рентгеновского метода.large overall dimensions and complex configuration of structures, which significantly complicate the use of the x-ray method.
Методы контроля толщины ПКМ вихретоковым методом описаны, достаточно подробно, в следующих материалах.Methods for controlling the thickness of a PCM by the eddy current method are described, in sufficient detail, in the following materials.
1. В.В. Клюев, Ю.К. Федосенко, В.А. Коровяков и В.О. Арбузов. Авторское свидетельство СССР №1087768, кл. G01B 7/06 23.04.84, бюл. №15 от 23.04.84.1. V.V. Klyuev, Yu.K. Fedosenko, V.A. Korovyakov and V.O. Watermelons. USSR copyright certificate No. 1087768, cl.
2. С.В. Кривоносов. Патент на изобретение №2198384, РФ, бюл. №4 от 10.02.03.2. S.V. Krivonosov. Patent for invention No. 2198384, RF, bull.
3. Патент №2419763. Жаворонко Александр Иванович (RU), Кривоносов Сергей Владимирович (RU), Хлупнов Владимир Александрович (RU). ВИХРЕТОКОВЫЙ ТОЛЩИНОМЕР. Опубл. 27.05.2011 г., и других.3. Patent No. 2419763. Zhavoronko Alexander Ivanovich (RU), Krivonosov Sergey Vladimirovich (RU), Khlupnov Vladimir Alexandrovich (RU). Vortex Thickness Gauge. Publ. May 27, 2011, and others.
Общий недостаток всех известных на настоящий момент методов и средств вихретокового контроля толщины ПКМ заключается в следующем:A common drawback of all currently known methods and means of eddy current control of the thickness of the PCM is the following:
- все методы и средства обеспечивают приемлемую точность контроля толщины материалов только на сплошной металлической подложке, что связано с физическими процессами распространения вихревых токов, и не позволяют измерять толщину ПКМ на полимерных подложках,- all methods and tools provide acceptable accuracy of controlling the thickness of materials only on a continuous metal substrate, which is associated with the physical processes of the propagation of eddy currents, and do not allow measuring the thickness of PCM on polymer substrates,
- отсутствуют способы исключения влияния случайных изменений диэлектрических свойств контролируемых материалов на результаты измерений толщины.- there are no ways to exclude the influence of random changes in the dielectric properties of controlled materials on the results of thickness measurements.
Поэтому на сегодняшний день имеется потребность в создании способа и устройства измерения толщины слоев многослойных реальных конструкций из ПКМ, который может применяться на практике для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования, пригодного для эксплуатации в промышленных условиях (т.е. в условиях шумов, помех и т.п.).Therefore, today there is a need to create a method and device for measuring the thickness of layers of multilayer real structures from PCM, which can be applied in practice for a wide range of objects using simple and accurate equipment suitable for operation in industrial conditions (i.e., in noise conditions interference, etc.).
Настоящее изобретение направлено на решение задачи обеспечения оперативного контроля толщины слоев многослойных сложных конструкций и их элементов из ПКМ в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации, определения участков несоответствия толщины нормативной документации, разработки рекомендаций для устранения дефектов или восстановления конструкции.The present invention is aimed at solving the problem of providing operational control of the thickness of the layers of multilayer complex structures and their elements from PCM in the production process and in real operating conditions, determining areas of thickness mismatch of regulatory documentation, developing recommendations for eliminating defects or restoring the structure.
Т.е., в конечном итоге, изобретение направлено на повышение безопасности эксплуатации сложных потенциально опасных конструкций из ПКМ.That is, ultimately, the invention is aimed at improving the safety of the operation of complex potentially dangerous structures from PCM.
Наиболее близким к заявленным способу и устройству является способ вихретокового контроля толщины ПКМ и устройство для его осуществления, описанные в работе: Потапов А.И., Сясько В.А. Неразрушающие методы и средства контроля толщины покрытий и изделий: Научное, методическое и справочное пособие. - СПб., 2009. - 904 с., с илл. (стр. 92-93).Closest to the claimed method and device is a method of eddy current control of the thickness of the PCM and a device for its implementation, described in the work: Potapov A.I., Syasko V.A. Non-destructive methods and means of controlling the thickness of coatings and products: Scientific, methodological and reference manual. - SPb., 2009 .-- 904 s., Ill. (p. 92-93).
Известный способ вихретокового контроля толщины покрытий из композитных материалов на неметаллических подложках включает установку под ПКМ металлического закладного элемента, установку вихретокового преобразователя на поверхность контролируемого материала в точке измерения толщины, измерение сигнала, пропорционального частоте измерительного автогенератора Uизм с периодом Tизм, при этом период сигнала измерительного генератора Tизм пропорционален толщине измеряемого покрытия, регистрацию значения толщины на регистрирующее устройство.A known method of eddy current control of the thickness of coatings of composite materials on non-metallic substrates includes installing a metal embedded element under the PCM, installing an eddy current transducer on the surface of the material under control at a thickness measuring point, measuring a signal proportional to the frequency of the measuring oscillator U ISM with a period T ISM , while the signal period measuring generator T ISM is proportional to the thickness of the measured coating, the registration of the thickness value on the recording device swarm.
Известное устройство вихретокового контроля толщины ПКМ на металлической подложке включает вихретоковый преобразователь с катушкой индуктивности, измерительный автогенератор, регистрирующее устройство, при этом в колебательный контур измерительного автогенератора включена катушка индуктивности вихретокового преобразователя, а выход измерительного автогенератора подключен к регистрирующему устройству. Недостатки известного способа и устройства заключается в малой чувствительности, не позволяющей измерять с малой погрешностью большие толщины (больше диаметра вихретокового преобразователя) на несплошном и малой площади закладном металлическом элементе.The known eddy current device for controlling the thickness of a PCM on a metal substrate includes an eddy current transducer with an inductor, a measuring oscillator, a recording device, while an eddy current transducer inductor is included in the oscillating circuit of the measuring oscillator, and the output of the measuring oscillator is connected to a recording device. The disadvantages of the known method and device is the low sensitivity, which does not allow measuring with small error large thicknesses (greater than the diameter of the eddy current transducer) on a discontinuous and small area embedded metal element.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Таким образом, имеется потребность в создании способа и реализующего его устройства, обеспечивающего измерение толщины ПКМ в реальных изделиях.Thus, there is a need to create a method and a device implementing it, providing a measurement of the thickness of the PCM in real products.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленной группы изобретений, заключается в повышении точности измерения толщины слоев ПКМ, повышении достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из ПКМ.The technical result achieved by using the claimed group of inventions is to increase the accuracy of measuring the thickness of the PCM layers, increase the reliability of the results of assessing the technical and operational status of complex structures and their elements from PCM.
Технический результат в части способа достигается за счет того, что предварительно строят градуировочную характеристику, отражающую связь между измеряемыми сигналами и значением толщины на эталонных образцах Uэт=Uэт(h), где h - толщина эталонного образца, в зоне измерения толщины композитного материала устанавливают металлические закладные элементы малой площади, устанавливают вихретоковый преобразователь на поверхность контролируемого композитного материала в центре зоны измерения толщины, измеряют сигнал Uизм, пропорциональный периоду Тизм измерительного автогенератора и толщине измеряемого композитного материала, дополнительно генерируют сигналы опорным автогенератором Uоп, по величине пропорциональные периоду Топ, определяют сигнал, пропорциональный разности периода колебаний измерительного и опорного автогенератора Uс=Uс(Tоп-Тизм), линеаризируют полученный сигнал следующим образом: Uл=Uс×Uэт(h), при этом сигнал Uл пропорционален толщине h, перед каждым измерением толщины вихретоковый преобразователь устанавливают вне зоны контроля и измеряют сигнал Uс0=Uс0(Топ-Тизм), пропорциональный разности периодов сигналов опорного и измерительного автогенераторов, и уточняют линеаризированный сигнал Uл=Uс×Uэт(h) следующим образом: Uл у=(Uс+Uс0(Tоп-Tизм))×Uэт(h), регистрируют значение толщины на регистрирующем устройстве.The technical result in terms of the method is achieved due to the fact that the calibration characteristic is preliminarily constructed, which reflects the relationship between the measured signals and the thickness value on the reference samples U et = U et (h), where h is the thickness of the reference sample, in the thickness measurement zone of the composite material Embedded metallic elements of small area, eddy current transducer mounted on the surface of controlled composite material in the center of the thickness measurement zone is measured U MOD signal proportional to Heat-T MOD measuring oscillator and the measured thickness of composite material, further comprising generating the reference signals autogenerator U op, the magnitude proportional to the period T op is determined signal proportional to the difference in the period of measuring and the reference oscillator oscillation with U = U a (T op T meas), linearize the received signal as follows: U l = U s × U et (h), while the signal U l is proportional to the thickness h, before each thickness measurement the eddy current transducer is installed outside the control zone and the signal is measured cash U c0 = U c0 (T op -T ISM ), proportional to the difference of the periods of the signals of the reference and measuring oscillators, and specify the linearized signal U l = U s × U et (h) as follows: U l y = (U s + U c0 (T op -T ISM )) × U et (h), the thickness value is recorded on a recording device.
Технический результат в части устройства достигается за счет того, что в устройство вихретокового контроля толщины композитных материалов на неметаллических подложках, включающее вихретоковый преобразователь с катушкой индуктивности, измерительный автогенератор и регистрирующее устройство, при этом в колебательный контур измерительного автогенератора включена катушка индуктивности преобразователя, а выход измерительного автогенератора подключен к регистрирующему устройству, согласно изобретению дополнительно введены опорный автогенератор со второй катушкой индуктивности, измеритель периода колебаний измерительного автогенератора, измеритель периода колебаний опорного автогенератора, вычитатель/сумматор измерителей периода колебаний, блок временных поправок, блок управления блоком временных поправок и линеаризатор передаточной функции, при этом катушка индуктивности вихретокового преобразователя подключена к входу измерительного автогенератора, вторая катушка индуктивности подключена ко входу опорного автогенератора, выход измерительного автогенератора подключен ко входу измерителя периода колебаний измерительного автогенератора, выход опорного автогенератора подключен ко входу измерителя периода колебаний опорного автогенератора, первые выходы измерителя периода колебаний измерительного автогенератора и измерителя периода колебаний опорного автогенератора подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя/сумматора измерителей периода колебаний, вторые выходы измерителя периода колебаний измерительного автогенератора и измерителя периода колебаний опорного автогенератора подключены к первому и второму входам блока временных поправок, выход блока управления подключен к третьему входу блока временных поправок, выходы блоков вычитателя/сумматора и временных поправок подключены к первому и второму входам линеаризатора передаточной функции, выход которого подключен к регистрирующему устройству.The technical result in terms of the device is achieved due to the fact that the eddy current device controls the thickness of composite materials on non-metallic substrates, including an eddy current transducer with an inductor, a measuring oscillator and a recording device, while the transducer inductor is included in the oscillating circuit of the measuring oscillator, and the output of the measuring the oscillator is connected to a recording device, according to the invention additionally introduced reference a generator with a second inductor, an oscillator of a measuring oscillator, an oscillator of a reference oscillator, a subtractor / adder of an oscillator, a time correction unit, a control unit for a temporary correction and a linearizer of a transfer function, while the eddy current transducer inductor is connected to the input of a measuring oscillator , the second inductor is connected to the input of the reference oscillator, the output of the measuring autogen the oscillator is connected to the input of the oscillation period meter of the measuring oscillator, the output of the reference oscillator is connected to the input of the oscillation period meter of the reference oscillator, the first outputs of the oscillation period meter of the oscillator and the oscillation period meter of the reference oscillator are connected respectively to the first and second inputs of the subtractor / adder of oscillation period meters, the second outputs of the oscillation period meter of the measuring oscillator and Nogo oscillator connected to first and second inputs of the correction unit of time, the control unit output is connected to the third input time correction block units outputs a subtractor / adder and temporary adjustments are connected to first and second inputs of the linearizer of the transfer function, whose output is connected to the recording device.
Краткое описание фигур чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:The invention and the possibility of achieving a technical result will be more clear from the following description with reference to the position of the drawings, where:
фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для контроля толщины,FIG. 1 shows a functional diagram of a device for controlling thickness,
фиг. 2 приведена градуировочная кривая устройства для контроля толщины,FIG. 2 shows the calibration curve of the device for controlling the thickness,
фиг. 3 приведена схема расположения вихретокового преобразователя при проведении измерения толщины,FIG. 3 shows the layout of the eddy current transducer when measuring thickness
фиг. 4 - пример выполнения одного из блоков устройства - принципиальная электрическая схема,FIG. 4 - an example of the implementation of one of the blocks of the device is a circuit diagram,
На приведенных чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:
1 - вихретоковый преобразователь,1 - eddy current transducer,
2 - измерительный автогенератор,2 - measuring oscillator,
3, 16 - катушки индуктивности,3, 16 - inductors,
4 - опорный автогенератор с второй катушкой индуктивности,4 - reference oscillator with a second inductor,
5 - измеритель периода колебаний измерительного автогенератора,5 - meter oscillation period of the measuring oscillator,
6 - измеритель периода колебаний опорного автогенератора,6 - meter oscillation period of the reference oscillator,
7 - вычитатель (сумматор) измерителей периода колебаний,7 - a subtractor (adder) of measuring instruments of the period of oscillations
8 - блок временных поправок,8 - block time corrections,
9 - линеаризатор передаточной функции,9 - linearizer transfer function,
10 - регистрирующее устройство,10 - recording device,
11 - блок управления блоком временных поправок,11 - control unit block time corrections,
12 - электронный блок,12 - electronic unit
13 - металлический закладной элемент малой площади поверхности: например, металлическое кольцо,13 - metal embedded element of a small surface area: for example, a metal ring,
14 - контролируемый полимерный композитный материал,14 - controlled polymer composite material,
15 - неметаллическая подложка.15 - non-metallic substrate.
Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred Embodiment
В качестве примера на фиг. 4 приведена принципиальная электрическая схема совокупности функционально связанных блоков 6-11 с указанием на схеме стандартных обозначений электрических элементов.As an example in FIG. 4 shows a circuit diagram of a set of functionally connected blocks 6-11 with an indication of standard designations of electrical elements in the diagram.
Устройство содержит вихретоковый преобразователь 1 с катушкой индуктивности 16, измерительный автогенератор 2, регистрирующее устройство 10, опорный автогенератор 4 с второй катушкой индуктивности 3, измеритель периода колебаний измерительного автогенератора 5, измеритель периода колебаний опорного автогенератора 6, вычитатель/сумматор измерителей периода колебаний 7, блок временных поправок 8, блок управления блоком временных поправок 11, линеаризатор передаточной функции 9. Выход вихретокового преобразователя 1 с катушкой индуктивности 16 подключен к входу измерительного автогенератора 2. Катушка индуктивности 3 подключена к опорному автогенератору 4.The device contains an
Выход измерительного автогенератора 2 подключен ко входу измерителя периода колебаний измерительного автогенератора 5. Выход опорного автогенератора 4 подключен ко входу измерителя периода колебаний опорного автогенератора 6. Первые выходы измерителя периода колебаний измерительного автогенератора 5 и измерителя периода колебаний опорного автогенератора 6 подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя/сумматора измерителей периода колебаний 7, вторые выходы измерителя периода колебаний измерительного автогенератора 5 и измерителя периода колебаний опорного автогенератора 6 подключены к первому и второму входам блока временных поправок 8, выход блока управления 11 подключен к третьему входу блока временных поправок 8, выходы блоков вычитателя/сумматора измерителей периода колебаний 7 и временных поправок 8 подключены к первому и второму входам линеаризатора передаточной функции 9, выход которого подключен к регистрирующему устройству 10.The output of the measuring
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В процессе изготовления изделия либо перед проведением измерения толщины между композиционным материалом 14, толщина которого измеряется и неметаллической подложкой 15 устанавливается металлическое кольцо 13 либо металлическая сетка. Отличие этих закладных элементов от сплошной металлической подложки заключается в том, что они не вносят дополнительных дефектов типа нарушения сплошности в конструкцию и практически не увеличивают содержание в конструкции из ПКМ металлических элементов. Это особенно важно для соблюдения условий радиолокационного обнаружения конструкции. Малые размеры таких закладных элементов реализуют малые значения наводимых в них вихревых токов, что потребовало создание специального высокочувствительного толщиномера, который обеспечивает точное измерение толщины большой величины с высокой точностью.In the manufacturing process of the product or before conducting a thickness measurement between the
Вихретоковый преобразователь 1 устанавливают на контролируемую поверхность 14 вне зоны контроля, т.е. вне зоны расположения закладного металлического элемента 13.The
Особенностью прибора является возможность управления работой блоком временных поправок, которая осуществляется с помощью блока 11 посредством кнопки, расположенной на вихретоковом преобразователе. При нажатии кнопки блока управления 11 в блоке происходит фиксация периодов измерительного и опорного автогенераторов, а приблизительно через 2 с еще одна фиксация. Затем вычисляется дрейф разности периодов и формируется экстраполяционный по времени сигнал поправки для блока 9. Это операция осуществляется перед каждым измерением на закладном элементе 13, что позволяет исключать накопленный дрейф сигнала и значительно повысить чувствительность прибора и снизить погрешность измерений.A feature of the device is the ability to control the operation of the block of time corrections, which is carried out using
Затем осуществляется непосредственно измерение толщины материала над закладным элементом. Осуществляется установка вихретокового преобразователя 1 над центром закладного элемента 13. Определение местоположения центра закладного элемента осуществляется двумя способами:Then directly measure the thickness of the material above the embedded element. The
- по заранее отмеченному месту в процессе установки закладного элемента,- at a previously marked location during the installation of the embedded element,
- по определению максимального сигнала на устройстве либо по минимальному значению толщины материала 14 путем перемещения вихретокового преобразователя 1 по поверхности материала 14 в области расположения закладного элемента.- to determine the maximum signal on the device or the minimum value of the thickness of the
После установки вихретокового преобразователя 1 частота измерительного автогенератора 2 устанавливается в соответствии с толщиной диэлектрического покрытия. Для повышения чувствительности с помощью вычитателя/сумматора 7 определяется разностный период путем вычитания из периода измеренного сигнала периода опорного автогенератора 4. Полученная разность зависит от толщины покрытия по нелинейному закону. С целью линеаризации в устройстве для контроля толщины - вихретоковом толщиномере - с помощью линеаризатора 9 формируется сигнал, пропорциональный толщине, который подается на индикатор 10. Блок временных поправок 8 периодически производит сравнение периодов измерительного и опорного автогенераторов при расположении преобразователя вне зоны диапазона контроля, далее формирует сигнал экстраполяционной поправки для уточнения работы линеаризатора 9.After installing the
Предварительно измеряют градуировочную характеристику, отражающую связь между измеряемыми сигналами и значением толщины на эталонных образцах Uэт=Uэт(h), где h - толщина эталонного образца. В зоне измерения толщины композитного материала устанавливают металлические закладные элементы 13 малой площади. Устанавливают вихретоковый преобразователь 1 на поверхность контролируемого композитного материала 14 в центре зоны измерения толщины. Измеряют сигнал Uизм, пропорциональный периоду Тизм измерительного автогенератора 2 и толщине измеряемого композитного материала 14. Дополнительно генерируют сигналы опорным автогенератором 4 Uоп, по величине пропорциональные периоду Топ. Определяют сигнал, пропорциональный разности периода колебаний измерительного и опорного автогенератора Uc=Uc(Tоп-Тизм). Линеаризируют полученный сигнал следующим образом: Uл=Uc×Uэт(h), при этом сигнал Uл пропорционален толщине h. Перед каждым измерением толщины вихретоковый преобразователь устанавливают вне зоны контроля и измеряют сигнал Uс0=Uс0(Топ-Tизм), пропорциональный разности периодов сигналов опорного 4 и измерительного автогенераторов 2, и уточняют линеаризированный сигнал Uл=Uc×Uэт(h) следующим образом: Uл у=(Uc+Uc0(Tоп-Тизм))×Uэт(h). Регистрируют значение толщины на регистрирующем устройстве 10.The calibration characteristic is preliminarily measured, which reflects the relationship between the measured signals and the thickness value on the reference samples U et = U et (h), where h is the thickness of the reference sample. In the zone of measuring the thickness of the composite material set metal embedded
С целью повышения производительности и достоверности контроля в приборе реализованы некоторые дополнительные функции:In order to increase the productivity and reliability of the control, some additional functions are implemented in the device:
- предварительное разделение измеряемой толщины на произвольные диапазоны;- preliminary separation of the measured thickness into arbitrary ranges;
- звуковой и светодиодный индикатор совмещения центра вихретокового преобразователя с центром закладного элемента (кольца или сетки).- sound and LED indicator for combining the center of the eddy current transducer with the center of the embedded element (ring or grid).
Схема проведения контроля толщины приведена на фиг. 3.The thickness control scheme is shown in FIG. 3.
Экспериментальные исследования проводились на конструкциях из композитных материалов. Конструкция представляла собой подложку сферической формы из ПКМ с нанесенным на нее резиноподобным покрытием. Между подложкой и покрытием положены металлические кольца толщиной 0,1 мм, внешним диаметром - 15 мм, внутренним диаметром - 11 мм. В таблице приведены основные результаты экспериментальных исследований разработанного устройства-толщиномера и толщиномера, принятого в качестве ближайшего аналога.Experimental studies were carried out on structures made of composite materials. The design was a spherical PCM substrate with a rubber-like coating applied to it. Between the substrate and the coating are metal rings 0.1 mm thick, with an outer diameter of 15 mm, and an inner diameter of 11 mm. The table shows the main results of experimental studies of the developed device-thickness gauge and thickness gauge, adopted as the closest analogue.
Проведена сертификация заявленного устройства, которая подтвердила технические характеристики прибора: предельное измерение толщины покрытия - 32 мм (фактически, как показали эксперименты, прибор позволяет измерять толщину до 40-45 мм без потери точности и смены вихретокового преобразователя).The claimed device was certified, which confirmed the technical characteristics of the device: the limiting measurement of the coating thickness is 32 mm (in fact, experiments showed that the device allows measuring thickness up to 40-45 mm without loss of accuracy and changing the eddy current transducer).
Все используемые в устройстве, реализующем способ вихретокового контроля толщины композитных материалов, электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами (см. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: Учебн. пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ - Петербург, 2010), поэтому изобретения промышленно применимы.All used in a device that implements a method of eddy current control of the thickness of composite materials, electronic components are built on the basis of standard microprocessor circuits and microprocessor assemblies with reprogrammable memory devices (see Ugryumov EP Digital circuitry: Textbook for universities. - 3rd ed ., rev. and add. - SPb .: BHV - Petersburg, 2010), therefore, the invention is industrially applicable.
Claims (2)
предварительно строят градуировочную характеристику, отражающую связь между измеряемыми сигналами и значением толщины на эталонных образцах Uэт=Uэт(h), где h - толщина эталонного образца,
в зоне измерения толщины композитного материала устанавливают металлические закладные элементы малой площади,
устанавливают вихретоковый преобразователь на поверхность контролируемого композитного материала в центре зоны измерения толщины,
измеряют сигнал Uизм, пропорциональный периоду Тизм измерительного автогенератора и толщине измеряемого композитного материала,
дополнительно генерируют сигналы опорным автогенератором Uоп, по величине пропорциональные периоду Топ,
определяют сигнал, пропорциональный разности периода колебаний измерительного и опорного автогенератора Uс=Uс(Tоп-Тизм),
линеаризируют полученный сигнал следующим образом: Uл=Uс×Uэт(h), при этом сигнал Uл пропорционален толщине h,
перед каждым измерением толщины вихретоковый преобразователь устанавливают вне зоны контроля и измеряют сигнал Uс0=Uс0(Топ-Тизм), пропорциональный разности периодов сигналов опорного и измерительного автогенераторов, и уточняют линеаризированный сигнал Uл=Uc×Uэт(h) следующим образом: ,
регистрируют значение толщины на регистрирующем устройстве.1. The method of eddy current control of the thickness of composite materials on a non-metallic substrate, characterized in that
preliminarily, a calibration characteristic is constructed that reflects the relationship between the measured signals and the thickness value on the reference samples U et = U et (h), where h is the thickness of the reference sample,
in the zone of measuring the thickness of the composite material set metal embedded elements of a small area,
install the eddy current transducer on the surface of the controlled composite material in the center of the thickness measurement zone,
measuring the signal U ISM proportional to the period T ISM of the measuring oscillator and the thickness of the measured composite material,
additionally generate signals by the reference oscillator U op , in magnitude proportional to the period T op ,
determine a signal proportional to the difference in the oscillation period of the measuring and reference oscillator U s = U s (T op -T ISM ),
linearize the received signal as follows: U l = U s × U et (h), while the signal U l is proportional to the thickness h,
before each thickness measurement, the eddy current transducer is installed outside the control zone and the signal U с0 = U с0 (Т op -T ISM ) is measured, proportional to the difference between the periods of the signals of the reference and measuring oscillators, and the linearized signal U l = U c × U et (h) is specified in the following way: ,
register the thickness value on the recording device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149748/28A RU2577037C1 (en) | 2014-12-09 | 2014-12-09 | Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149748/28A RU2577037C1 (en) | 2014-12-09 | 2014-12-09 | Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2577037C1 true RU2577037C1 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55654340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014149748/28A RU2577037C1 (en) | 2014-12-09 | 2014-12-09 | Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2577037C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2720265C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-04-28 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method for controlling thickness of anticorrosive coating of steel pipe in production stream |
RU2729457C1 (en) * | 2019-07-18 | 2020-08-06 | ООО "ГлавДиагностика" | Method for eddy-current inspection of carbon fiber-reinforced plastic objects |
RU2747916C1 (en) * | 2020-11-03 | 2021-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК» | Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2461805A1 (en) * | 1974-12-30 | 1976-08-19 | Fischer Gmbh & Co Helmut | Measuring individual thicknesses of laminated layers - uses eddy currents with probe coil above layers |
SU1383195A1 (en) * | 1986-07-01 | 1988-03-23 | Институт физики полупроводников АН ЛитССР | Method of measuring layer thickness of multilayer articles |
SU1703958A1 (en) * | 1989-01-12 | 1992-01-07 | Московский энергетический институт | Method of multiparameter testing of articles |
SU1834510A1 (en) * | 1990-10-23 | 1996-10-20 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный институт авиационных материалов" | Electromagnetic thickness gauge |
US5889401A (en) * | 1996-07-05 | 1999-03-30 | Jourdain; Pascal | Method and apparatus for determining the thickness of several layers superimposed on a substrate |
RU2371672C2 (en) * | 2008-04-14 | 2009-10-27 | Михаил Юрьевич Поляхов | Method to control properties of entity made from electrically conducting materials |
RU2419763C1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (ОАО "НИИТФА") | Vortex current calliper |
-
2014
- 2014-12-09 RU RU2014149748/28A patent/RU2577037C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2461805A1 (en) * | 1974-12-30 | 1976-08-19 | Fischer Gmbh & Co Helmut | Measuring individual thicknesses of laminated layers - uses eddy currents with probe coil above layers |
SU1383195A1 (en) * | 1986-07-01 | 1988-03-23 | Институт физики полупроводников АН ЛитССР | Method of measuring layer thickness of multilayer articles |
SU1703958A1 (en) * | 1989-01-12 | 1992-01-07 | Московский энергетический институт | Method of multiparameter testing of articles |
SU1834510A1 (en) * | 1990-10-23 | 1996-10-20 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный институт авиационных материалов" | Electromagnetic thickness gauge |
US5889401A (en) * | 1996-07-05 | 1999-03-30 | Jourdain; Pascal | Method and apparatus for determining the thickness of several layers superimposed on a substrate |
RU2371672C2 (en) * | 2008-04-14 | 2009-10-27 | Михаил Юрьевич Поляхов | Method to control properties of entity made from electrically conducting materials |
RU2419763C1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (ОАО "НИИТФА") | Vortex current calliper |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2729457C1 (en) * | 2019-07-18 | 2020-08-06 | ООО "ГлавДиагностика" | Method for eddy-current inspection of carbon fiber-reinforced plastic objects |
WO2021010856A1 (en) * | 2019-07-18 | 2021-01-21 | Ооо "Главдиагноститка" | Method for inspecting carbon fibre reinforced polymer objects using eddy currents |
RU2720265C1 (en) * | 2019-09-19 | 2020-04-28 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method for controlling thickness of anticorrosive coating of steel pipe in production stream |
RU2747916C1 (en) * | 2020-11-03 | 2021-05-17 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК» | Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2707705B1 (en) | Surface property inspection device and surface property inspection method | |
US9903840B2 (en) | Method for detecting temporally varying thermomechanical stresses and/or stress gradients over the wall thickness of metal bodies | |
US10444110B2 (en) | System and method for inspecting parts using frequency response function | |
JP6421808B2 (en) | Surface characteristic inspection apparatus and surface characteristic inspection method | |
Chen et al. | Flexible eddy current sensor array for proximity sensing | |
KR101716877B1 (en) | Apparatus and method for detecting fatigue crack using nonlinear ultrasonic based on self- piezoelectric sensing | |
CN101311715A (en) | Method and apparatus for digital measurement of an eddy current signal | |
RU2577037C1 (en) | Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor | |
US20190378181A1 (en) | Diagnosis cost output device, diagnosis cost output method, and computer-readable recording medium | |
KR102277276B1 (en) | Measuring system and method of metal material property | |
JP2010048723A (en) | Reinforcing bar corrosion inspection method and reinforcing bar corrosion inspection apparatus | |
RU2654298C1 (en) | Method of automated non-destructive control of product quality and device for its implementation | |
US10578584B2 (en) | Calibration device for non-destructive inspection/measurement system and non-destructive inspection/measurement method | |
JP6015954B2 (en) | Electromagnetic induction type inspection apparatus and electromagnetic induction type inspection method | |
KR101210472B1 (en) | Apparatus and method for detecting the micro-scale crack using nonlinear characteristics of ultrasonic resonance | |
RU2720437C1 (en) | Method for automated control of articles continuity and device for its implementation | |
RU2610350C1 (en) | Eddy current testing method | |
EP3674735A1 (en) | Stress-induced magnetic field signal acquisition method and stress measurement method based thereon | |
RU2616071C1 (en) | Method for measuring magnetic induction thickness of dielectric coating and device for its implementation | |
RU2676857C1 (en) | Products continuity automated spatial control method and device for its implementation | |
Firdaus et al. | Evaluating the damage mechanism characteristics for tower crane pulley using magnetic flux polar mapping distribution | |
RU2666159C2 (en) | Device of integrated automated non-destructive quality control of multilayer products | |
RU2664867C1 (en) | Method of eddy current control | |
Elizarov et al. | UNISCOPE: instrument integrating NDT methods | |
RU2571453C1 (en) | Method for control of electroconductive polymer composite materials |