RU2629711C1 - Device for eddy current test of metallic non-magnetic objects - Google Patents

Device for eddy current test of metallic non-magnetic objects Download PDF

Info

Publication number
RU2629711C1
RU2629711C1 RU2016116669A RU2016116669A RU2629711C1 RU 2629711 C1 RU2629711 C1 RU 2629711C1 RU 2016116669 A RU2016116669 A RU 2016116669A RU 2016116669 A RU2016116669 A RU 2016116669A RU 2629711 C1 RU2629711 C1 RU 2629711C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
eddy current
control
output
inputs
signal
Prior art date
Application number
RU2016116669A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Ефремович Гольдштейн
Василий Юрьевич Белянков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2016116669A priority Critical patent/RU2629711C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629711C1 publication Critical patent/RU2629711C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/90—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws using eddy currents

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device comprises the first, second and third harmonic signal generators, a synchronization circuit, a detachable eddy current transducer, the first, second, third, fourth, fifth and sixth synchronous detectors, the first, second, third, fourth fifth and sixth integrating samplers, a computing unit, a display unit. The inputs of the generators are connected to the first output of the synchronization circuit, the signal outputs of the generators are connected to the inputs of the detachable eddy current transducer. The signal inputs of the synchronous detectors are connected to the output of the detachable eddy current transducer, the control inputs of the first, second, third, fourth, fifth and sixth synchronous detectors are respectively connected to the first and second control outputs of the first generator, to the first and second control outputs of the second generator, to the first and second control outputs of the third generator, while the outputs of the synchronous detectors are respectively connected to the signal inputs of the first, second, third, fourth, fifth and sixth integrating samplers. The control inputs of the integrating samplers are connected to the second output of the synchronization circuit, each output of the integrating samplers are connected to a separate input of the computing unit. The output of the computing unit is connected to the input of the display unit.
EFFECT: increased reliability of the control due to more qualitative separation of the reactions of the eddy current transducer into interaction with the object of each of the frequency components of the exciting magnetic field.
3 dwg

Description

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля немагнитных металлических изделий и может быть использовано для контроля их толщины и удельной электрической проводимости материала.The invention relates to non-destructive testing of non-magnetic metal products and can be used to control their thickness and electrical conductivity of the material.

Известен электромагнитный толщиномер (SU 1226024 Α1, МПК4 G01B 7/06, опубл. 23.04.1986 г., бюл. №15), содержащий последовательно соединенные генератор синусоидального сигнала, вихретоковый преобразователь, усилитель, схему амплитудно-фазового преобразования сигнала вихретокового преобразователя, в которой в качестве опорного используется выходное напряжение генератора, и индикатор. Благодаря амплитудно-фазовому преобразованию сигнала в данном устройстве осуществляется отстройка от влияния на результаты измерения толщины изменений зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля.Known electromagnetic thickness gauge (SU 1226024 Α1, IPC 4 G01B 7/06, publ. 04/23/1986, bull. No. 15), containing serially connected sine wave generator, eddy current transducer, amplifier, amplitude-phase conversion circuit of the eddy current transducer, in which the generator output voltage and an indicator are used as a reference. Due to the amplitude-phase transformation of the signal in this device, a detuning is performed from the influence on the measurement results of the thickness of the gap changes between the eddy current transducer and the control object.

Недостатком этого устройства является отсутствие отстройки от влияния изменений электропроводности материала и малый диапазон отстройки от влияния изменений зазора.The disadvantage of this device is the absence of detuning from the effects of changes in the electrical conductivity of the material and the small range of detuning from the effects of changes in the gap.

Известно устройство для контроля толщины металлических изделий (SU 375468 Α1, МПК6 G01B 7/06, опубл. 23.03.1973 г., бюл. №16), содержащее два генератора синусоидальных сигналов высокой и низкой частот, подключенных ко входам двухчастотного вихретокового преобразователя, схему частотного выделения и амплитудно-фазового преобразования сигналов вихретокового преобразователя и индикатор. Благодаря наличию двухчастотного возбуждения вихретокового преобразователя устройством обеспечивается эффективная отстройка от влияния на результаты измерения толщины изменений зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля в значительном диапазоне его изменений.A device for controlling the thickness of metal products (SU 375468 Α1, IPC 6 G01B 7/06, publ. March 23, 1973, bull. No. 16), containing two generators of high and low frequency sinusoidal signals connected to the inputs of a two-frequency eddy current converter, a circuit for frequency separation and amplitude-phase conversion of the eddy current transducer signals and an indicator. Due to the presence of two-frequency excitation of the eddy current transducer, the device provides effective detuning from the influence on the measurement results of the thickness of the gap between the eddy current transducer and the control object in a significant range of its changes.

Недостатком этого устройства является малый диапазон и трудоемкость отстройки от влияния изменений электропроводности материала.The disadvantage of this device is the small range and the complexity of the detuning from the influence of changes in the electrical conductivity of the material.

Известно устройство вихретокового контроля, реализующее трехпараметровый способ вихретокового контроля металлических немагнитных объектов (SU 1176231 Α1, МПК4 G01N 27/90, опубл. 30.08.1985 г., бюл. №32), выбранное в качестве прототипа, содержащее первый, второй и третий генераторы гармонических сигналов, сигнальные выходы которых соединены со входами накладного ВТП, первый, второй и третий избирательные резонансные усилители, входы которых соединены с выходом вихретокового преобразователя, первый и второй синхронные детекторы, сигнальные входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго избирательных усилителей, а входы управления с выходами управления соответственно первого и второго генераторов, амплитудный детектор, вход которого соединен с выходом третьего избирательного усилителя, вычислительный блок, пять входов которого соединены каждый в отдельности с выходами первого и второго синхронных детекторов и амплитудного детектора, а выход соединен со входом блока индикации. В состав вычислительного блока входят коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, блок ввода и вывода, центральный процессор, блок памяти и цифропечатающее устройство.A device of eddy current control is known, which implements a three-parameter method of eddy current control of metallic non-magnetic objects (SU 1176231 Α1, IPC 4 G01N 27/90, published on 08.30.1985, bull. No. 32), selected as a prototype, containing the first, second and third harmonic generators, the signal outputs of which are connected to the inputs of the overhead ECP, the first, second and third selective resonant amplifiers, the inputs of which are connected to the output of the eddy current transducer, the first and second synchronous detectors, the signal inputs of which x connected to the outputs of the first and second selective amplifiers, respectively, and control inputs with control outputs of the first and second generators, respectively, an amplitude detector, the input of which is connected to the output of the third selective amplifier, a computing unit, the five inputs of which are each connected separately to the outputs of the first and second synchronous detectors and an amplitude detector, and the output is connected to the input of the display unit. The composition of the computing unit includes a switch, an analog-to-digital converter, an input and output unit, a central processor, a memory unit, and a digital printing device.

Постоянные составляющие выходных напряжений синхронных детекторов пропорциональны амплитудам комплексных составляющих детектируемого сигнала, совпадающих по фазе с управляющими сигналами (Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982 - 512 с.). В устройстве используются синхронные детекторы с двумя выходами, представляющие собой по сути два синхронных детектора, управляемые опорными напряжениями с выходов управления генераторов, сдвинутыми по фазе на 90°.The constant components of the output voltages of synchronous detectors are proportional to the amplitudes of the complex components of the detected signal, which coincide in phase with the control signals (Titz U., Schenk K. Semiconductor circuitry: Reference manual. Translated from German - M .: Mir, 1982 - 512 p.) . The device uses synchronous detectors with two outputs, which are essentially two synchronous detectors controlled by the reference voltages from the control outputs of the generators, 90 ° out of phase.

Согласно реализуемому устройством способу контроля частоты первого, второго и третьего генераторов ƒ1, ƒ2, ƒ3 выбирают таким образом, что обобщенный параметр вихретокового контроля β1 на первой частоте превышает 50, глубина проникновения электромагнитного поля δ2 на второй частоте примерно в два раза меньше толщины объекта контроля T, а обобщенный параметр вихретокового контроля β3 на третьей частоте примерно равен 2. Обобщенный параметр вихретокового контроля определяется по формуле:According to the method of controlling the frequency of the first, second and third generators ƒ 1 , ƒ 2 , ƒ 3 implemented by the device, they are chosen in such a way that the generalized eddy current control parameter β 1 at the first frequency exceeds 50, the depth of penetration of the electromagnetic field δ 2 at the second frequency is approximately two times less than the thickness of the test object T, and the generalized parameter of the eddy current control β 3 at the third frequency is approximately equal to 2. The generalized parameter of the eddy current control is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где σ - удельная электрическая проводимость материала;where σ is the electrical conductivity of the material;

μ0 - магнитная постоянная;μ 0 is the magnetic constant;

R - радиус эквивалентного витка обмотки возбуждения вихретокового преобразователя.R is the radius of the equivalent coil of the field winding of the eddy current transducer.

В этом случае сигнал вихретокового преобразователя на первой частоте зависит только от зазора h между преобразователем и объектом контроля, сигнал на второй частоте зависит от зазора h и удельной электропроводности материала σ, а сигнал на третьей частоте - от зазора h, удельной электропроводности материала σ и толщины объекта Т. Это обеспечивает возможность раздельного контроля величин h, σ и Τ в широком диапазоне изменений их значений.In this case, the eddy-current transducer signal at the first frequency depends only on the gap h between the transducer and the test object, the signal on the second frequency depends on the gap h and the specific conductivity of the material σ, and the signal at the third frequency depends on the gap h, the specific electrical conductivity of the material σ and thickness object T. This provides the ability to separately control the values of h, σ and Τ in a wide range of changes in their values.

Недостатком известного устройства является низкая достоверность контроля ввиду невозможности качественного разделения реакций вихретокового преобразователя на взаимодействие с объектом каждой в отдельности частотных составляющих возбуждающего магнитного поля. Это обусловлено использованием в составе устройства для обеспечения частотной избирательности измерительных каналов избирательных резонансных усилителей, уменьшение полосы пропускания которых ограничено нестабильностью частотозадающих элементов, характеристики которых даже при тщательном их подборе в значительной мере подвержены влиянию изменений температуры окружающей среды. Особенно сильная зависимость результатов контроля от температуры имеет место при измерении удельной электрической проводимости материала σ и толщины объекта контроля Т, в случае реализации которого основными информативными параметрами сигнала вихретокового преобразователя являются фазы сигналов частот ƒ2 и ƒ3.A disadvantage of the known device is the low reliability of the control due to the impossibility of a qualitative separation of the reactions of the eddy current transducer to interact with the object of each of the individual frequency components of the exciting magnetic field. This is due to the use of selective resonant amplifiers in the device for ensuring the frequency selectivity of the measuring channels, the decrease in the bandwidth of which is limited by the instability of frequency-setting elements, the characteristics of which, even if carefully selected, are significantly affected by changes in the ambient temperature. A particularly strong dependence of the control results on temperature occurs when measuring the specific electrical conductivity of the material σ and the thickness of the test object T, in the case of which the main informative parameters of the eddy current transducer signal are the phases of the frequency signals ƒ 2 and ƒ 3 .

Задачей изобретения является повышение достоверности контроля за счет более качественного разделения реакций вихретокового преобразователя на взаимодействие с объектом каждой в отдельности частотных составляющих возбуждающего магнитного поля.The objective of the invention is to increase the reliability of control due to a better separation of the reactions of the eddy current transducer to interact with the object of each separately frequency component of the exciting magnetic field.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство для вихретокового контроля металлических немагнитных объектов, также как в прототипе, содержит первый, второй и третий генераторы гармонических сигналов, сигнальные выходы которых соединены со входами накладного вихретокового преобразователя, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, входы управления которых соединены соответственно с первым выходом управления первого генератора, вторым выходом управления первого генератора, первым выходом управления второго генератора и вторым выходом управления второго генератора, вычислительный блок, выход которого соединен со входом блока индикации.The problem is solved due to the fact that the device for eddy current control of metal non-magnetic objects, as in the prototype, contains the first, second and third harmonic signal generators, the signal outputs of which are connected to the inputs of the overhead eddy current transducer, the first, second, third and fourth synchronous detectors the control inputs of which are connected respectively to the first control output of the first generator, the second control output of the first generator, the first control output of the second eratora and the second output of the second generator control, the calculation unit, whose output is connected to the input of the indication unit.

Согласно изобретению устройство дополнительно содержит схему синхронизации, первый выход которой соединен со входами генераторов, пятый и шестой синхронные детекторы, входы управления которых соединены соответственно с первым и вторым выходами управления третьего генератора, сигнальные входы всех синхронных детекторов соединены с выходом вихретокового преобразователя, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой интегрирующие дискретизаторы, входы управления которых соединены со вторым выходом схемы синхронизации, сигнальные входы интегрирующих дискретизаторов соединены с выходами соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого синхронных детекторов, а выходы соединены каждый с отдельным входом вычислительного блока.According to the invention, the device further comprises a synchronization circuit, the first output of which is connected to the inputs of the generators, the fifth and sixth synchronous detectors, the control inputs of which are connected respectively to the first and second control outputs of the third generator, the signal inputs of all synchronous detectors are connected to the output of the eddy current transducer, first, second , third, fourth, fifth and sixth integrating discretizers, the control inputs of which are connected to the second output of the synchronization circuit, signal the inputs of the integrating discretizers are connected to the outputs of the first, second, third, fourth, fifth and sixth synchronous detectors, respectively, and the outputs are each connected to a separate input of the computing unit.

Благодаря исключению из схемы устройства избирательных усилителей, синхронизации частот генераторов и использованию интегрирующих дискретизаторов достигается более качественное разделение реакций вихретокового преобразователя на взаимодействие с объектом каждой в отдельности частотных составляющих возбуждающего магнитного поля.Thanks to the exclusion of selective amplifiers from the device circuit, synchronization of the generator frequencies and the use of integrating discretizers, a better separation of the eddy current transducer reactions to interaction with the object of each of the individual frequency components of the exciting magnetic field is achieved.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для вихретокового контроля металлических немагнитных объектов; на фиг. 2 - конструкция вихретокового преобразователя; на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика измерительного канала.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for eddy current control of metallic non-magnetic objects; in FIG. 2 - eddy current transducer design; in FIG. 3 - amplitude-frequency characteristic of the measuring channel.

Устройство для вихретокового контроля металлических немагнитных объектов содержит первый 1 (Г1), второй 2 (Г2) и третий 3 (Г3) генераторы гармонических сигналов, схему синхронизации 4 (СС), накладной вихретоковый преобразователь 5 (ВТП), первый 6 (СД1), второй 7 (СД2), третий 8 (СД3), четвертый 9 (СД4), пятый 10 (СД5) и шестой 11 (СД6) синхронные детекторы, первый 12 (ИД1), второй 13 (ИД2), третий 14 (ИД3), четвертый 15 (ИД4), пятый 16 (ИД5) и шестой 17 (ИД6) интегрирующие дискретизаторы, вычислительный блок 18 (ВБ), блок индикации 19 (БИ).A device for eddy current monitoring of metallic non-magnetic objects contains the first 1 (G1), second 2 (G2) and third 3 (G3) harmonic signal generators, a synchronization circuit 4 (CC), an overhead eddy current transducer 5 (ETC), the first 6 (SD1), second 7 (T2), third 8 (T3), fourth 9 (T4), fifth 10 (T5) and sixth 11 (T6) synchronous detectors, the first 12 (T1), the second 13 (T2), the third 14 (T3), fourth 15 (ID4), fifth 16 (ID5) and sixth 17 (ID6) integrating discretizers, computing unit 18 (WB), display unit 19 (BI).

Входы первого, второго и третьего генераторов гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) соединены с первым выходом схемы синхронизации 4 (СС). Сигнальные выходы генераторов гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) соединены со входами накладного вихретокового преобразователя 5 (ВТП). Выход вихретокового преобразователя 5 (ВТП) соединен с сигнальными входами шести синхронных детекторов 6-11 (СД1-СД6). Входы управления первого 6 (СД1) и второго 7 (СД2) синхронных детекторов соединены соответственно с первым и вторым выходами управления первого генератора гармонических сигналов 1 (Г1). Входы управления третьего 8 (СД3) и четвертого 9 (СД4) синхронных детекторов соединены соответственно с первым и вторым выходами управления второго генератора гармонических сигналов 2 (Г2). Входы управления пятого 10 (СД5) и шестого 11 (СД6) синхронных детекторов соединены соответственно с первым и вторым выходами управления третьего генератора гармонических сигналов 3 (Г3). Выходы синхронных детекторов 6-11 (СД1-СД6) соединены соответственно с сигнальными входами интегрирующих дискретизаторов 12-17 (ИД1-ИД6). Входы управления интегрирующих дискретизаторов 12-17 (ИД1-ИД6) соединены со вторым выходом схемы синхронизации 4 (СС). Выходы интегрирующих дискретизаторов 12-17 (ИД1-ИД6) соединены каждый с отдельным входом вычислительного блока 18 (ВБ). Выход вычислительного блока 18 (ВБ) соединен со входом блока индикации 19 (БИ).The inputs of the first, second and third harmonic signal generators 1-3 (G1-G3) are connected to the first output of the synchronization circuit 4 (CC). The signal outputs of the harmonic signal generators 1-3 (G1-G3) are connected to the inputs of the overhead eddy current transducer 5 (ETC). The output of the eddy current transducer 5 (VTP) is connected to the signal inputs of six synchronous detectors 6-11 (SD1-SD6). The control inputs of the first 6 (SD1) and second 7 (SD2) synchronous detectors are connected respectively to the first and second control outputs of the first harmonic signal generator 1 (G1). The control inputs of the third 8 (SD3) and fourth 9 (SD4) synchronous detectors are connected respectively to the first and second control outputs of the second harmonic signal generator 2 (G2). The control inputs of the fifth 10 (SD5) and sixth 11 (SD6) synchronous detectors are connected respectively to the first and second control outputs of the third harmonic signal generator 3 (G3). The outputs of synchronous detectors 6-11 (SD1-SD6) are connected respectively to the signal inputs of integrating discretizers 12-17 (ID1-ID6). The control inputs of integrating discretizers 12-17 (ID1-ID6) are connected to the second output of the synchronization circuit 4 (CC). The outputs of the integrating discretizers 12-17 (ID1-ID6) are each connected to a separate input of the computing unit 18 (WB). The output of the computing unit 18 (WB) is connected to the input of the display unit 19 (BI).

На фиг. 2 показан один из возможных вариантов конструкция накладного вихретокового преобразователя 5 (ВТП) устройства, наиболее часто используемый в вихретоковых толщиномерах. ВТП содержит обмотку возбуждения 20, измерительную обмотку 21 и компенсационную обмотку 22.In FIG. 2 shows one of the possible design options for the overhead eddy current transducer 5 (ETC) device, most often used in eddy current thickness gauges. The ECP comprises an excitation winding 20, a measuring winding 21, and a compensation winding 22.

При осуществлении контроля вихретоковый преобразователь 5 (ВТП), располагают вблизи объекта контроля 23, в качестве которого для примера выбрана металлическая труба из немагнитного материала (на фиг. 2 показано поперечное сечение вихретокового преобразователя и части трубы).When monitoring, the eddy current transducer 5 (ECP) is located near the control object 23, for which, for example, a metal pipe made of non-magnetic material is selected (Fig. 2 shows a cross section of the eddy current transducer and part of the pipe).

Устройство для вихретокового контроля металлических немагнитных объектов работает следующим образом. Генераторами гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) вырабатываются гармонические сигналы с частотами ƒ1, ƒ2, ƒ3, которые синхронизируются схемой 4 (СС), благодаря чему поддерживаются стабильными разности частотA device for eddy current control of metallic non-magnetic objects works as follows. Harmonic signal generators 1-3 (G1-G3) produce harmonic signals with frequencies ƒ 1 , ƒ 2 , ƒ 3 , which are synchronized by circuit 4 (CC), due to which they are supported by stable frequency differences

ƒ2-ƒ3=a⋅Δƒ и ƒ1-ƒ2=b⋅Δƒ,ƒ 2 -ƒ 3 = a⋅Δƒ and ƒ 1 -ƒ 2 = b⋅Δƒ,

где а и b - целые числа;where a and b are integers;

Δƒ - частота сигнала управления на втором выходе схемы синхронизации 4 (СС).Δƒ is the frequency of the control signal at the second output of the synchronization circuit 4 (CC).

При этом возможны различные варианты синхронизации частот генераторов гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3). Например, такой, когда схема синхронизации 4 (СС) содержит генератор прямоугольных импульсов опорной частоты ƒ0, а генераторы гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) и схема синхронизации 4 (СС) имеют в своем составе делители частоты соответственно в n1,n1⋅n2,n1⋅n2⋅n3 и n1⋅n2⋅n3⋅n4 разIn this case, various options for synchronizing the frequencies of harmonic generators 1-3 (G1-G3) are possible. For example, when synchronization circuit 4 (CC) contains a square-wave generator of a reference frequency ƒ 0 , and harmonic signal generators 1-3 (G1-G3) and synchronization circuit 4 (CC) include frequency dividers in n 1 , respectively n 1 ⋅n 2 , n 1 ⋅n 2 ⋅n 3 and n 1 ⋅n 2 ⋅n 3 ⋅n 4 times

где n1, n2, n3 и n4 - целые числа.where n 1 , n 2 , n 3 and n 4 are integers.

В состав генераторов гармонических сигналов 1-3 (Г1-Г3) входят формирователи синусоидального сигнала из ступенчатого, имеющего число ступенек m. Частоты выходных сигналов генераторов 1-3 (Г1-Г3) равны соответственноThe structure of harmonic signal generators 1-3 (G1-G3) includes shapers of a sinusoidal signal from a step signal with the number of steps m. The frequencies of the output signals of the generators 1-3 (G1-G3) are equal, respectively

ƒ1=ƒ0/n1;ƒ 1 = ƒ 0 / n 1 ;

ƒ2=ƒ0/n1⋅n2;ƒ 2 = ƒ 0 / n 1 ⋅n 2 ;

ƒ3=ƒ0/n1⋅n2⋅n3.ƒ 3 = ƒ 0 / n 1 ⋅n 2 ⋅n 3 .

Разность частотFrequency difference

Δƒ=ƒ0/n1⋅n2⋅n3⋅n4 и a=n4(n3-1); b=n3⋅n4(n2-1).Δƒ = ƒ 0 / n 1 ⋅n 2 ⋅n 3 ⋅n 4 and a = n 4 (n 3 -1); b = n 3 ⋅n 4 (n 2 -1).

Кроме того, значения частот ƒ1, ƒ2 и ƒ3 должны удовлетворять условиям, при которых, как и в случае изобретения-прототипа, обобщенный параметр вихретокового контроля β1 на первой частоте превышает 50, глубина проникновения электромагнитного поля δ2 на второй частоте примерно в два раза меньше толщины Τ объекта контроля, а обобщенный параметр вихретокового контроля β3 на третьей частоте примерно равен 2.In addition, the frequencies ƒ 1 , ƒ 2 and ƒ 3 must satisfy the conditions under which, as in the case of the prototype invention, the generalized eddy current control parameter β 1 at the first frequency exceeds 50, the penetration depth of the electromagnetic field δ 2 at the second frequency is approximately two times less than the thickness Τ of the test object, and the generalized eddy current control parameter β 3 at the third frequency is approximately equal to 2.

Сигнал разностной частоты Δƒ со второго выхода схемы синхронизации 4 (СС) подается на входы управления интегрирующих дискретизаторов 12-17 (ИД1-ИД6).Выходные сигналы генераторов 1-3 (Г1-Г3) подаются на обмотку возбуждения 20 накладного ВТП вихретокового преобразователя 5 (ВТП). Ток этой обмотки имеет три гармонические составляющие частот ƒ1, ƒ2 и ƒ3 и создает трехчастотное магнитное поле. Измерительная 21 и компенсационная 22 обмотки вихретокового преобразователя 5 (ВТП) включены встречно, поэтому при отсутствии вблизи вихретокового преобразователя электропроводящего объекта выходной сигнал вихретокового преобразователя равен нулю. При наличии вблизи вихретокового преобразователя электропроводящего объекта трехчастотное магнитное поле возбуждения наводит в контролируемом изделии вихревые токи трех частот. Магнитное поле этих вихревых токов обуславливает возникновение выходного сигнала (вносимого напряжения) вихретокового преобразователя. Для выделения комплексных составляющих сигнала вихретокового преобразователя, обусловленных каждой из трех частотных составляющих магнитного поля вихревых токов, в устройстве имеются шесть одинаковых измерительных каналов, состоящих каждый из последовательно соединенных синхронного детектора 6-11 (СД1-СД6) и интегрирующего дискретизатора 12-17 (ИД1-ИД6). Каналы, в состав которых входят синхронные детекторы 6 и 7 (СД1 и СД2), предназначены для выделения действительной и мнимой составляющих сигнала вихретокового преобразователя, обусловленных вихревыми токами частоты ƒ1. Каналы, в состав которых входят синхронные детекторы 8 и 9 (СД3 и СД4), предназначены для выделения действительной и мнимой составляющих сигнала, обусловленных вихревыми токами частоты ƒ2. Каналы, в состав которых входят синхронные детекторы 10 и 11 (СД5 и СД6), предназначены для выделения действительной и мнимой составляющих сигнала, обусловленных вихревыми токами частоты ƒ3. Синхронными детекторами осуществляется синхронное с соответствующей частотой управления ƒ1, ƒ2 или ƒ3 детектирование напряжений измерительных обмоток вихретокового преобразователя, а интегрирующими дискретизаторами осуществляется усреднение выходных сигналов синхронных детекторов за время Τ=1/Δƒ, задаваемое выходным сигналом схемы синхронизации 4 (СС).The difference frequency signal Δƒ from the second output of the synchronization circuit 4 (CC) is supplied to the control inputs of integrating discretizers 12-17 (ID1-ID6). The output signals of the generators 1-3 (G1-G3) are fed to the excitation winding 20 of the overhead ECP of the eddy current transducer 5 ( ECP). The current of this winding has three harmonic components of the frequencies ƒ 1 , ƒ 2 and ƒ 3 and creates a three-frequency magnetic field. The measuring 21 and compensation 22 windings of the eddy current transducer 5 (ETC) are turned on in the opposite direction, therefore, in the absence of an electrically conductive object near the eddy current transducer, the output signal of the eddy current transducer is zero. If there is an electrically conductive object near the eddy current transducer, the three-frequency magnetic field excites eddy currents of three frequencies in the controlled product. The magnetic field of these eddy currents causes the appearance of the output signal (insertion voltage) of the eddy current transducer. To isolate the complex components of the eddy current transducer signal due to each of the three frequency components of the eddy currents magnetic field, the device has six identical measuring channels, each consisting of a series-connected synchronous detector 6-11 (SD1-SD6) and an integrating sampler 12-17 (ID1 -ID6). Channels, which include synchronous detectors 6 and 7 (SD1 and SD2), are designed to highlight the real and imaginary components of the eddy-current transducer signal due to eddy currents of frequency частоты 1 . Channels, which include synchronous detectors 8 and 9 (SD3 and SD4), are designed to highlight the real and imaginary components of the signal due to eddy currents of frequency ƒ 2 . Channels, which include synchronous detectors 10 and 11 (SD5 and SD6), are designed to highlight the real and imaginary components of the signal due to eddy currents of frequency ƒ 3 . Synchronous detectors carry out synchronous detection with the corresponding control frequency ƒ 1 , ƒ 2 or ƒ 3 of the voltage of the measuring windings of the eddy current transducer, and integrating discretizers average the output signals of synchronous detectors over time Τ = 1 / Δƒ, which is set by the output signal of synchronization circuit 4 (CC).

Схемотехнически интегрирующий дискретизатор состоит из последовательно соединенных схем аналогового интегратора и аналогового запоминающего устройства, охваченных общей отрицательной обратной связью, и представляет собой импульсный фильтр нижних частот с конечной импульсной характеристикой (Гутников B.C. Методы реализации специальных весовых функций в измерительных устройствах. - Измерения, контроль, автоматизация, 1983, №2, с. 3-15). Амплитудно-частотная характеристика измерительного тракта с опорной частотой ƒi имеет нули на частотах, отличающихся от ƒi на значение, кратное Δƒ (фиг. 3). При этом сигнал вихретокового преобразователя с несущей частотой ƒi пропускается измерительным трактом практически без искажения, а присутствующие на входе этого же тракта сигналы двух других частот практически полностью ослабляются. В результате такой обработки сигналов на выходах первого 12 (ИД1) и второго 13 (ИД2) интегрирующих дискретизаторов выделяются сигналы, пропорциональные амплитудам комплексных составляющих вносимого напряжения частоты ƒ1 на выходах третьего 14 (ИД3) и четвертого 15 (ИД4) интегрирующих дискретизаторов - частоты fƒ2, на выходах пятого 16 (ИД5) и шестого 17 (ИД6) интегрирующих дискретизаторов - частоты ƒ3.The circuit-integrating discretizer consists of series-connected circuits of an analog integrator and an analog memory device covered by a common negative feedback, and is a low-pass pulse filter with a finite impulse response (Gutnikov BC Methods for implementing special weighting functions in measuring devices. - Measurements, control, automation 1983, No. 2, pp. 3-15). The frequency response of the measuring path with a reference frequency частотой i has zeros at frequencies different from ƒ i by a multiple of Δƒ (Fig. 3). In this case, the eddy current transducer signal with a carrier frequency ƒ i is passed through the measuring path with almost no distortion, and the signals of two other frequencies present at the input of the same path are almost completely attenuated. As a result of such processing of signals at the outputs of the first 12 (ID1) and second 13 (ID2) integrating samplers, signals are proportional to the amplitudes of the complex components of the introduced frequency voltage ƒ 1 at the outputs of the third 14 (ID3) and fourth 15 (ID4) integrating samplers - frequency fƒ 2 , at the outputs of the fifth 16 (ID5) and sixth 17 (ID6) integrating discretizers - frequency ƒ 3 .

Благодаря указанному ранее выбору частот генераторов гармонических сигналов выделенные составляющие сигнала вихретокового преобразователя на первой частоте зависят только от зазора h между вихретоковым преобразователем и объектом, составляющие сигнала на второй частоте зависят от зазора h и удельной электропроводности материала σ, а составляющие сигнала на третьей частоте - от зазора h, удельной электропроводности материала σ и толщины Τ объекта. Вычислительным блоком 18 (ВБ) осуществляется вычислительное преобразование сигналов измерительных каналов. При этом могут быть использованы различные алгоритмы преобразования и, в частности, предлагаемый в прототипе. В этом случае по амплитудному значению сигнала на первой частоте вычисляют значение зазора h, по отношению действительной и мнимой составляющих сигнала на второй частоте с учетом значения h - значение удельной электрической проводимости σ, а по значениям составляющих сигнала на третьей частоте, зазора h и удельной электрической проводимости σ - значение толщины Т. Блоком индикации 19 (БИ) осуществляется индикация результатов контроля.Owing to the aforementioned choice of frequencies of harmonic signal generators, the extracted components of the eddy current transducer signal at the first frequency depend only on the gap h between the eddy current transducer and the object, the signal components at the second frequency depend on the gap h and the specific conductivity of the material σ, and the signal components on the third frequency depend on the gap h, the electrical conductivity of the material σ and the thickness Τ of the object. Computing unit 18 (WB) performs the computational conversion of the signals of the measuring channels. In this case, various conversion algorithms can be used, and in particular, the one proposed in the prototype. In this case, the value of the gap h is calculated from the amplitude value of the signal at the first frequency, and the value of the specific electrical conductivity σ is calculated with respect to the real and imaginary components of the signal at the second frequency, and the electrical conductivity σ is calculated from the values of the signal components at the third frequency, the gap h, and the specific electrical conductivity σ - value of thickness T. Indication unit 19 (BI) displays the results of the control.

Использование предлагаемого устройства для вихретокового контроля металлических немагнитных объектов обеспечивает повышение достоверности контроля в условиях значительных изменений условий контроля.The use of the proposed device for eddy current control of metallic non-magnetic objects provides an increase in the reliability of control in conditions of significant changes in the control conditions.

Claims (1)

Устройство для вихретокового контроля металлических немагнитных объектов, содержащее первый, второй и третий генераторы гармонических сигналов, сигнальные выходы которых соединены со входами накладного вихретокового преобразователя, первый, второй, третий и четвертый синхронные детекторы, входы управления которых соединены соответственно с первым выходом управления первого генератора, вторым выходом управления первого генератора, первым выходом управления второго генератора и вторым выходом управления второго генератора, вычислительный блок, выход которого соединен со входом блока индикации, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит схему синхронизации, первый выход которой соединен со входами первого, второго и третьего генераторов, пятый и шестой синхронные детекторы, входы управления которых соединены соответственно с первым и вторым выходами управления третьего генератора, сигнальные входы всех синхронных детекторов соединены с выходом вихретокового преобразователя, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой интегрирующие дискретизаторы, входы управления которых соединены со вторым выходом схемы синхронизации, сигнальные входы соединены с выходами соответственно первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого синхронных детекторов, а выходы соединены каждый с отдельным входом вычислительного блока.A device for eddy current monitoring of metallic non-magnetic objects, containing the first, second and third harmonic signal generators, the signal outputs of which are connected to the inputs of the overhead eddy current transducer, the first, second, third and fourth synchronous detectors, the control inputs of which are connected respectively to the first control output of the first generator, the second control output of the first generator, the first control output of the second generator and the second control output of the second generator, calculated a unit, the output of which is connected to the input of the display unit, characterized in that the device further comprises a synchronization circuit, the first output of which is connected to the inputs of the first, second and third generators, the fifth and sixth synchronous detectors, the control inputs of which are connected respectively to the first and second outputs control of the third generator, the signal inputs of all synchronous detectors are connected to the output of the eddy current transducer, the first, second, third, fourth, fifth and sixth integrating discretization tori control inputs which are connected to the second output of the synchronization circuit, the signal inputs connected to outputs of respectively the first, second, third, fourth, fifth and sixth synchronous detectors, and the outputs are each connected with a separate entrance computing unit.
RU2016116669A 2016-04-27 2016-04-27 Device for eddy current test of metallic non-magnetic objects RU2629711C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116669A RU2629711C1 (en) 2016-04-27 2016-04-27 Device for eddy current test of metallic non-magnetic objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116669A RU2629711C1 (en) 2016-04-27 2016-04-27 Device for eddy current test of metallic non-magnetic objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629711C1 true RU2629711C1 (en) 2017-08-31

Family

ID=59797931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016116669A RU2629711C1 (en) 2016-04-27 2016-04-27 Device for eddy current test of metallic non-magnetic objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629711C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4084136A (en) * 1976-10-21 1978-04-11 Battelle Memorial Institute Eddy current nondestructive testing device for measuring variable characteristics of a sample utilizing Walsh functions
EP0053295A2 (en) * 1980-11-27 1982-06-09 O'Connor, Henry Moncrieff Multifrequency eddy current testing device
SU1078311A1 (en) * 1982-09-23 1984-03-07 Рижский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Non-destructive inspection device
SU1176231A1 (en) * 1983-01-18 1985-08-30 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Three=parameter method of eddy-current testing of metal non-magnetic objects
SU1379715A1 (en) * 1986-09-26 1988-03-07 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Device for eddy current inspection
SU1703958A1 (en) * 1989-01-12 1992-01-07 Московский энергетический институт Method of multiparameter testing of articles

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4084136A (en) * 1976-10-21 1978-04-11 Battelle Memorial Institute Eddy current nondestructive testing device for measuring variable characteristics of a sample utilizing Walsh functions
EP0053295A2 (en) * 1980-11-27 1982-06-09 O'Connor, Henry Moncrieff Multifrequency eddy current testing device
SU1078311A1 (en) * 1982-09-23 1984-03-07 Рижский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Non-destructive inspection device
SU1176231A1 (en) * 1983-01-18 1985-08-30 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Three=parameter method of eddy-current testing of metal non-magnetic objects
SU1379715A1 (en) * 1986-09-26 1988-03-07 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Device for eddy current inspection
SU1703958A1 (en) * 1989-01-12 1992-01-07 Московский энергетический институт Method of multiparameter testing of articles

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A1. *
SU 1703958 А1, 07.01.1992 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4467281A (en) Multi frequency eddy current test apparatus with intermediate frequency processing
GB999917A (en) Multiple parameter eddy current non-destructive testing device
CA2883984C (en) Method for monitoring the operation of a metal detection system and metal detection system
EP3376216A1 (en) Method for eddy-current testing of electrically conductive objects and device for realizing said method
RU2629711C1 (en) Device for eddy current test of metallic non-magnetic objects
EP0165051A2 (en) Color display of related parameters
Malikov et al. Subminiature eddy-current transducers for conductive materials research
US5184071A (en) Non-destructive eddy current test device using additive flux substractive flux switching
RU2647991C1 (en) Metal detector
Goldshtein et al. A method of eddy-current flaw detection of bars and tubes based on the use of a combined eddy-current transducer with excitation of spatial magnetic-field components at different frequencies
KR20150143200A (en) Measurement apparatus and measurement method of phase angle for electrical conductivity meter of metals
Jonker et al. Automated system for noise-measurements on low-ohmic samples and magnetic sensors
RU2559796C2 (en) Universal eddy current pulse metals detector
KR101173760B1 (en) Detection method of eddy current signal of small amplitude
RU2381516C1 (en) Hysteresis loop recorder
SU901951A1 (en) Device for measuring magnetic field parameters
SU789731A1 (en) Apparatus for nondestructive eddy-current monitoring
Yakimov et al. Data Processing at the Flaw Detector with Combined Multisector Eddy-Current Transducer
SU998937A1 (en) Electromagnetic method of measuring non-magnetic material conductance and device for applying thereof
Sikora et al. The use of fractional order derivatives for eddy current non-destructive testing
SU1363052A1 (en) Device for eddy-current check of materials and articles
RU155169U1 (en) VORTEX CONTROL DEVICE
SU1742751A1 (en) Method of determination of uniform cable electric length
JP2017125719A (en) Signal detection device having multiple sensors
SU1613941A1 (en) Method of checking parameter of electric conducting layer

Legal Events

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

Effective date: 20190428