RU2743907C1 - Eddy-current converter for quality control of carbon fiber-reinforced plastic objects - Google Patents
Eddy-current converter for quality control of carbon fiber-reinforced plastic objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743907C1 RU2743907C1 RU2020124036A RU2020124036A RU2743907C1 RU 2743907 C1 RU2743907 C1 RU 2743907C1 RU 2020124036 A RU2020124036 A RU 2020124036A RU 2020124036 A RU2020124036 A RU 2020124036A RU 2743907 C1 RU2743907 C1 RU 2743907C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- exciting
- measuring
- coils
- active
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates
Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля качества углепластиковых объектов.The invention relates to non-destructive testing and can be used to control the quality of carbon fiber objects.
Уровень техникиState of the art
Углепластиковые объекты, как правило, содержат несколько однонаправленных слоев из углеродных волокон, соединенных между собой компаундами на основе эпоксидной смолы. От слоя к слою направление углеродных волокон изменяется и составляет для различных типов углепластиков угол от 30° до 90°, что обеспечивает их прочность в различных направлениях.CFRP objects typically contain multiple unidirectional layers of carbon fibers bonded together with epoxy resin compounds. From layer to layer, the direction of carbon fibers changes and makes an angle from 30 ° to 90 ° for different types of CFRPs, which ensures their strength in different directions.
При вихретоковом контроле углепластиковых объектов имеется возможность раздельного получения информации о параметрах их слоев, ориентированных в общем направлении. Для этого применяются вихретоковые преобразователи с прямоугольными возбуждающими катушками индуктивности, плоскость витков которых ортогональна рабочему торцу преобразователя.With eddy current testing of carbon fiber objects, it is possible to separately obtain information about the parameters of their layers oriented in a common direction. For this, eddy-current transducers with rectangular exciting inductance coils are used, the plane of the turns of which is orthogonal to the working end of the transducer.
Из уровня техники [Сясько В.А., Чертов Д.Н. Выявление расслоений углепластиковых материалов с использованием тангенциальных вихретоковых преобразователей / В мире неразрушающего контроля, 2012, №2(56), с. 19-21] известен вихретоковый преобразователь, содержащий возбуждающую и вложенную в нее измерительную прямоугольные катушки индуктивности, с витками, ортогональными рабочему торцу преобразователя и проводниками одной из сторон обеих катушек, прилегающих к рабочему торцу. Известный вихретоковый преобразователь содержит также вторую возбуждающую катушку, соединенную последовательно с первой, и компенсационную катушку, соединенную последовательно с измерительной. Вторая возбуждающая и компенсационная катушки идентичны первой возбуждающей и измерительной катушке соответственно и имеют между собой такую же электромагнитную связь, как первая возбуждающая катушка и измерительная. Вторая возбуждающая и компенсационная катушки размещены в зоне, исключающей их электромагнитное взаимодействие с контролируемым объектом, а также с первой возбуждающей и измерительной катушками.From the prior art [Syasko V.A., Chertov D.N. Revealing delamination of carbon fiber materials using tangential eddy current transducers / In the world of non-destructive testing, 2012, No. 2 (56), p. 19-21] known eddy-current transducer containing exciting and embedded in it measuring rectangular inductance coils, with turns orthogonal to the working end of the converter and conductors of one of the sides of both coils adjacent to the working end. The known eddy-current transducer also contains a second driving coil connected in series with the first one, and a compensation coil connected in series with the measuring one. The second drive and bucking coils are identical to the first drive and pickup coils, respectively, and have the same electromagnetic coupling to each other as the first drive and pickup coils. The second exciting and compensating coils are placed in a zone that excludes their electromagnetic interaction with the controlled object, as well as with the first exciting and measuring coils.
Недостаток известного вихретокового преобразователя состоит в том, что его чувствительность и глубина контроля ниже потенциально достижимых, а габариты - больше.The disadvantage of the known eddy-current transducer is that its sensitivity and control depth are lower than potentially achievable, and the dimensions are larger.
Чувствительность известного вихретокового преобразователя ниже потенциально достижимой из-за недостаточно высоко уровня его компенсации. Это связано с тем, что в нем для компенсации начального напряжения, возникающего без взаимодействия с контролируемым объектом, используется компенсационная катушка. При этом уровень компенсации вихретокового преобразователя зависит от идентичности измерительной и компенсационной катушек. Как показывает практика, изготовить полностью идентичные катушки индуктивности, характеризующиеся активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью, не удается. Реально они отличаются по регистрируемому вихретоковому сигналу на величину нескольких процентов, что сопоставимо с уровнем подлежащих регистрации изменений вихретокового сигнала при контроле углепластиков. Кроме того, из-за необходимости исключить электромагнитную связь компенсационной катушки с контролируемым объектом и первой возбуждающей катушкой компенсационная катушка должна размещаться на значительном расстоянии относительно измерительной. Проводники, соединяющие измерительную и компенсационную катушки, образуют контур, который находится в электромагнитном поле и в котором наводится паразитная ЭДС.The sensitivity of the known eddy current transducer is lower than potentially achievable due to the insufficiently high level of its compensation. This is due to the fact that it uses a compensation coil to compensate for the initial voltage that occurs without interaction with the controlled object. In this case, the level of compensation of the eddy-current transducer depends on the identity of the measuring and compensation coils. As practice shows, it is not possible to manufacture completely identical inductors, characterized by active resistance, inductance and capacitance. In reality, they differ in the registered eddy current signal by a few percent, which is comparable to the level of changes in the eddy current signal to be recorded when testing CFRPs. In addition, due to the need to exclude the electromagnetic coupling of the compensation coil with the controlled object and the first exciting coil, the compensation coil must be located at a considerable distance relative to the measuring one. The conductors connecting the measuring and compensating coils form a circuit that is in the electromagnetic field and in which the parasitic EMF is induced.
Глубина контроля при использовании известного вихретокового преобразователя ниже потенциально достижимой в связи с тем, что вихревые токи, возбуждаемые в контролируемом объекте током в проводниках возбуждающей катушки, прилегающих к рабочему торцу, ослабляются имеющими противоположное направление токами в дальних относительно торца проводниках возбуждающей катушки. Это приводит к необходимости увеличения высоты возбуждающей катушки, а, следовательно, и ее габаритов.The depth of control when using the known eddy-current transducer is lower than potentially achievable due to the fact that the eddy currents excited in the controlled object by the current in the conductors of the exciting coil adjacent to the working end are weakened by currents having the opposite direction in the conductors of the exciting coil distant from the end. This leads to the need to increase the height of the exciting coil, and, consequently, its dimensions.
Наиболее близок к предложенному по технической сущности вихретоковый преобразователь для контроля качества углепластиковых объектов, содержащий первую и вторую прямоугольные возбуждающие катушки индуктивности и вложенную в первую возбуждающую катушку прямоугольную измерительную катушку индуктивности, плоскости витков измерительной катушки и первой возбуждающей катушки ортогональны рабочему торцу преобразователя, активные стороны первой возбуждающей и измерительной катушек параллельны друг другу и прилегают к рабочему торцу, а противолежащие им пассивные стороны этих катушек удалены друг от друга, вторая возбуждающая катушка размещена между пассивными сторонами измерительной катушки и второй возбуждающей катушки с зазором относительно пассивной стороны измерительной катушки, равным зазору между активными сторонами первой возбуждающей и измерительной катушек [заявка на изобретение RU 2019123320 А, дата подачи: 24.07.2019 (положительное решение о выдаче патента от 13.01.2020)].The closest to the proposed in technical essence is an eddy-current transducer for quality control of carbon-fiber objects, containing the first and second rectangular exciting inductors and a rectangular measuring inductance coil embedded in the first exciting coil, the planes of the turns of the measuring coil and the first exciting coil are orthogonal to the working end of the converter, the active sides exciting and measuring coils are parallel to each other and adjoin the working end, and the opposite passive sides of these coils are remote from each other, the second exciting coil is placed between the passive sides of the measuring coil and the second exciting coil with a gap relative to the passive side of the measuring coil, equal to the gap between the active by the parties of the first exciting and measuring coils [application for invention RU 2019123320 A, filing date: 07.24.2019 (positive decision on the grant of a patent dated 01.13.2020)].
В наиболее близком вихретоковом преобразователе по обоим активным проводникам протекают токи одинакового направления. Это обеспечивает увеличение глубины контроля, так как возбуждаемые обоими активными проводниками вихревые токи имеют одинаковое направление. При этом создаваемые активными проводниками через витки измерительной катушки магнитные потоки направлены встречно. Это позволяет сбалансировать преобразователь путем регулировки соотношения токов в активных проводниках.In the closest eddy current transducer, currents of the same direction flow through both active conductors. This provides an increase in the depth of control, since the eddy currents excited by both active conductors have the same direction. In this case, the magnetic fluxes created by the active conductors through the turns of the measuring coil are directed oppositely. This allows the converter to be balanced by adjusting the ratio of the currents in the active conductors.
Недостаток указанного преобразователя состоит в недостаточной стабильности, что связано с необходимостью использования токов различной амплитуды и фазы в его возбуждающих катушках. Это вызвано тем, что с витками измерительной катушки сцеплены еще и дополнительные магнитные потоки, создаваемые боковыми и пассивными проводниками возбуждающих катушек. Дополнительные магнитные потоки суммируются с магнитными потоками активного проводника, расположенного со стороны рабочего торца преобразователя. Это приводит к разбалансу вихретокового преобразователя при равенстве токов в возбуждающих катушках. Необходимость создания двух разных токов в возбуждающих катушках не только усложняет электронный блок соответствующего устройства вихретокового контроля, но и уменьшает стабильность из-за возможной вариации соотношения токов, например, под влиянием вариации температуры или других факторов.The disadvantage of this converter is insufficient stability, which is associated with the need to use currents of different amplitudes and phases in its exciting coils. This is due to the fact that additional magnetic fluxes created by the side and passive conductors of the exciting coils are also coupled to the turns of the measuring coil. Additional magnetic fluxes are added to the magnetic fluxes of the active conductor located on the side of the working end of the transducer. This leads to an imbalance in the eddy-current transducer when the currents in the drive coils are equal. The need to create two different currents in the drive coils not only complicates the electronic unit of the corresponding eddy current control device, but also reduces stability due to possible variation in the current ratio, for example, due to temperature variation or other factors.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении стабильности контроля и упрощении схемы подключения заявляемого преобразователя.The technical result of the present invention is to improve the stability of control and simplify the connection diagram of the proposed converter.
Указанный технический результат в вихретоковом преобразователе для контроля качества углепластиковых объектов, содержащем первую и вторую прямоугольные возбуждающие катушки индуктивности и вложенную в первую возбуждающую катушку прямоугольную измерительную катушку индуктивности, при этом плоскости витков измерительной катушки и первой возбуждающей катушки ортогональны рабочему торцу преобразователя, активные стороны первой возбуждающей и измерительной катушек параллельны друг другу и прилегают к рабочему торцу преобразователя, вторая возбуждающая катушка размещена между пассивной стороной измерительной катушки, параллельной ее активной стороне, и пассивной стороной первой возбуждающей катушки, параллельной ее активной стороне, с зазором d относительно пассивной стороны измерительной катушки, равным зазору d между активными сторонами первой возбуждающей и измерительной катушек, достигается благодаря тому, что он снабжен третьей прямоугольной возбуждающей катушкой, вложенной во вторую, причем одна из сторон третьей возбуждающей катушки прилегает к пассивной стороне второй возбуждающей катушки, а противолежащая ей сторона третьей возбуждающей катушки находится на расстоянии С от пассивной стороны измерительной катушки, все возбуждающие катушки соединены последовательно, а первая и вторая возбуждающие катушки включены согласно относительно измерительной катушки.The specified technical result in an eddy current transducer for quality control of carbon fiber objects, containing the first and second rectangular exciting inductors and a rectangular measuring inductor nested in the first exciting coil, while the planes of the turns of the measuring coil and the first exciting coil are orthogonal to the working end of the converter, the active sides of the first exciting and the measuring coils are parallel to each other and adjoin the working end of the converter, the second exciting coil is placed between the passive side of the measuring coil, parallel to its active side, and the passive side of the first exciting coil, parallel to its active side, with a gap d relative to the passive side of the measuring coil equal to the gap d between the active sides of the first exciting and measuring coils is achieved due to the fact that it is equipped with a third rectangular exciting coil embedded in the second, n Note that one side of the third drive coil is adjacent to the passive side of the second drive coil, and the opposite side of the third drive coil is located at a distance C from the passive side of the pickup coil, all drive coils are connected in series, and the first and second drive coils are connected according to the pickup coil.
Рекомендуется размеры и положение проводников возбуждающих катушек выбирать из соотношений:It is recommended to choose the dimensions and position of the conductors of the exciting coils from the ratios:
3<B2/Bи<4,3 <B 2 / B and <4,
2,5<С/Bи<3,2,2.5 <C / B and <3.2,
где В2 - расстояние между активным и пассивным проводниками второй возбуждающей катушки, Ви - расстояние между активным и пассивным проводниками измерительной катушки, С - расстояние между ближними к измерительной катушке проводниками второй и третьей возбуждающих катушек.where B 2 is the distance between the active and passive conductors of the second exciting coil, B and is the distance between the active and passive conductors of the measuring coil, C is the distance between the conductors of the second and third exciting coils closest to the measuring coil.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
На фиг. 1 схематично представлен заявляемый вихретоковый преобразователь.FIG. 1 schematically shows the inventive eddy current transducer.
На фиг. 2 приведена зависимость взаимной индуктивности M24 между измерительной катушкой 4 и второй возбуждающей катушкой 2 от изменения расстояния В2 между активными и пассивными проводниками второй возбуждающей катушки 2.FIG. 2 shows the dependence of the mutual inductance M 24 between the
На фиг. 3 и на фиг. 4 приведены зависимости нормированной взаимной индуктивности М34 между измерительной катушкой 4 и третьей возбуждающей катушкой 3 от изменения расстояния В3 между активными и пассивными проводниками третьей возбуждающей катушки 3.FIG. 3 and in FIG. 4 shows the dependences of the normalized mutual inductance M 34 between the
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Заявляемый вихретоковый преобразователь для контроля качества углепластиковых объектов содержит прямоугольные возбуждающие катушки 1-3 индуктивности и прямоугольную измерительную катушку 4 индуктивности. Плоскости витков измерительной катушки 4 и возбуждающих катушек 1-3 ортогональны рабочему торцу преобразователя, размещаемого в процессе контроля параллельно поверхности контролируемого углепластикового объекта 5. Активная сторона 1.1 первой возбуждающей катушки 1 и активная сторона 4.1 измерительной катушки 4 параллельны друг другу и прилегают к рабочему торцу преобразователя. Вторая возбуждающая катушка 2 размещена между пассивной стороной 4.2 измерительной катушки 4, параллельной ее активной стороне 4.1, и пассивной стороной 1.2 первой возбуждающей катушки 1, параллельной ее активной стороне 1.1, с зазором d относительно пассивной стороны 4.2 измерительной катушки 4, равным зазору d между активной стороной 1.1 первой возбуждающей катушки 1 и активной стороной 4.1 измерительной катушки 4. Прямоугольная третья возбуждающая катушка 3 вложена во вторую возбуждающую катушку 2. Одна ее сторона 3.2 прилегает к пассивным сторонам 1.2 и 2.2 соответственно первой и второй возбуждающих катушек 1 и 2, а другая ее сторона 3.1, противолежащая стороне 3.2, находится на расстоянии С=В2-В3 от пассивной стороны 2.1 второй возбуждающей катушки 2, где В2 и В3 - расстояния между активной и пассивной сторонами второй и третьей возбуждающих катушек 2 и 3 соответственно.The inventive eddy current transducer for quality control of carbon fiber objects contains rectangular exciting inductors 1-3 and a
Заявляемый вихретоковый преобразователь работает следующим образом. Активные проводники 1.1 и 2.1 соответственно первой и второй возбуждающих катушек 1 и 2 создают рабочие магнитные потоки, возбуждающие в контролируемом углепластиковом объекте 5 вихревые токи одного направления. Пассивные проводники 1.2 и 2.2 этих катушек возбуждают в контролируемом углепластиковом объекте 5 вихревые токи, направленные встречно вихревым токам, созданным активными проводниками 1.1 и 2.1, уменьшая чувствительность контроля. Кроме того, магнитные поля токов в проводниках 1.2 и 2.2 нарушают симметрию магнитного поля относительно продольной оси измерительной катушки 4, что является одной из причин разбалансировки вихретокового преобразователя. Эти эффекты уменьшаются с увеличением расстояния В2 и связанного с ним расстояния В1. Однако при этом увеличиваются площади витков первой и второй возбуждающих катушек 1 и 2, что приводит к увеличению габаритов преобразователя и уменьшению его резонансной частоты, ограничивающей рабочую частоту. Увеличение позитивного эффекта с ростом В2 становится малозаметным при стабилизации величины взаимной индуктивности М42 между измерительной катушкой 4 и второй возбуждающей катушкой 2.The inventive eddy current transducer operates as follows. Active conductors 1.1 and 2.1, respectively, of the first and second
На этапе настройки преобразователя осуществляется его балансировка, т.е. минимизация начального напряжения U0, возникающего за счет суммарного магнитного потока Ф0, создаваемого всеми возбуждающими катушками 1-3 и сцепленного с измерительной катушкой 4. Для этого первая и вторая возбуждающие катушки 7 и 2 соединяются последовательно - встречно относительно измерительной катушки 4 и подключаются к источнику переменного тока с частотой f, соответствующей рабочей частоте вихретокового преобразователя, а измерительная катушка 4 подключается к измерительному прибору, например, осциллографу. Магнитные потоки Ф1.1 и Ф2.1, сцепленные с измерительной катушкой 4 и создаваемые токами I 1 и I 2 в проводниках 1.1 и 2.1 соответственно, направлены встречно. Отметим, что при последовательном соединении первой, второй и третьей возбуждающих катушек 1, 2 и 3 по ним протекает один и тот же ток, т.е. I 1=I 2=I 3, но для удобства изложения токи, протекающие по проводникам разных катушек, будем указывать с разными индексами. Теоретически возможно, что Ф1.1=Ф2.1 при наличии полной симметрии положения проводников 1.1 и 2.1 относительно измерительной катушки 4. Однако и в этом случае преобразователь не будет сбалансирован, так как на измерительную катушку 4 воздействуют и магнитные потоки Ф1.2, Ф1.3, Ф1.4, и Ф2.2 токов, протекающих по проводникам 1.2, 1.3, 1.4 и 2.2 соответственно. Все указанные магнитные потоки суммируются с магнитным потоком Ф1.1, так как имеют одинаковое с ним направление через площадь витков измерительной катушки 4.At the stage of setting up the converter, its balancing is carried out, i.e. minimization of the initial voltage U 0 arising due to the total magnetic flux Ф 0 created by all exciting coils 1-3 and coupled to the
Частично уровень балансировки может быть повышен за счет превышения числа витков W2 второй возбуждающей катушки 2 над витками W1 первой возбуждающей катушки 1. Для этого экспериментально подбирается число витков W2, при котором начальное напряжение U 0 на измерительной катушке 4 минимально. Практически это делается путем намотки избыточного числа витков W2 с последующей их отмоткой при одновременной регистрации напряжения на выводах катушки измерительной 4. Таким образом удается уменьшить величину U0 до напряжения порядка 0,5Uв, где Uв - напряжение, наводимое в измерительной катушке 4 магнитным полем одного витка второй возбуждающей катушки 2.In part, the balancing level can be increased by exceeding the number of turns W 2 of the second
Такой уровень балансировки явно недостаточен, так как составляет величину порядка 1/W2. При контроле углепластиковых объектов из-за низкой удельной электрической проводимости ауглепластика применяются частоты мегагерцового диапазона. В связи с этим число витков в катушках обычно не превышает 20, так как ограничено резонансными явлениями. Следовательно, уровень балансировки составит величину порядка 10-2…10-1 от напряжения, наводимого в измерительной катушке 4 при воздействии на нее одной из возбуждающих катушек. При контроле углепластиковых объектов, как правило, требуется регистрировать изменения вихретоковых сигналов на два порядка меньше, что достаточно сложно при данном уровне балансировки и требует применения дополнительных электронных компенсаторов в блоке обработки сигнала. Это приводит к ухудшению стабильности измерений и, в конечном результате, к уменьшению пороговой чувствительности.This level of balancing is clearly insufficient, since it is on the order of 1 / W 2 . When inspecting CFRP objects, the frequencies of the megahertz range are used due to the low electrical conductivity of augal-reinforced plastic. In this regard, the number of turns in the coils usually does not exceed 20, since it is limited by resonance phenomena. Consequently, the level of balancing will be on the order of 10 -2 ... 10 -1 of the voltage induced in the measuring
Для повышения уровня балансировки вихретокового преобразователя применяется дополнительная третья возбуждающая катушка 3. Положение и размеры третьей возбуждающей катушки 3 выбираются таким образом, чтобы путем изменения числа W3 ее витков можно было изменять амплитуду начального напряжения U 0 с дискретностью, как минимум, на порядок меньшей, чем при изменении числа витков второй возбуждающей катушки 2. Это достигается благодаря тому, что размеры возбуждающих катушек выбираются из соотношенийTo increase the level of balancing of the eddy current transducer, an additional third
где В2 - расстояние между активным 2.1 и пассивным 2.2 проводниками второй возбуждающей катушки 2, Ви - расстояние между активным 4.1 и пассивным 4.2 проводниками измерительной катушки 4, С - расстояние между ближними к измерительной катушке 4 проводниками 2.1 и 3.1 соответственной второй и третьей возбуждающих катушек 2 и 3.where B 2 is the distance between the active 2.1 and passive 2.2 conductors of the second
Соотношение (1) получено на основе анализа приведенного на фиг. 2 графика изменения взаимной индуктивности М24 между второй возбуждающей катушкой 2 и измерительной катушкой 4 при изменении расстояния между активным 2.1 и пассивным 2.2 проводниками второй возбуждающей катушки 2. Величина М24 вычислялась между двумя одновитковыми катушками с длиной Lв=50 мм второй возбуждающей катушки 2 и Lи=40 мм измерительной катушки 4. Расстояние Ви=10 мм, а расстояние В2 изменялось от 10 до 100 мм.Relation (1) was obtained on the basis of the analysis shown in FIG. 2 graph changes the mutual inductance M 24 between the second
Ток, протекающий по пассивным проводникам 1.2 и 2.2 первой и второй возбуждающих катушек 1 и 2, ослабляет рабочий магнитный поток активных проводников 1.1 и 2.1, что уменьшает плотность вихревых токов и глубину контроля. Следовательно, величина В2 должна выбираться такой, чтобы влияние пассивных проводников не было существенным. О влиянии пассивных проводников на рабочий магнитный поток можно судить по изменению взаимной индуктивности М24 между второй возбуждающей катушкой 2 и измерительной катушкой 4. Из фиг. 2 видно, что при выполнении условия 30 мм < В2 крутизна зависимости М24=М24(В2) заметно уменьшается, а при выполнении условия 40 мм < В2 - близко к насыщению. Увеличение В2 свыше 40 мм нецелесообразно, так как заметного ослабления влияния пассивных проводников при этом не происходит, а габариты катушки увеличиваются, что приводит к уменьшению ее резонансной частоты. Для обобщения удобно пользоваться нормированными по высоте Ви измерительной катушки геометрическими параметрами. Отсюда приходим к соотношению 3<В2/Ви<4.The current flowing through passive conductors 1.2 and 2.2 of the first and second
Величина С выбирается таким образом, чтобы путем изменения числа W3 ее витков можно было изменять амплитуду начального напряжения U 0 с дискретностью, как минимум, на порядок меньшей, чем при изменении числа витков второй возбуждающей катушки 2. Требуемая величина дискретности достигается путем уменьшения взаимной индуктивности на один виток М34 между третьей возбуждающей катушкой 3 и измерительной катушкой 4 по сравнению с взаимной индуктивностью на один виток М24 между второй возбуждающей катушкой 2 и измерительной катушкой 4.The value of C is chosen so that by changing the number W 3 of its turns it is possible to change the amplitude of the initial voltage U 0 with a discreteness of at least an order of magnitude less than when changing the number of turns of the second
Напряжения U 24 и U 34, наводимые в измерительной катушке 4 магнитным полем тока I в измерительной катушке 4 и третьей возбуждающей катушке 3, определяются выражениями:The voltages U 24 and U 34 induced in the measuring
Путем подбора числа витков второй возбуждающей катушки 2 можно гарантированно достичь разбаланса не хуже 0,5 Uв, где Uв - напряжение, наводимое в измерительной катушке 4 магнитным полем одного витка второй возбуждающей катушки 2.By selecting the number of turns of the second
Для этого перед подбором числа витков третьей возбуждающей катушки 3 выполняется ее фазировка, реализуемая следующим образом. Последовательно встречно - соединенные относительно измерительной катушки 4 первая, вторая возбуждающие катушки 7, 2 и соединенная последовательно с ними третья возбуждающая катушка 3 подключаются к источнику гармонического напряжения с рабочей частотой f преобразователя. Внешние выводы последовательно соединенных катушек 1-3 подключаются к осциллографу. В зависимости от фазы напряжения U 0 третья возбуждающая катушка 3 включается либо последовательно - согласно, если фаза U 0 совпадает с фазой напряжения U 42, наводимого в измерительной катушке 4 магнитным потоком второй возбуждающей катушки 2, либо последовательно - встречно, если напряжения U 0 и U 42 находятся в противофазе. Для выполнения правильного подключения последовательно с первой и второй возбуждающими катушками 1 и 2 подключается третья возбуждающая катушка 3, состоящая из одного витка, и регистрируется изменение амплитуды напряжения U 0. При уменьшении U 0 существующая фазировка третьей возбуждающей катушки 3 сохраняется, а при увеличении - изменяется на противоположную, для чего выводы третьей возбуждающей катушки 3 меняются местами. После подключения третьей возбуждающей катушки 3 осуществляется балансировка преобразователя путем изменения числа витков третьей возбуждающей катушки 3.To do this, before selecting the number of turns of the third
Таким образом, для того, чтобы обеспечить возможность балансировки преобразователя в худшем случае, при максимальном числе витков W3=W3mах третьей возбуждающей катушки 3 ее напряжение должно составлять 0,5Uв. Из этого условия следует соотношение:Thus, in order to allow the balancing inverter in the worst case, the maximum number of turns W 3 = W 3mah third
Следовательно, требуемая величина М34/М24 определяется выражением:Therefore, the required value of M 34 / M 24 is determined by the expression:
Путем пробных расчетов установлено, что при выборе W3mах≈2W2 и выполнении (6) площадь витков второй возбуждающей катушки 2 примерно вдвое превышает площадь витков третьей возбуждающей катушки 3. При этом резонансные частоты обеих катушек будут примерно одинаковы.By trial calculations, it was found that when choosing W 3mах ≈2W 2 and fulfilling (6), the area of the turns of the second
Таким образом, получаем:Thus, we get:
Как показывает практика W2≈1,1W1, где W1 - число витков первой возбуждающей катушки 1. Исходя из этого, с учетом возможной вариации отношения W2 и W1, определяем требуемое соотношение М34/М24 через параметры вихретокового преобразователя:As practice shows, W 2 ≈1.1W 1 , where W 1 is the number of turns of the first
Отношение М24 и М34 при изменении величины С приведена на фиг. 3.The ratio of M 24 and M 34 with a change in the value of C is shown in FIG. 3.
Число витков W1 первой возбуждающей катушки 1 для мегагерцевого диапазона обычно выбирается в диапазоне 10≤W1≤20. При этом возможный диапазон изменения М34/M24 составляет:The number of turns W 1 of the
Отношение М24 и М34 при изменении величины С в диапазоне от 1 мм до 39 мм при высоте В2=40 мм второй возбуждающей катушки, длинах измерительной катушки 4 Lи=40 мм и второй и третьей возбуждающих катушек 2 и 3 L2=L3=40 мм приведена на фиг. 3. Из приведенного графика видно, что интересен диапазон изменения, начиная от С=20 мм. Зависимость М34/М24=М34/М24(С) в данном диапазоне приведена на фиг. 4. Из него определяем, что величину отношения С/Ви для выполнения условия (9) следует выбирать в диапазоне:The ratio of M 24 and M 34 with a change in the value of C in the range from 1 mm to 39 mm with a height B 2 = 40 mm of the second exciting coil, the lengths of the measuring coil 4 L and = 40 mm and the second and third
В зависимости от фазы напряжения U 0 третья возбуждающая катушка 3 включается либо последовательно - согласно, если фаза U 0 совпадает с фазой напряжения U 42, наводимого в измерительной катушке 4 магнитным потоком второй возбуждающей катушки 2, либо последовательно - встречно, если напряжения U 0 и U 42 находятся в противофазе. Для выполнения правильного подключения последовательно с первой и второй возбуждающими катушками 1 и 2 подключается третья возбуждающая катушка 3, состоящая из одного витка и регистрируется изменение амплитуды напряжения U 0. При уменьшении U 0 существующая фазировка третьей возбуждающей катушки 3 сохраняется, а при увеличении - изменяется на противоположную, для чего выводы третьей возбуждающей катушки 3 меняются местами.Depending on the phase of the voltage U 0, the third
После балансировки вихретоковый преобразователь устанавливается на контролируемый углепластиковый объект 5. Для получения информации о слоях, ориентированных в определенном направлении плоскость витков катушек 1-4 преобразователя ориентируется по плоскости, параллельной выбранному направлению. О выполнении этого условия можно судить по регистрируемому локальному максимуму вихретокового сигнала. По величине полученного вихретокового сигнала судят о параметрах соответствующих слоев контролируемого участка, например, объемной доли углепластика в них или о расстоянии до слоев.After balancing, the eddy current transducer is installed on the controlled
По сравнению с прототипом (наиболее близким аналогом) заявляемый вихретоковый преобразователь обеспечивает более высокую стабильность контроля. Это связано с тем, что он позволяет достичь более высокий уровень балансировки без применения каких-либо регулирующих элементов, параметры которых могут изменяться, например, при вариации температуры. Высокий уровень балансировки обеспечивается применением одного и того же тока, протекающего по всем последовательно соединенным возбуждающим катушкам. Достигнутый уровень балансировки сохраняется при вариации рабочей частоты, так как балансировка осуществляется путем использования только индуктивных элементов, которые одинаковым образом изменяют свое сопротивление при вариации частоты. Упрощение схемы подключения вихретокового преобразователя достигается благодаря тому, что все его возбуждающие катушки соединены последовательно и, в отличие от прототипа, не требуется амплитудно-фазовая регулировка токов в отдельных возбуждающих катушках.Compared to the prototype (the closest analogue), the claimed eddy-current transducer provides higher control stability. This is due to the fact that it allows you to achieve a higher level of balancing without the use of any regulating elements, the parameters of which can change, for example, with temperature variations. A high level of balancing is ensured by using the same current flowing through all the series-connected drive coils. The achieved level of balancing is maintained when the operating frequency is varied, since balancing is carried out using only inductive elements, which change their resistance in the same way when the frequency changes. Simplification of the connection diagram of the eddy-current transducer is achieved due to the fact that all its exciting coils are connected in series and, unlike the prototype, no amplitude-phase adjustment of currents in separate exciting coils is required.
Таким образом, заявляемый вихретоковый преобразователь для контроля качества углепластиковых объектов, по сравнению с прототипом, обладает техническими преимуществами, связанными с более высокой стабильностью контроля и упрощенной схемой подключения.Thus, the inventive eddy current transducer for quality control of carbon fiber objects, in comparison with the prototype, has technical advantages associated with a higher stability of control and a simplified connection scheme.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124036A RU2743907C1 (en) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Eddy-current converter for quality control of carbon fiber-reinforced plastic objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124036A RU2743907C1 (en) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Eddy-current converter for quality control of carbon fiber-reinforced plastic objects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743907C1 true RU2743907C1 (en) | 2021-03-01 |
Family
ID=74857420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020124036A RU2743907C1 (en) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | Eddy-current converter for quality control of carbon fiber-reinforced plastic objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2743907C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1631398A1 (en) * | 1988-01-04 | 1991-02-28 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Nondestructine eddy-current checking method |
| WO2008091772A1 (en) * | 2007-01-23 | 2008-07-31 | The Boeing Company | Method and apparatus for detecting inconsistencies in fiber reinforced resin parts using eddy currents |
| DE102008056416A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-27 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Eddy current probe for use in non-conducting carrier i.e. plastic carrier of micro chip, has line coil arrangements including line coil arrays that are electrically connected with voltage source |
-
2020
- 2020-07-20 RU RU2020124036A patent/RU2743907C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1631398A1 (en) * | 1988-01-04 | 1991-02-28 | Киевский Институт Инженеров Гражданской Авиации Им.60-Летия Ссср | Nondestructine eddy-current checking method |
| WO2008091772A1 (en) * | 2007-01-23 | 2008-07-31 | The Boeing Company | Method and apparatus for detecting inconsistencies in fiber reinforced resin parts using eddy currents |
| DE102008056416A1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-27 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Eddy current probe for use in non-conducting carrier i.e. plastic carrier of micro chip, has line coil arrangements including line coil arrays that are electrically connected with voltage source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hayes et al. | Electrically modulated magnetoelectric AlN/FeCoSiB film composites for DC magnetic field sensing | |
| US9018887B2 (en) | Ultrasonic system controls, tool recognition means and feedback methods | |
| EP0211142A2 (en) | Device for measuring displacement | |
| US20090256555A1 (en) | Linear inductive position sensor | |
| JP2013124875A (en) | Current sensor | |
| JP5156432B2 (en) | Eddy current sample measurement method and eddy current sensor | |
| US7336069B2 (en) | Eddy current sensor and sensor coil for the same | |
| Das et al. | Control of magnetic and electric responses with electric and magnetic fields in magnetoelectric heterostructures | |
| CN112379315B (en) | Weak direct-current magnetic field measuring method suitable for magnetoelectric coupling sensor | |
| Fetisov et al. | Nonlinear converse magnetoelectric effects in a ferromagnetic-piezoelectric bilayer | |
| US7030626B2 (en) | High-frequency oscillation type proximity sensor | |
| US20240045010A1 (en) | Sensor element and device for authenticating a data carrier having a spin resonance feature | |
| Bichurin et al. | Magnetoelectric magnetometers | |
| US2856581A (en) | Magnetometer | |
| TWI467167B (en) | Electromagnetic coupling measurement device of self-excited oscillation type | |
| RU2743907C1 (en) | Eddy-current converter for quality control of carbon fiber-reinforced plastic objects | |
| US9989562B2 (en) | Sensor and method for electric current measurement | |
| Aguglia et al. | Laminated magnetic materials losses analysis under non-sinusoidal flux waveforms in power electronics systems | |
| CN111948438B (en) | Low-cost current sensor | |
| RU2733942C1 (en) | Eddy-current converter for quality control of carbon fiber-reinforced plastic objects | |
| RU2778621C1 (en) | Eddy current converter for quality control of carbon fiber objects | |
| Prieto et al. | Reducing hysteresis in magnetostrictive-piezoelectric magnetic sensors | |
| Lee et al. | Electric field in solenoids | |
| Ma et al. | Influence of metglas layer on nonlinear magnetoelectric effect for magnetic field detection by frequency modulation | |
| CN1174549C (en) | Inductive proximity sensor comprising oscillatory circuit with inductive reaction |