RU2747915C1

RU2747915C1 - Eddy-current converter

Info

Publication number: RU2747915C1
Application number: RU2020136120A
Authority: RU
Inventors: Григорий Евгеньевич Кибрик; Александр Анатольевич Бардин; Никита Владимирович Клочков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК»
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2021-05-17

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention is used for measuring physical and mechanical parameters of electrically conductive objects. The essence of the invention lies in the fact that the eddy-current converter contains a high-frequency generator, an eddy-current sensor, an alternating voltage converter of the circuit and a level-shaping amplifier, a source of a high-stable constant voltage, a high-resistance impedance, an analog-to-digital converter, an arithmetic logic device with a signal linearization function and a digital-to-analog converter, a high-stability DC voltage source is connected to a high-frequency generator, made in the form of an autonomous crystal oscillator of high-frequency and amplitude stable rectangular pulses, the output of the high-frequency generator is connected to the first high-impedance output, the second high-impedance output is connected to an eddy-current sensor that generates harmonic oscillations and to the input of the variable loop voltage into a direct current signal proportional to the measured parameter, consisting of a limiter amplifier made with the possibility of useful limitation of the signal amplitude, and the filter, while the amplifier-limiter, filter, amplifier-shaping levels, analog-to-digital converter, arithmetic logic device and digital-to-analog converter are connected in series.

EFFECT: invention is aimed at improving accuracy of measurements of physical and mechanical parameters of electrically conductive objects.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно устройствам электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для обнаружения поверхностных дефектов электропроводящих объектов, измерения толщины диэлектрических покрытий на электропроводном основании, оценки толщины металлизации на диэлектрическом основании, измерения линейных и угловых перемещений объектов, контроля перемещений и вибрации электропроводящих поверхностей, в том числе для анализа вибрации и мониторинга промышленных объектов, датчика оборотов и фазы, как бесконтактный выключатель, в качестве датчика наличия проводящего объекта [G01N27/90, G01В7/14; G01Н11/00].The invention relates to instrumentation, namely to devices for electrical measurements of non-electrical quantities and can be used to detect surface defects of electrically conductive objects, measure the thickness of dielectric coatings on an electrically conductive base, assess the thickness of metallization on a dielectric base, measure linear and angular displacements of objects, control movements and vibration of electrically conductive surfaces, including for the analysis of vibration and monitoring of industrial facilities, the speed sensor and phase, as a proximity switch, as a sensor for the presence of a conductive object [G01N27 / 90, G01B7 / 14; G01H11 / 00].

Известен СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ [RU 2185617, опубл.: 20.07.2002], содержащий коммутирующий элемент, выход которого соединен с входом вихретокового преобразователя, выход которого соединен с входом пикового детектора, задающий генератор, синхронизатор, преобразователь синусоиды в меандр, источник стабильного постоянного тока, выход которого соединен с первым входом первого коммутирующего элемента, и последовательно соединенные второй коммутирующий элемент, обнуляемый пиковый детектор, элемент выборки хранения, выход которого является выходом устройства, а второй вход соединен со вторым выходом синхронизатора, вход которого соединен с выходом задающего генератора, а первый выход соединен со вторыми входами первого коммутирующего элемента, обнуляемого пикового детектора и селектора, выход которого соединен со вторым входом коммутирующего элемента, вход которого соединен с выходом вихретокового преобразователя и с входом преобразователя синусоиды в меандр.A known METHOD OF VORTEX CONTROL AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION [RU 2185617, publ .: 20.07.2002], containing a switching element, the output of which is connected to the input of the eddy current transducer, the output of which is connected to the input of the peak detector, master oscillator, synchronizer, sinusoidal converter , a source of stable direct current, the output of which is connected to the first input of the first switching element, and a series-connected second switching element, a zeroing peak detector, a storage sampling element, the output of which is the output of the device, and the second input is connected to the second output of the synchronizer, the input of which is connected to the output of the master oscillator, and the first output is connected to the second inputs of the first switching element, the zeroing peak detector and the selector, the output of which is connected to the second input of the switching element, the input of which is connected to the output of the eddy-current converter and to the input of the sinusoidal converter in a meander.

Недостатками устройства аналога его низкие точность и чувствительность, обусловленные тем, что пиковым детектором измеряется амплитуда только одной полуволны затухающего звона контура. Амплитуда этой полуволны мала, а точность измерения пиковым детектором на высоких частотах невелика из-за нестабильностей амплитуд сигналов и длительностей синхроимпульсов. Для получения достаточной чувствительности возникает необходимость увеличения амплитуды сигнала и, соответственно, использования достаточно мощного источника тока, возбуждающего контур. Действительно, амплитуда первой полуволны колебаний контура U _max:The disadvantages of the analog device are its low accuracy and sensitivity, due to the fact that the peak detector measures the amplitude of only one half-wave of the damped ringing of the circuit. The amplitude of this half-wave is small, and the measurement accuracy of the peak detector at high frequencies is low due to instabilities of signal amplitudes and sync pulse durations. To obtain sufficient sensitivity, it becomes necessary to increase the signal amplitude and, accordingly, to use a sufficiently powerful current source that excites the circuit. Indeed, the amplitude of the first half-wave of the circuit oscillations U _max :

,

где - I – ток импульса, L и С – индуктивность и емкость контура. where - I - pulse current, L and C - inductance and capacitance of the circuit.

Значительные по величине скачки тока контура I приводят к дополнительным низкочастотным переходным процессам в цепях питания, которые накладываются на основные колебания контура и приводят к интерференционным наводкам, снижая точность измерений. Измерение только по одному полупериоду сигнала приводит к значительному усложнению аппаратной реализации устройства. Другим недостатком является дополнительная температурная нестабильность измерений, вызванная наличием в приемной цепи коммутирующих элементов, имеющих заметную температурную зависимость переходного сопротивления в открытом состоянии. Significant jumps in the current of the circuit I lead to additional low-frequency transients in the supply circuits, which are superimposed on the basic oscillations of the circuit and lead to interference pickups, reducing the measurement accuracy. Measuring only one half-cycle of the signal leads to a significant complication of the hardware implementation of the device. Another disadvantage is the additional temperature instability of measurements caused by the presence of switching elements in the receiving circuit with a noticeable temperature dependence of the transition resistance in the open state.

Наиболее близким по технической сущности является ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ [Инструкция по обслуживанию преобразователя вихревого тока 3300 фирмы Bently Nevada Corporation», USA, Nevada, 1989] для вихретокового измерения перемещений токопроводящих объектов, содержащий вихретоковый датчик перемещений, который входит в состав автогенератора переменного напряжения, преобразователь переменного напряжения датчика в пропорциональный измеряемому параметру сигнал постоянного тока и усилитель-формирователь уровней. The closest in technical essence is the VORTEX CONVERTER [Instructions for the maintenance of the eddy current transducer 3300 from Bently Nevada Corporation, USA, Nevada, 1989] for eddy current measurement of the displacements of conductive objects, containing an eddy current displacement transducer, which is part of an alternating voltage generator, an alternating current transducer sensor voltage into a direct current signal proportional to the measured parameter and an amplifier-shaping levels.

Основной технической проблемой прототипа являются высокие временная и температурная нестабильности и недостаточная точность измерений, обусловленные использованием автогенерации на LC-контуре, и повышенное энергопотребление, что вызывает необходимость принятия специальных защитных мер при установке вихретокового преобразователя во взрывоопасных зонах. The main technical problem of the prototype is high time and temperature instabilities and insufficient measurement accuracy due to the use of autogeneration on the LC-circuit, and increased power consumption, which necessitates taking special protective measures when installing an eddy-current transducer in hazardous areas.

В прототипе на контуре создается LC автогенератор, амплитуда и частота генерируемого напряжения которого зависят от расстояния до близко расположенной металлической поверхности контролируемого объекта. Однако известно, что у автогенераторов существует сильная зависимость генерируемой частоты и амплитуды выходного напряжения не только от положения контролируемой металлической поверхности, но и от температуры, напряжения питания, выходного напряжения, потребляемого тока и других параметров. Это приводит к значительной погрешности вихретокового метода измерений. Кроме того, при увеличении напряжения генерации возрастает потребляемый генератором ток. In the prototype, an LC autogenerator is created on the circuit, the amplitude and frequency of the generated voltage of which depend on the distance to the closely located metal surface of the controlled object. However, it is known that autogenerators have a strong dependence of the generated frequency and the amplitude of the output voltage not only on the position of the controlled metal surface, but also on temperature, supply voltage, output voltage, current consumption, and other parameters. This leads to a significant error in the eddy current measurement method. In addition, as the generation voltage increases, the current consumed by the generator increases.

Решаемой технической задачей является устранение недостатков прототипа.The technical problem to be solved is to eliminate the shortcomings of the prototype.

Техническим результатом изобретения является повышение класса точности измерений физико-механических параметров электропроводящих объектов .The technical result of the invention is to improve the accuracy class of measurements of physical and mechanical parameters of electrically conductive objects.

Эта задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом. Указанный технический результат достигается за счет того, что вихретоковый преобразователь, содержащий высокочастотный генератор, вихретоковый датчик, преобразователь переменного напряжения контура и усилитель-формирователь уровней, отличающийся тем, что содержит источник высокостабильного постоянного напряжения, высокоомный импеданс, аналого-цифровой преобразователь, арифметическое логическое устройство с функцией линеаризации сигнала и цифроаналоговый преобразователь, источник высокостабильного постоянного напряжения подключен к высокочастотному генератору, выполненному в виде автономного кварцевого генератора высокостабильных по частоте и амплитуде прямоугольных импульсов, выход высокочастотного генератора соединен с первым выводом высокоомного импеданса, второй вывод высокоомного импеданса соединен с вихретоковым датчиком, формирующим гармонические колебания и с входом преобразователя переменного напряжения контура в пропорциональный измеряемому параметру сигнал постоянного тока, состоящим из усилителя-ограничителя, выполненного с возможностью полезного ограничения амплитуды сигнала, и фильтра, при этом усилитель-ограничитель, фильтр, усилитель-формирователь уровней, аналого-цифровой преобразователь, арифметическое логическое устройство и цифроаналоговый преобразователь соединены последовательно.This problem is solved using the features specified in the claims in common with the prototype. The specified technical result is achieved due to the fact that an eddy-current converter containing a high-frequency generator, an eddy-current sensor, an AC voltage converter of the circuit and a level-shaping amplifier, characterized in that it contains a source of high-stable DC voltage, a high-resistance impedance, an analog-to-digital converter, an arithmetic logic device with a signal linearization function and a digital-to-analog converter, a high-stability DC voltage source is connected to a high-frequency generator made in the form of an autonomous crystal oscillator of high-frequency and amplitude-stable rectangular pulses, the output of the high-frequency generator is connected to the first high-impedance output, the second high-impedance output is connected to an eddy current sensor, generating harmonic oscillations and with the input of the AC voltage converter of the circuit into a DC signal proportional to the measured parameter, consisting of an amplifier-limiter, made with the possibility of useful limitation of the signal amplitude, and a filter, while the amplifier-limiter, filter, amplifier-shaping levels, analog-to-digital converter, arithmetic logic device and digital-to-analog converter are connected in series.

В частности, высокочастотный генератор, аналого-цифровой преобразователь, арифметическое логическое устройство и цифроаналоговый преобразователь выполнены на одном микроконтроллере.In particular, the high-frequency generator, the analog-to-digital converter, the arithmetic logic device and the digital-to-analog converter are implemented on the same microcontroller.

В частности, высокоомный импеданс выполнен в виде термостабильного конденсатора с нулевым температурным коэффициентом емкости.In particular, the high-resistance impedance is made in the form of a thermostable capacitor with zero temperature coefficient of capacitance.

В частности, усилитель-ограничитель выполнен на операционном усилителе.In particular, the limiting amplifier is based on an operational amplifier.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

На фиг.1 показана структурная схема вихретокового преобразователя. Figure 1 shows a block diagram of an eddy current transducer.

На фиг. 2 показана электрическая схема радиочастотного контура. FIG. 2 shows an electrical diagram of a radio frequency circuit.

На фигурах обозначено: 1 – источник питания, 2 – высокочастотный генератор, 3 – высокоомный импеданс, 4 – вихретоковый датчик, 5 – усилитель-ограничитель, 6 – низкочастотный фильтр, 7 – усилитель-формирователь уровней, 8 – аналого-цифровой преобразователь, 9 – арифметическое логическое устройство, 10 – цифроаналоговый преобразователь.The figures indicate: 1 - power supply, 2 - high-frequency generator, 3 - high-resistance impedance, 4 - eddy current sensor, 5 - amplifier-limiter, 6 - low-frequency filter, 7 - amplifier-level shaping, 8 - analog-to-digital converter, 9 - arithmetic logic device, 10 - digital-to-analog converter.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Вихретоковый преобразователь содержит источник питания 1 (см.Фиг.1), выполненный в виде высокостабильного источника питания. К питающим выходам источника питания 1 подключен высокочастотный генератор 2. Выход упомянутого генератора 2 подключен к высокоомному импедансу 3 (см.Фиг.2), другой вывод высокоомного импеданса 3 соединен с вихретоковым датчиком 4 и усилителем-ограничителем 5. Высокоомный импеданс 3 выполнен в виде термостабильного конденсатора с нулевым температурным коэффициентом емкости. The eddy-current converter contains a power supply 1 (see Figure 1), made in the form of a highly stable power supply. A high-frequency generator is connected to the power supply outputs 1. The output of the mentioned generator 2 is connected to a high-resistance impedance 3 (see Fig. 2), the other output of a high-resistance impedance 3 is connected to an eddy current sensor 4 and an amplifier-limiter 5. The high-resistance impedance 3 is made in the form thermostable capacitor with zero temperature coefficient of capacity.

Вихретоковый датчик 4 состоит из катушки индуктивности L₁ с сопротивлением потерь R₁, намотанной на торце диэлектрической шпильки, выполненной из полимера с низким температурным коэффициентом линейного расширения, соединительного радиочастотного кабеля и емкости С₁, которые образуют колебательный контур. The eddy current sensor 4 consists of an inductance coil L ₁ with a loss resistance R ₁ wound on the end of a dielectric pin made of a polymer with a low temperature coefficient of linear expansion, a connecting radio frequency cable and a capacitance C ₁ , which form an oscillatory circuit.

Усилитель-ограничитель 5 выполнен на высокочастотном быстродействующем операционном усилителе, функционирующем с входными и выходными сигналами в режиме «от питания до питания» и представляет собой усилитель, работающий в режиме с отсечкой отрицательных полуволн синусоидального напряжения.The amplifier-limiter 5 is made on a high-frequency high-speed operational amplifier operating with input and output signals in the "power-to-power" mode and is an amplifier operating in a mode with cutoff of negative half-waves of a sinusoidal voltage.

Выход усилителя-ограничителя 5 соединен с входом низкочастотного фильтра 6. The output of the amplifier-limiter 5 is connected to the input of the low-pass filter 6.

Выход низкочастотного фильтра 6 подключен к входу усилителя-формирователя 7, выход которого, соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 8. Выход аналого-цифрового преобразователя 8 через арифметическое логическое устройство 9 соединен с цифроаналоговым преобразователем 10. The output of the low-pass filter 6 is connected to the input of the amplifier-shaper 7, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 8. The output of the analog-to-digital converter 8 through the arithmetic logic device 9 is connected to the digital-to-analog converter 10.

Высокочастотный генератор 2, аналого-цифровой преобразователь 8, арифметическое логическое устройство 9 и цифроаналоговый преобразователь 10 выполнены на одном микроконтроллере.High-frequency generator 2, analog-to-digital converter 8, arithmetic logic device 9 and digital-to-analog converter 10 are made on the same microcontroller.

Вихретоковый преобразователь работает следующим образом. Eddy current transducer works as follows.

С источника питания 1 подают питание на высокочастотный генератор 2, частота прямоугольных импульсов которого определяется встроенным в него кварцевым резонатором (на фигурах не показан), а амплитуда – высокостабильным выходным напряжением источника питания 1. Амплитуда прямоугольного выходного напряжения высокочастотного генератора 2 имеет высокую долговременную стабильность, так как упомянутый генератор 2 запитан от высокостабильного источника питания 1, а амплитуда генерации всегда равна напряжению питания. Частота колебаний высокочастотного генератора 2 стабилизирована встроенным кварцевым резонатором, температурная стабильность которого на порядки выше термостабильности вихретокового датчика 4.From the power supply 1, power is supplied to the high-frequency generator 2, the frequency of the rectangular pulses of which is determined by the quartz resonator built into it (not shown in the figures), and the amplitude - by the highly stable output voltage of the power supply 1. The amplitude of the rectangular output voltage of the high-frequency generator 2 has high long-term stability, since the aforementioned generator 2 is powered from a highly stable power source 1, and the generation amplitude is always equal to the supply voltage. The oscillation frequency of the high-frequency generator 2 is stabilized by a built-in quartz resonator, the temperature stability of which is orders of magnitude higher than that of the eddy current sensor 4.

Изменение проводимости, вызванное приближением катушки индуктивности L₁ к металлической поверхности, вызывает максимальное изменение напряжения на вихретоковом датчике 4 при условии, если полный ток в цепи упомянутого датчика 4 не меняется по величине, что выполняется, если высокочастотный генератор 2 имеет высокое внутреннее сопротивление или, если связь вихретокового датчика 4 с упомянутым генератором 2, осуществляется через импеданс, который велик по сравнению с импедансом вихретокового датчика 4. The change in conductivity caused by the approach of the inductor L ₁ to the metal surface causes a maximum voltage change across the eddy current sensor 4 provided that the total current in the circuit of the said sensor 4 does not change in magnitude, which is performed if the high-frequency generator 2 has a high internal resistance or, if the connection of the eddy current sensor 4 with the said generator 2 is carried out through an impedance that is large compared to the impedance of the eddy current sensor 4.

Для выполнения этого условия сформированное высокочастотное напряжение прямоугольной формы с высокочастотного генератора 2 подают на высокоомный импеданс 3, выполненный в виде термостабильной емкости C₂, сопротивление которой на резонансной частоте вихретокового датчика 4 в несколько раз больше резонансного сопротивления упомянутого датчика 4. To fulfill this condition, the generated rectangular high-frequency voltage from the high-frequency generator 2 is fed to the high-resistance impedance 3, made in the form of a thermostable capacitance C ₂ , the resistance of which at the resonance frequency of the eddy current sensor 4 is several times greater than the resonance resistance of the said sensor 4.

Добротность вихретокового датчика 4 определяют как: The quality factor of the eddy current sensor 4 is determined as:

Q = C₁R₀ω, Q = C ₁ R ₀ ω,

где ω=1/√L₁C₁– резонансная частота, R₀– эквивалентное параллельное сопротивление потерь.where ω = 1 / √L ₁ C ₁ is the resonant frequency, R ₀ is the equivalent parallel loss resistance.

R₀ = (ωL₁)²/R₁ = R₁Q²,R ₀ = (ωL ₁ ) ² / R ₁ = R ₁ Q ² ,

где R₁- последовательно включенное сопротивление катушки индуктивности L₁. where R ₁ is the series-connected resistance of the inductor L ₁ .

Потери в конденсаторе С₁ не учитываются из-за их малости. The losses in the capacitor C ₁ is not taken into account because of their smallness.

Благодаря высокой добротности Q, в вихретоковом датчике 4 формируют напряжение формой, приближенной к синусоидальной.Due to the high quality factor Q, voltage is generated in the eddy current sensor 4 with a shape close to sinusoidal.

Стальная поверхность, находящаяся на расстоянии от катушки L₁ вихретокового датчика 4, приводит к существенному изменению его добротности Q при малом изменении его резонансной частоты. The steel surface located at a distance from the coil L _{1 of the} eddy current sensor 4 leads to a significant change in its quality factor Q with a small change in its resonant frequency.

При контроле перемещения изменение расстояния от вихретокового датчика 4 до контролируемого объекта приводит к изменению сопротивления и индуктивности, и, следовательно, и к изменению амплитуды высокочастотного напряжения U на контуре вихревого датчика 4, которое рассчитывают как:When controlling the movement, a change in the distance from the eddy-current sensor 4 to the controlled object leads to a change in resistance and inductance, and, therefore, to a change in the amplitude of the high-frequency voltage U on the circuit of the vortex sensor 4, which is calculated as:

U = U₀(1-

Q) = U₀ + U₁, U = U ₀ (1-

Q) = U ₀ + U ₁ ,

где U₁ - величина полезного сигнала, U₀ – напряжение на контуре вихретокового датчика 4 при резонансе в отсутствии металлического диска, R – эквивалентные активные потери, R₀ - эквивалентное сопротивление контура вихревого датчика 4 в отсутствии металлической поверхности, χ - магнитная восприимчивость, k- коэффициент заполнения, определяемый как отношение энергии радиочастотного поля, которая сосредоточена в объеме металлического диска, к полной энергии радиочастотного поля. where U ₁ is the value of the useful signal, U ₀ is the voltage on the circuit of the eddy-current sensor 4 at resonance in the absence of a metal disk, R is the equivalent active losses, R ₀ is the equivalent resistance of the circuit of the vortex sensor 4 in the absence of a metal surface, χ is the magnetic susceptibility, k - the filling factor, defined as the ratio of the energy of the radio-frequency field, which is concentrated in the volume of the metal disk, to the total energy of the radio-frequency field.

U₁=-

QU₀,U ₁ = -

QU ₀ ,

U₀=IR₀.U ₀ = IR ₀ .

Напряжение с выхода вихретокового датчика 4 подают на усилитель-ограничитель 5. Продетектированные полуволны поступают на низкочастотный фильтр 6, причем постоянная заряда t₃упомянутого фильтра 6 выбрана так, чтобы t₃ << T, где T – период колебаний, а постоянная разряда фильтра НЧ 6 находится в соотношении:The voltage from the output of the eddy current sensor 4 is fed to the amplifier-limiter 5. The detected half-waves are fed to the low-pass filter 6, and the charge constant t _{3 of the} said filter 6 is chosen so that t ₃ << T, where T is the oscillation period, and the discharge constant of the low-pass filter 6 is in the ratio:

T ≤ t_раз.< T_min,T ≤ t _times. <T _min ,

где T_min– минимальное время повторения измерений. where T _min is the minimum repetition time of measurements.

Это время определяют необходимой верхней частотой измерений.This time is determined by the required upper measurement frequency.

Полученное постоянное по величине напряжение усиливают усилителем-формирователем уровней 7, которым формируют необходимые значения напряжений таким образом, чтобы обеспечить оптимальный режим работы аналого-цифрового преобразователя 8. Полученное напряжение измеряют в аналого-цифровом преобразователе 8, линеаризуют в арифметическом логическом блоке 9, переводят вновь в аналоговую форму с помощью цифроаналогового преобразователя 10 и подают на выход. The resulting constant-magnitude voltage is amplified by a level-shaping amplifier 7, which generates the necessary voltage values in such a way as to ensure the optimal operation of the analog-to-digital converter 8. The resulting voltage is measured in the analog-to-digital converter 8, linearized in the arithmetic logic block 9, translated again into analog form using a digital-to-analog converter 10 and fed to the output.

По величине выходного сигнала определяют степень активных потерь в материале объекта, а, следовательно, необходимые физические параметры, например, расстояние до объекта, степень чистоты поверхности и др. The magnitude of the output signal determines the degree of active losses in the material of the object, and, consequently, the necessary physical parameters, for example, the distance to the object, the degree of surface cleanliness, etc.

Вихретоковый преобразователь, изготовленный в 2019 году в соответствии с приведенным выше описанием обеспечил высокую температурную стабильность и чувствительность измерений за счет существенного увеличения стабильности амплитуды и частоты колебаний высокодобротного LC-контура вихретокового датчика 4, обусловленных соединением упомянутого датчика 4 с высокочастотным генератором 2, имеющим высокую долговременную стабильность амплитуды выходного напряжения через высокоомный импеданс 3, сопротивлением, значительно превышающим сопротивление вихретокового датчика 4 и усилением с отсечкой отрицательных полуволн синусоидального напряжения, полученного на выходе вихретокового датчика 4 высокочастотным быстродействующим усилителем-ограничителем 5 с последующей фильтрацией сигнала низкочастотным фильтром 6 и формированием усилителем-формирователем уровней 7 напряжений, обеспечивающих оптимальный режим работы аналого-цифрового преобразователя 8, преобразующего сигнал для последующей линеаризации в цифровом арифметическом логическом блоке 9 и обратного преобразования в аналоговую форму цифроаналоговым преобразователем 10 для отображения результатов измерений.The eddy-current transducer manufactured in 2019 in accordance with the above description provided high temperature stability and measurement sensitivity due to a significant increase in the stability of the amplitude and frequency of oscillations of the high-Q LC circuit of the eddy current sensor 4 due to the connection of the said sensor 4 with the high-frequency generator 2, which has a high long-term stability of the amplitude of the output voltage through the high-resistance impedance 3, the resistance significantly exceeding the resistance of the eddy current sensor 4 and amplification with cutoff of negative half-waves of the sinusoidal voltage obtained at the output of the eddy current sensor 4 by a high-frequency high-speed amplifier-limiter 5, followed by filtering the signal by a low-frequency filter 6 and forming an amplifier-shaper levels of 7 voltages, providing the optimal mode of operation of the analog-to-digital converter 8, which converts the signal for subsequent linearization in a digital arithmetic logic unit 9 and inverse conversion to analog form by a digital-to-analog converter 10 to display the measurement results.

В результате измерений, проведенных описанным вихретоковым преобразователем получена линейная зависимость выходного напряжения от величины зазора между вихретоковым датчиком 4 и стальным диском с погрешностью в 5 микрон, а погрешность измерения расстояний в диапазоне температур вихретокового датчика 4 -60…+125°C составила не более 50 микрон, обусловленная температурным дрейфом индуктивности вихретокового датчика 4 и потерями на вихревые токи в металле контролируемого объекта, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Температурный дрейф измерения расстояний, обусловленный электронной схемой в диапазоне температур -40….+85°C, без учета дрейфа потерь катушки L₁ вихретокового датчика 4 и металлического объекта составил 10 мкм. As a result of measurements carried out by the described eddy current transducer, a linear dependence of the output voltage on the size of the gap between the eddy current sensor 4 and the steel disk with an error of 5 microns was obtained, and the error in measuring the distances in the temperature range of the eddy current sensor 4 -60 ... + 125 ° C was no more than 50 microns, due to the temperature drift of the inductance of the eddy current sensor 4 and the eddy current losses in the metal of the controlled object, the electrical resistance of which depends on the temperature. The temperature drift of the distance measurement caused by the electronic circuit in the temperature range of -40 ... + 85 ° C, excluding the drift of losses of the coil L _{1 of the} eddy current sensor 4 and the metal object was 10 μm.

Таким образом, за счет повышения временной и температурной стабильности и чувствительности измерений физико-механических параметров электропроводящих объектов решена задача, на которую направлено изобретение - повышение класса точности измерений.Thus, by increasing the temporal and temperature stability and sensitivity of measurements of the physical and mechanical parameters of electrically conductive objects, the problem is solved, to which the invention is directed - increasing the class of measurement accuracy.

Claims

1. An eddy-current converter containing a high-frequency generator, an eddy-current sensor, a circuit voltage converter and a level-shaping amplifier, characterized in that it contains a high-stable DC voltage source, a high-resistance impedance, an analog-to-digital converter, an arithmetic logic device with a signal linearization function and a digital-to-analog converter , a source of high-stability DC voltage is connected to a high-frequency generator, made in the form of an autonomous crystal oscillator of high-frequency and amplitude stable rectangular pulses, the output of the high-frequency generator is connected to the first output of the high-impedance impedance, the second output of the high-impedance is connected to the eddy-current sensor that generates harmonic oscillations and to the input of the converter the alternating voltage of the circuit into a direct current signal proportional to the measured parameter, consisting of an amplifier-limiter, made with possible useful limitation of the amplitude of the signal, and the filter, while the amplifier-limiter, filter, amplifier-shaper levels, analog-to-digital converter, arithmetic logic device and digital-to-analog converter are connected in series.

2. The converter according to claim 1, characterized in that the high-frequency generator, analog-to-digital converter, arithmetic logic device and digital-to-analog converter are made on the same microcontroller.

3. The converter according to claim 1, characterized in that the high-resistance impedance is made in the form of a thermostable capacitor with a zero temperature coefficient of capacitance.

4. The converter according to claim 1, characterized in that the amplifier-limiter is made on an operational amplifier.