RU2747916C1 - Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters - Google Patents

Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters Download PDF

Info

Publication number
RU2747916C1
RU2747916C1 RU2020136122A RU2020136122A RU2747916C1 RU 2747916 C1 RU2747916 C1 RU 2747916C1 RU 2020136122 A RU2020136122 A RU 2020136122A RU 2020136122 A RU2020136122 A RU 2020136122A RU 2747916 C1 RU2747916 C1 RU 2747916C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
circuit
radio
eddy
physical
Prior art date
Application number
RU2020136122A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Григорий Евгеньевич Кибрик
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК»
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 Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное предприятие «ТИК»
Priority to RU2020136122A priority Critical patent/RU2747916C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747916C1 publication Critical patent/RU2747916C1/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
    • 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
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • 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

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: electrically conductive objects.
SUBSTANCE: the invention can be used to measure displacement and vibration of electrically conductive objects, detect surface defects, measure the thickness of dielectric coatings on an electrically conductive base. The method of eddy-current measurement of physical and mechanical parameters consists in the fact that an eddy-current transducer made in the form of a radio-frequency circuit is placed in the control zone, high-frequency oscillations are formed in the said circuit, the alternating voltage of which is converted into a direct current signal proportional to the measured parameter, in this case, high-frequency sinusoidal oscillations in the radio-frequency circuit are formed by supplying high-frequency oscillations of arbitrary shape with high-stability amplitude and frequency from an external generator through a high-resistance impedance to the radio-frequency circuit of the eddy-current transducer; of the obtained constant voltage, the degree of active losses in the material is determined and the changes in the physical and mechanical parameters of the controlled object are judged.
EFFECT: improves the accuracy of measurement results.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для измерения перемещений и вибрации электропроводящих объектов, обнаружения поверхностных дефектов металлических объектов, измерения толщины диэлектрических покрытий на электропроводном основании, определения состава вещества объекта, оценки толщины металлизации на диэлектрическом основании, в качестве датчика наличия проводящего объекта, датчика оборотов и фазы, как бесконтактный выключатель и т.д. [G01N 27/90; G01B 7/14; G01H 11/00].The invention relates to instrumentation, namely to methods of electrical measurements of non-electrical quantities and can be used to measure displacements and vibrations of electrically conductive objects, detect surface defects of metal objects, measure the thickness of dielectric coatings on an electrically conductive base, determine the composition of the object, assess the thickness of metallization on a dielectric base, as a sensor for the presence of a conductive object, a speed and phase sensor, as a proximity switch, etc. [G01N 27/90; G01B 7/14; G01H 11/00].

Из уровня техники известен СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО КОНТРОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ [RU 2185617, опубл.: 20.07.2002], основанный на использовании вихретокового преобразователя в виде параллельного колебательного контура, который устанавливают в зоне контроля и периодически подключают к источнику питания для формирования в параллельном колебательном контуре собственных затухающих колебаний, по величине затухания которых судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта, отличающийся тем, что в качестве источника питания используют источник постоянного стабильного тока, который подключают к параллельному колебательному контуру и отключают от него после окончания переходного процесса, после чего величину затухания определяют путем выбора полупериода с максимальным изменением амплитуды, которая соответствует максимальной чувствительности к изменению параметров контролируемого объекта.From the prior art, there is a METHOD OF VORTEX CONTROL AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION [RU 2185617, publ .: 20.07.2002], based on the use of an eddy current transducer in the form of a parallel oscillatory circuit, which is installed in the control zone and periodically connected to a power source to form in parallel oscillatory circuit of natural damped oscillations, the damping value of which is judged on changes in the physical and mechanical parameters of the controlled object, characterized in that a constant constant current source is used as a power source, which is connected to a parallel oscillatory circuit and disconnected from it after the end of the transient process, after whereby the amount of attenuation is determined by choosing a half-period with a maximum change in amplitude, which corresponds to the maximum sensitivity to changes in the parameters of the controlled object.

Недостатком способа является его недостаточная точность, обусловленная тем, что выделение информативного параметра осуществляется путем измерения амплитуды полупериода одной синусоиды при помощи короткого импульса выборки-хранения, нестабильности временного положения и длительности которого приводят к дополнительным погрешностям. Измерение амплитудного значения всего лишь одной синусоиды также недостаточно точно вследствие нестабильности этого значения. Кроме того, переходные процессы, возникающие в электрических цепях при импульсном возбуждении контура, приводят к искажению основных колебаний и увеличивают погрешность измерений.The disadvantage of this method is its insufficient accuracy, due to the fact that the selection of the informative parameter is carried out by measuring the amplitude of the half-period of one sinusoid using a short sample-storage pulse, the instability of the temporal position and duration of which lead to additional errors. The measurement of the amplitude value of just one sinusoid is also not accurate enough due to the instability of this value. In addition, transient processes that occur in electrical circuits during pulsed excitation of the circuit lead to distortion of the fundamental oscillations and increase the measurement error.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ВИХРЕТОКОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ [Инструкция по обслуживанию преобразователя вихревого тока 3300 фирмы Bently Nevada Corporation», USA, Nevada, 1989], заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь перемещений в виде радиочастотного контура устанавливают в зоне контроля, формируют высокочастотные колебания в контуре при помощи автогенератора, переменное напряжение которых преобразуют в пропорциональный измеряемому параметру сигнал постоянного тока, по величине которого судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта.The closest in technical essence is the METHOD OF VORTEX MEASUREMENT [Instructions for maintenance of the eddy current transducer 3300 by Bently Nevada Corporation ", USA, Nevada, 1989], which consists in the fact that the eddy current displacement transducer in the form of a radio frequency circuit is installed in the control zone, forming high-frequency oscillations in the circuit with the help of an autogenerator, the alternating voltage of which is converted into a direct current signal proportional to the measured parameter, the value of which is used to judge changes in the physical and mechanical parameters of the controlled object.

Основной технической проблемой прототипа является высокие временная и температурная нестабильности и недостаточная точность измерений, характерные для всех способов, использующих автогенерацию на LC-контуре, и повышенное энергопотребление, что вызывает необходимость принятия специальных защитных мер при установке вихретокового датчика во взрывоопасных зонах.The main technical problem of the prototype is high time and temperature instabilities and insufficient measurement accuracy, characteristic of all methods using autogeneration on an LC circuit, and increased power consumption, which necessitates taking special protective measures when installing an eddy current sensor in hazardous areas.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the prototype.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности результатов измерений физико-механических параметров электропроводящих объектов.The technical result of the invention is to improve the accuracy of the measurement results of the physical and mechanical parameters of electrically conductive objects.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ вихретокового измерения физико-механических параметров, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь, выполненный в виде радиочастотного контура, размещают в зоне контроля, формируют в упомянутом контуре высокочастотные колебания, переменное напряжение которых преобразуют в пропорциональный измеряемому параметру сигнал постоянного тока, по величине сигнала судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта, отличающийся тем, что высокочастотные колебания синусоидальной формы в радиочастотном контуре формируют, подавая с внешнего генератора через высокоомный импеданс на радиочастотный контур вихретокового преобразователя высокочастотные колебания произвольной формы с высокостабильными амплитудой и частотой, полученные с контура высокочастотные колебания усиливают, детектируют, пропускают через фильтр низких частот, по величине полученного постоянного напряжения определяют степень активных потерь в материале и судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта.The specified technical result is achieved due to the fact that the method of eddy-current measurement of physical and mechanical parameters, which consists in the fact that an eddy-current transducer made in the form of a radio frequency circuit is placed in the control zone, high-frequency oscillations are formed in the said circuit, the alternating voltage of which is converted into proportional to the measured the parameter is a direct current signal, the magnitude of the signal is used to judge changes in the physical and mechanical parameters of the controlled object, characterized in that high-frequency sinusoidal oscillations in the radio-frequency circuit are formed by supplying high-frequency oscillations of arbitrary shape with high-stable amplitude from an external generator through a high-resistance impedance to the radio-frequency circuit of the eddy-current transducer and frequency, the high-frequency oscillations obtained from the circuit are amplified, detected, passed through a low-pass filter, the degree of active losses in the material and judge the changes in the physical and mechanical parameters of the controlled object.

В частности, в качестве высокоомного импеданса используют стабильную емкость, реактивное сопротивление которой на резонансной частоте радиочастотного контура на порядок больше сопротивления упомянутого контура.In particular, a stable capacitance is used as a high-resistance impedance, the reactance of which at the resonant frequency of the radio-frequency circuit is an order of magnitude greater than the resistance of the said circuit.

В частности, величину полезного сигнала на выходе вихретокового датчика определяют добротностью радиочастотного контура Q и коэффициентом заполнения катушки k.In particular, the value of the useful signal at the output of the eddy current sensor is determined by the quality factor of the radio frequency circuit Q and the duty cycle of the coil k.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

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

На фиг. 2 приведены эпюры выходного напряжения на выходе высокочастотного генератора.FIG. 2 shows the diagrams of the output voltage at the output of the high-frequency generator.

На фиг. 3 приведены эпюры напряжения на контуре вихретокового датчика.FIG. 3 shows the diagrams of the voltage on the circuit of the eddy current sensor.

На фиг. 4 приведены эпюры напряжения на выходе усилителя-ограничителя.FIG. 4 shows the voltage diagrams at the output of the limiter amplifier.

На фиг. 5 приведены эпюры напряжения на выходе низкочастотного фильтра.FIG. 5 shows the voltage diagrams at the output of the low-pass filter.

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 - арифметико-логическое устройство, 10 - цифро-аналоговый преобразователь, 11 - катушка индуктивности.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, 11 - inductor.

Осуществление изобретения.Implementation of the invention.

Вихретоковый контроль - один из методов неразрушающего контроля объектов из токопроводящих материалов, основанный на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем.Eddy current testing is one of the methods of non-destructive testing of objects made of conductive materials, based on the analysis of the interaction of an external electromagnetic field with the electromagnetic field of eddy currents induced in the test object by this field.

Вихретоковый преобразователь - устройство, состоящее из одной или нескольких индуктивных отметок, предназначенных для возбуждения в объекте контроля вихревых токов и преобразования зависящего от параметров объекта электромагнитного поля в сигнал преобразователя.Eddy current transducer - a device consisting of one or more inductive marks designed to excite eddy currents in the control object and convert an electromagnetic field depending on the parameters of the object into a transducer signal.

Сигнал вихретокового преобразователя - сигнал (э.д.с, напряжение или сопротивление преобразователя), несущий информацию о параметрах объекта контроля и обусловленный взаимодействием электромагнитного поля преобразователя с объектом контроля.Eddy current transducer signal - a signal (emf, voltage or resistance of the transducer) that carries information about the parameters of the controlled object and is caused by the interaction of the electromagnetic field of the transducer with the controlled object.

Добротность колебательного контура Q - характеристика, определяющая амплитуду и ширину амплитудно-частотной характеристики резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в контуре больше, чем потери энергии за один период колебаний.The quality factor of the oscillatory circuit Q is a characteristic that determines the amplitude and width of the amplitude-frequency characteristic of the resonance and shows how many times the energy reserves in the circuit are greater than the energy losses during one oscillation period.

Вихретоковый преобразователь, реализующий заявленный способ вихретокового измерения физико-механических параметров 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 на вход высокоомного импеданса 3, выход которого соединен с параллельным резонансным LC-контуром, образующим вихретоковый датчик 4 и усилителем-ограничителем 5.An eddy-current converter that implements the claimed method for eddy-current measurement of physical and mechanical parameters contains a power source 1 (see Fig. 1), made in the form of a highly stable power source. A high-frequency generator 2 is connected to the supply outputs of the power supply 1. The output of the said generator 2 is connected to the input of a high-impedance 3, the output of which is connected to a parallel resonant LC circuit forming an eddy current sensor 4 and an amplifier-limiter 5.

Высокоомный импеданс 3 выполнен в виде термостабильного конденсатора с нулевым температурным коэффициентом емкости.High-resistance impedance 3 is made in the form of a thermostable capacitor with zero temperature coefficient of capacitance.

Вихретоковый датчик 4 состоит из катушки индуктивности 11, соединительного радиочастотного кабеля и емкости, которые образуют колебательный контур, при этом катушка индуктивности намотана на торце диэлектрической шпильки, выполненной из полимера с низким температурным коэффициентом линейного расширения.Eddy current sensor 4 consists of an inductor 11, a connecting radio frequency cable and a capacitance, which form an oscillatory circuit, while the inductor is wound on the end of a dielectric pin made of a polymer with a low temperature coefficient of linear expansion.

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 со 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 ко входу усилителя-формирователя 7, выход которого, соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 8. Выход аналого-цифрового преобразователя 8 через арифметико-логическое устройство 9 соединен с цифро-аналоговым 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, арифметико-логическое устройство 9 и цифро-аналоговый 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.

Вихретоковое измерение физико-механических параметров осуществляют следующим образом.Eddy current measurement of physical and mechanical parameters is carried out as follows.

Сгенерированное в высокочастотном генераторе 2 переменное напряжение прямоугольной формы (см. Фиг. 2), амплитуда которого постоянна и равна напряжению питания упомянутого генератора 2, а частота колебаний стабилизирована резонатором (на фигурах не показан) с высокой температурной стабильностью, подают через высокоомный импеданс 3 на вихретоковый датчик 4 с индуктивностью L0 и емкостью C0.A rectangular AC voltage generated in the high-frequency generator 2 (see Fig. 2), the amplitude of which is constant and equal to the supply voltage of the said generator 2, and the oscillation frequency is stabilized by a resonator (not shown in the figures) with high temperature stability, is fed through a high-resistance impedance 3 to eddy current sensor 4 with inductance L 0 and capacitance C 0 .

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

Q = C0R0ω,Q = C 0 R 0 ω,

где ω=1/√L0C0 - резонансная частота, а R0 - эквивалентное параллельное сопротивление потерь:where ω = 1 / √L 0 C 0 is the resonant frequency, and R 0 is the equivalent parallel loss resistance:

R0 = (ω L0)2/r = rQ2,R 0 = (ω L 0 ) 2 / r = rQ 2 ,

где r - последовательное сопротивление катушки индуктивности.where r is the series resistance of the inductor.

Потери в конденсаторе не учитывают вследствие их малости.Losses in the capacitor are not taken into account due to their smallness.

Благодаря высокой добротности контура Q вихретокового датчика 4 на его контуре формируют напряжение синусоидальной формы (см. Фиг. 3).Due to the high quality factor of the circuit Q of the eddy current sensor 4, a sinusoidal voltage is formed on its circuit (see Fig. 3).

Вихретоковый датчик 4 приближают к контролируемой металлической поверхности. Изменение проводимости, вызванное приближением катушки индуктивности 11 вихретокового датчика 4 к металлической поверхности, вызывает максимальное, за счет высокоомного импеданса 3 с внутренним сопротивлением превышающем резонансное сопротивление вихретокового датчика 4, изменение амплитуды напряжения на контуре вихретокового датчика 4.Eddy current sensor 4 is brought closer to the controlled metal surface. The change in conductivity caused by the approach of the inductance coil 11 of the eddy current sensor 4 to the metal surface causes the maximum, due to the high-resistance impedance 3 with an internal resistance exceeding the resonance resistance of the eddy current sensor 4, a change in the voltage amplitude on the circuit of the eddy current sensor 4.

Индуктивность катушки индуктивности 11 с учетом влияния магнитной восприимчивости χ металлического объекта, находящегося вблизи катушки индуктивности 11 контура определяют как:The inductance of the inductor 11, taking into account the influence of the magnetic susceptibility χ of the metal object located near the inductor 11 of the circuit, is determined as:

L=L0(1+4πχk),L = L 0 (1 + 4πχk),

где k - коэффициент заполнения, определяемый как отношение энергии радиочастотного поля, которая сосредоточена в объеме металлического объекта, к полной энергии радиочастотного поля.where k is the fill factor, defined as the ratio of the energy of the radio frequency field, which is concentrated in the volume of the metal object, to the total energy of the radio frequency field.

Для проводимости параллельного резонансного контура вихретокового датчика 4 получают выражение:For the conductivity of the parallel resonant circuit of the eddy current sensor 4, the expression is obtained:

Figure 00000001
Figure 00000001

Так как k << 1, и, если |4πχ|<1, то выражение для проводимости параллельного контура принимает вид:Since k << 1, and if | 4πχ | <1, then the expression for the conductivity of the parallel circuit takes the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

где R0 - эквивалентное сопротивление параллельного контура в отсутствие металлической поверхности.where R 0 is the equivalent resistance of the parallel circuit in the absence of a metal surface.

Напряжение на контуре вихретокового датчика 4 при резонансе в отсутствии металлического объекта равно:The voltage on the circuit of the eddy current sensor 4 at resonance in the absence of a metal object is equal to:

U0=IR0 U 0 = IR 0

Падение напряжения на контуре вихретокового датчика 4 определяют как:The voltage drop on the circuit of the eddy current sensor 4 is determined as:

U=IR, где R = 1/σ.U = IR, where R = 1 / σ.

Стальная пластина приводит, в основном, к существенному изменению добротности контура Q вихретокового датчика 4, при этом резонансная частота контура меняется незначительно. Исходя из этого регистрируемое изменение напряжения сигнала на контуре определяют как:The steel plate leads, basically, to a significant change in the Q-factor of the circuit Q of the eddy current sensor 4, while the resonant frequency of the circuit changes insignificantly. Based on this, the recorded change in the signal voltage on the circuit is determined as:

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, величину полезного сигнала на выходе вихретокового датчика 4 определяют добротностью контура Q и коэффициентом заполнения катушки k, то есть расстоянием до металлической пластины:Thus, the value of the useful signal at the output of the eddy current sensor 4 is determined by the quality factor of the circuit Q and the filling factor of the coil k, that is, by the distance to the metal plate:

Figure 00000004
Figure 00000004

Далее, напряжение U1 на выходе с контура вихретокового датчика 4 усиливают и детектируют усилителем-ограничителем 7. Further, the voltage U 1 at the output from the circuit of the eddy current sensor 4 is amplified and detected by the amplifier-limiter 7.

Продетектированные полуволны (см.Фиг. 4) пропускают через низкочастотный фильтр 6, причем постоянную заряда t3 упомянутого фильтра 6 выбирают так, чтобы t3 << T, где T - период колебаний, а постоянная разряда фильтра находится в следующем соотношении T ≤ tраз. < Tmin, где Tmin - минимальное время повторения измерений. The detected half-waves (see Fig. 4) are passed through a 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 filter discharge constant is in the following ratio T ≤ t time. <T min , where T min is the minimum repetition time of measurements.

Полученное на выходе низкочастотного фильтра 6 постоянное по величине напряжение (см. Фиг. 5) усиливают и формируют необходимые значения напряжений на усилителе-формирователе уровней 7. Полученный сигнал измеряют в аналого-цифровом преобразователе 8, линеаризуют в арифметико-логическом устройстве 9, переводят вновь в аналоговую форму с помощью цифро-аналогового преобразователя 10 и подают на выход. По величине выходного сигнала определяют степень активных потерь в материале объекта, а по ним, соответственно, расстояние до объекта, степень чистоты поверхности и другие физико-механические параметры.The voltage obtained at the output of the low-pass filter 6 (see Fig. 5) is amplified and the required voltage values are generated on the level-shaping amplifier 7. The resulting signal is measured in the analog-to-digital converter 8, linearized in the arithmetic-logic device 9, translated again into analog form using a digital-to-analog converter 10 and fed to the output. The magnitude of the output signal determines the degree of active losses in the material of the object, and according to them, respectively, the distance to the object, the degree of surface cleanliness and other physical and mechanical parameters.

Вихретоковый перобразователь, 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 цифро-аналоговым 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 cutting off the 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.

Линеаризация проводилась для расстояний 0,25-2,75 мм до поверхности стального диска, выполненного из стали марки 40х.Linearization was carried out for distances of 0.25-2.75 mm to the surface of a steel disk made of 40x steel.

Линеаризация проведена для расстояний 0,25…2,75 мм до поверхности стального диска, выполненного из стали марки 40х. В результате измерений, проведенных описанным способом, при котором формируют постоянным импульсным напряжением поданным через высокоомный импеданс высокочастотные колебания в контуре вихретокового датчика 4, формируют в упомянутом контуре высокочастотные колебания синусоидальной формы, размещают вихретоковый датчик 4 в зоне контроля, определяют величину изменения напряжение сигнала на контуре, вызванное изменением индуктивности катушки индуктивности 11 контура, полученный с контура сигнал усиливают, детектируют и пропускают через фильтр, получена линейная зависимость напряжения выходного полезного сигнала Ui от величины зазора между вихретоковым датчиком 4 и стальным диском с погрешностью ±5 микрон, а погрешность измерения расстояний в диапазоне температур вихретокового датчика 4 -60 - +125 градусов Цельсия составила не более 50 микрон, обусловленная температурным дрейфом катушки индуктивности 11 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 градусов Цельсия, без учета дрейфа потерь катушки индуктивности 11 вихретокового датчика 4 и металлического объекта составил не более 10 мкм.Linearization was carried out for distances of 0.25 ... 2.75 mm to the surface of a steel disc made of 40x steel. As a result of measurements carried out by the described method, in which high-frequency oscillations in the circuit of the eddy-current sensor 4 are formed by a constant pulse voltage supplied through a high-resistance impedance, high-frequency oscillations of a sinusoidal shape are formed in the said circuit, the eddy-current sensor 4 is placed in the control zone, the magnitude of the change in the signal voltage on the circuit is determined caused by a change in the inductance of the inductor 11 of the circuit, the signal received from the circuit is amplified, detected and passed through the filter, a linear dependence of the voltage of the output useful signal U i on the gap between the eddy current sensor 4 and the steel disk with an error of ± 5 microns, and the error in measuring the distances in the temperature range of the eddy current sensor 4 -60 - +125 degrees Celsius was no more than 50 microns, due to the temperature drift of the inductance coil 11 of the eddy current sensor 4 and losses due to eddy currents in the metal of the controlled object, e whose electrical resistance depends on temperature. The temperature drift of the distance measurement caused by the electronic circuit in the temperature range of -40 - +85 degrees Celsius, excluding the drift of the losses of the inductance coil 11 of the eddy current sensor 4 and the metal object was no more than 10 microns.

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 (3)

1. Способ вихретокового измерения физико-механических параметров, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь, выполненный в виде радиочастотного контура, размещают в зоне контроля, формируют в упомянутом контуре высокочастотные колебания, переменное напряжение которых преобразуют в пропорциональный измеряемому параметру сигнал постоянного тока, по величине сигнала судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта, отличающийся тем, что высокочастотные колебания синусоидальной формы в радиочастотном контуре формируют, подавая с внешнего генератора через высокоомный импеданс на радиочастотный контур вихретокового преобразователя высокочастотные колебания произвольной формы с высокостабильными амплитудой и частотой, полученные с контура высокочастотные колебания усиливают, детектируют, пропускают через фильтр низких частот, по величине полученного постоянного напряжения определяют степень активных потерь в материале и судят об изменениях физико-механических параметров контролируемого объекта.1. A method of eddy current measurement of physical and mechanical parameters, which consists in the fact that an eddy current transducer made in the form of a radio frequency circuit is placed in the control zone, high-frequency oscillations are formed in said circuit, the alternating voltage of which is converted into a direct current signal proportional to the measured parameter, in magnitude the signal is judged about changes in the physical and mechanical parameters of the controlled object, characterized in that high-frequency sinusoidal oscillations in the radio-frequency circuit are formed by supplying high-frequency oscillations of an arbitrary shape with high-stable amplitude and frequency obtained from the high-frequency circuit from an external generator through a high-impedance to the radio-frequency circuit of the eddy-current converter vibrations are amplified, detected, passed through a low-pass filter, by the value of the obtained constant voltage, the degree of active losses in the material is determined and changes in physical and mechanical parameters of the controlled object. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве высокоомного импеданса используют стабильную емкость, реактивное сопротивление которой на резонансной частоте радиочастотного контура на порядок больше сопротивления упомянутого контура.2. The method according to claim 1, characterized in that a stable capacitance is used as the high-resistance impedance, the reactance of which at the resonant frequency of the radio-frequency circuit is an order of magnitude greater than the resistance of said circuit. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину полезного сигнала на выходе вихретокового датчика определяют добротностью радиочастотного контура Q и коэффициентом заполнения катушки k.3. The method according to claim 1, characterized in that the value of the useful signal at the output of the eddy current sensor is determined by the quality factor of the radio frequency circuit Q and the duty cycle of the coil k.
RU2020136122A 2020-11-03 2020-11-03 Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters RU2747916C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136122A RU2747916C1 (en) 2020-11-03 2020-11-03 Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020136122A RU2747916C1 (en) 2020-11-03 2020-11-03 Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747916C1 true RU2747916C1 (en) 2021-05-17

Family

ID=75920014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020136122A RU2747916C1 (en) 2020-11-03 2020-11-03 Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747916C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1567967A1 (en) * 1985-01-02 1990-05-30 Предприятие П/Я А-3667 Eddy current method of nondestructive check of physicomechanical parameters
RU2339029C2 (en) * 2006-06-15 2008-11-20 ООО "ГлобалТест" Vortex-current control method
CN202420427U (en) * 2011-11-23 2012-09-05 西安思坦仪器股份有限公司 Signal detection system for electromagnetic thickness gauge
US8564399B2 (en) * 2006-06-23 2013-10-22 Aktiebolaget Skf Intrinsically safe vibration and condition monitoring system and the parts thereof
RU2577037C1 (en) * 2014-12-09 2016-03-10 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1567967A1 (en) * 1985-01-02 1990-05-30 Предприятие П/Я А-3667 Eddy current method of nondestructive check of physicomechanical parameters
RU2339029C2 (en) * 2006-06-15 2008-11-20 ООО "ГлобалТест" Vortex-current control method
US8564399B2 (en) * 2006-06-23 2013-10-22 Aktiebolaget Skf Intrinsically safe vibration and condition monitoring system and the parts thereof
CN202420427U (en) * 2011-11-23 2012-09-05 西安思坦仪器股份有限公司 Signal detection system for electromagnetic thickness gauge
RU2577037C1 (en) * 2014-12-09 2016-03-10 Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения Method for eddy current monitoring of thickness of composite materials on non-metal substrates and device therefor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201796013U (en) Electric eddy current metal material analysis sensor
Nopper et al. Wireless readout of passive LC sensors
CN103245819B (en) Magnetic excitation resonant piezoresistive cantilever beam is adopted to measure the method for DC current or DC voltage
CN107764346B (en) Method for operating a magnetic-inductive flow meter and magnetic-inductive flow meter
CN108534887B (en) Vibration measuring device based on graphene film displacement sensing
CN110231071A (en) A kind of liquid level emasuring device based on capacitance type sensor
CN113028965A (en) Giant magnetoresistance detection device of magnetostrictive displacement sensor
RU2747916C1 (en) Method for vortex measurement of physical and mechanical parameters
CN111504444B (en) Device and method for determining resonant frequency of giant magnetostrictive ultrasonic transducer
Ding et al. A novel PQCR-L circuit for inductive sensing and its application in displacement detection
CN101788611A (en) Resistivity measuring device and method
CN111649660A (en) Phase-locked amplification-based capacitive displacement measurement device and method
RU2747915C1 (en) Eddy-current converter
RU2371714C2 (en) Eddy current control method and device to this end
CN220137067U (en) Detection device for bottom of capacitor drum
CN201654133U (en) Resistivity measuring device
CN207662339U (en) A kind of eddy current displacement sensor sensitivity calibration device
RU2163350C2 (en) Meter of linear displacement
Owston A high frequency eddy-current, non-destructive testing apparatus with automatic probe positioning suitable for scanning applications
RU2185617C2 (en) Process of eddy-current inspection and device for its embodiment
CN116359332A (en) Detection device for bottom of capacitor drum
RU2073232C1 (en) Eddy current defectoscope and method for it tuning
CN85102388B (en) Eddy current mode displacement transducer with high precision and high sensitivity
KR920002179B1 (en) Method and apparatus for detecting flaw with eddy current
RU2305280C1 (en) Method of testing article