RU2755605C1 - Method for non-destructive testing of electrically conductive elements of cable - Google Patents

Method for non-destructive testing of electrically conductive elements of cable Download PDF

Info

Publication number
RU2755605C1
RU2755605C1 RU2020126638A RU2020126638A RU2755605C1 RU 2755605 C1 RU2755605 C1 RU 2755605C1 RU 2020126638 A RU2020126638 A RU 2020126638A RU 2020126638 A RU2020126638 A RU 2020126638A RU 2755605 C1 RU2755605 C1 RU 2755605C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cable
electrically conductive
conductive elements
control
electric field
Prior art date
Application number
RU2020126638A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Васильевич Брякин
Игорь Викторович Бочкарев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ)
Priority to RU2020126638A priority Critical patent/RU2755605C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755605C1 publication Critical patent/RU2755605C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measuring equipment and can be used for operational control of the technical condition of electrically conductive elements of an electric cable or wire. Substance: the controlled section of the cable and the reference section of the cable are impacted perpendicular to the longitudinal axes thereof by a directed alternating electric field when the sections are located in a common environment from a single alternating voltage source by means of spaced apart corresponding double-electrode cylindrical feedthrough capacitors with lumped capacitance with identical design parameters, exciting a wave physical process of polarisation of spin magnetic moments of free electrons at the resonant frequency in the electrically conductive elements of the cables. Induction EMF signals are formed by means of spaced apart working and additional induction sensors in form of feedthrough inductance coils, identical in design parameters. The real and imaginary components of the control and reference signals are measured by means of sets of corresponding identical synchronous and quadrature detectors synchronised by the frequency of the alternating electric field. The normalised difference values are determined between the real components and between the imaginary components of the reference and control signals. Prestart control of the physical and technical condition of the electrically conductive elements of the controlled cable is conducted according to the values of the normalised difference values.
EFFECT: simplification of the control procedure and reduction of labour intensity thereof.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного контроля технического состояния электропроводящих элементов электрического кабеля или провода.The invention relates to measuring technology and can be used for operational monitoring of the technical condition of electrically conductive elements of an electric cable or wire.

Известен способ бесконтактной дефектоскопии длинномерных электропроводящих объектов, заключающийся в том, что на продольно перемещающийся контролируемый длинномерный электропроводящий объект воздействуют перпендикулярно его продольной оси направленным физическим полем, регистрируют индукционным датчиком возбуждаемые в длинномерном немагнитном электропроводящем объекте физические процессы, используемые для определении места расположения дефекта, формируют и измеряют контрольный сигнал в виде ЭДС индукции, полученный контрольный сигнал подвергают обработке и осуществляют ранжирование дефекта посредством сравнения полученного результата измерения с соответствующими результатами, хранящимися в статистической базе данных, составленной по результатам измерения в образцах с искусственными дефектами в их электропроводящих элементах, причем в качестве направленного физического поля используют постоянное магнитное поле, создаваемое мощным постоянным магнитом, которым в электропроводящих элементах возбуждают вихревой ток, а жестко закрепленным напротив постоянного магнита индукционным датчиком измеряют напряжение, соответствующее изменению электромагнитного поля, наведенного указанным вихревым током [патент RU №2542624, С1, кл. G01B 7/06, 20.02.2015].There is a known method of non-contact flaw detection of long electrically conductive objects, which consists in the fact that a longitudinally moving controlled long electrically conductive object is affected perpendicular to its longitudinal axis by a directed physical field, physical processes excited in a long nonmagnetic electrically conductive object are recorded by an induction sensor and used to determine the location of a defect, and the control signal is measured in the form of an induction EMF, the obtained control signal is processed and the defect is ranked by comparing the obtained measurement result with the corresponding results stored in a statistical database compiled from the measurement results in samples with artificial defects in their electrically conductive elements, and as a directional physical fields use a constant magnetic field created by a powerful permanent magnet, which in an electrically conductive element x excite eddy current, and the induction sensor rigidly fixed opposite the permanent magnet measures the voltage corresponding to the change in the electromagnetic field induced by the specified eddy current [RU patent No. 2542624, C1, cl. G01B 7/06, 20.02.2015].

Недостатками данного способа являются низкая точность и чувствительность контроля, а также узкая область его применения.The disadvantages of this method are low accuracy and sensitivity of control, as well as a narrow area of its application.

Невысокие точность и чувствительность объясняются тем, что на величину наводимого вихревого тока существенно влияют величина и равномерность скорости перемещения объекта контроля, а также его поперечные колебания, вибрации и отклонения ориентации от плоскости, перпендикулярной магнитному полю. Кроме того, на результаты контроля будут сказываться пространственное положение контролируемого объекта относительно датчика. При этом указанные параметры в процессе контроля невозможно обеспечить полностью стабильными.The low accuracy and sensitivity are explained by the fact that the magnitude and uniformity of the speed of movement of the test object, as well as its transverse vibrations, vibrations and orientation deviations from the plane perpendicular to the magnetic field, significantly affect the magnitude of the induced eddy current. In addition, the results of the control will be affected by the spatial position of the controlled object relative to the sensor. At the same time, the specified parameters during the control process cannot be provided completely stable.

Узкая область применения известного способа объясняется тем, что он не позволяет осуществлять контроль технического состояния медных электропроводящих элементов большого диаметра, парамагнитных металлических проводников, а также электрических кабелей с многожильными немагнитными металлическими элементами.The narrow field of application of the known method is explained by the fact that it does not allow monitoring the technical condition of large diameter copper conductive elements, paramagnetic metal conductors, as well as electric cables with multicore non-magnetic metal elements.

Наиболее близким к заявляемому является способ дефектоскопии электропроводящих элементов кабеля, заключающийся в том, что на контролируемый участок кабель воздействуют перпендикулярно его продольной оси направленным переменным электрическим полем, за счет которого в электропроводящих элементах кабеля возбуждают волновой физический процесс поляризации спиновых магнитных моментов свободных электронов на резонансной частоте этой поляризации, формируют и измеряют посредством рабочего индукционного датчика контрольный сигнал в виде ЭДС индукции, создаваемой в электропроводящих элементах кабеля за счет указанного волнового физического процесса, полученный контрольный сигнал подвергают обработке и осуществляют ранжирование дефекта посредством сравнения полученного результата измерения с соответствующим эталонным сигналом, хранящимися в статистической базе данных, составленной по результатам измерения в образцах кабеля с искусственными дефектами в их электропроводящих элементах [патент RU №2701754, С1, кл. G01N 27/82, G01R 31/08, 01.10.2019].The closest to the claimed is a method of flaw detection of electrically conductive cable elements, which consists in the fact that the controlled section of the cable is affected perpendicular to its longitudinal axis by a directed alternating electric field, due to which a wave physical process of polarization of spin magnetic moments of free electrons at a resonant frequency is excited in the electrically conductive elements of the cable of this polarization, a control signal in the form of an EMF of induction created in the electroconductive elements of the cable due to the specified wave physical process is generated and measured by means of a working induction sensor, the obtained control signal is processed and the defect is ranked by comparing the obtained measurement result with the corresponding reference signal stored in a statistical database compiled from the results of measurements in cable samples with artificial defects in their electrically conductive elements [RU patent No. 270 1754, C1, cl. G01N 27/82, G01R 31/08, 01.10.2019].

Недостатками данного способа являются сложность и высокая трудоемкость его реализации. Это объясняется тем, что для создания статистической базы эталонных сигналов необходимо провести большое количество измерений, предварительно создав большое количество образцов кабеля с искусственными дефектами в их электропроводящих элементах. Кроме того, при переходе на дефектоскопию очередного типа кабеля с другими эксплуатационными характеристиками необходимо вновь проделать указанные измерения и загрузить их в статистическую базу данных, что существенно затрудняет и удлиняет процесс переналадки системы контроля. Повышенная трудоемкость объясняется также необходимостью постоянного учета влияния температуры или других внешних факторов на текущие параметры контролируемого кабеля и обеспечения тем самым помехоустойчивости системы контроля путем соответствующей дополнительной калибровки ее измерительных блоков в режиме реального времени.The disadvantages of this method are the complexity and high labor intensity of its implementation. This is due to the fact that in order to create a statistical base of reference signals, it is necessary to carry out a large number of measurements, having previously created a large number of cable samples with artificial defects in their electrically conductive elements. In addition, when switching to flaw detection of the next type of cable with different operational characteristics, it is necessary to make the indicated measurements again and load them into the statistical database, which significantly complicates and lengthens the process of changeover of the control system. The increased labor intensity is also explained by the need to constantly take into account the influence of temperature or other external factors on the current parameters of the monitored cable and thereby ensure the noise immunity of the monitoring system by corresponding additional calibration of its measuring units in real time.

Задачей изобретения является упрощение процедуры контроля и снижение ее трудоемкости.The objective of the invention is to simplify the control procedure and reduce its complexity.

Поставленная задача достигается тем, что в способе дефектоскопии электропроводящих элементов кабеля, заключающимся в том, что на контролируемый участок кабеля воздействуют перпендикулярно его продольной оси направленным переменным электрическим полем, за счет которого в электропроводящих элементах кабеля возбуждают волновой физический процесс поляризации спиновых магнитных моментов свободных электронов на резонансной частоте этой поляризации, формируют посредством рабочего индукционного датчика контрольный сигнал в виде ЭДС за счет указанного волнового физического процесса, согласно изобретению, переменным электрическим полем одновременного воздействуют на дополнительный конечной длины эталонный отрезок кабеля перпендикулярно его продольной оси и возбуждают в нем волновой физический процесс поляризации спиновых магнитных моментов свободных электронов аналогично процессу в контролируемом кабеле, формируют посредством дополнительного индукционного датчика эталонный сигнал в виде ЭДС индукции за счет указанного физического процесса, измеряют в реальном масштабе времени вещественные и мнимые составляющие контрольного и эталонного сигналов, определяют нормированные разностные величины между вещественными составляющими и между мнимыми составляющими эталонного и контрольного сигналов, по значениям указанных разностных величин осуществляют допусковый контроль физико-технического состояния электропроводящих элементов контролируемого кабеля. При этом вещественные и мнимые составляющие контрольного и эталонного сигналов измеряют в реальном масштабе времени посредством наборов соответственно синхронных и квадратурных детекторов, синхронизируемых частотой переменного электрического поля, а переменное электрическое поле в электропроводящих элементах длинномерного контролируемого кабеля и конечной длины эталонного кабеля возбуждают при их нахождении в общей окружающей среде. В качестве эталонного отрезка кабеля используют неподвижный отрезок контролируемого кабеля конечной длины без дефектов, а контролируемый кабель перемещают или фиксируют неподвижным относительно источника направленного переменного электрического поля. Переменное электрическое поле в немагнитных электропроводящих элементах длинномерного контролируемого кабеля и конечной длины эталонного отрезка кабеля возбуждают от одного источника переменного напряжения посредством соответствующих разнесенных в пространстве проходных двухэлектродных цилиндрических конденсаторов с сосредоточенной емкостью с идентичными конструктивными параметрами, а в качестве рабочего и дополнительного индукционных датчиков используют разнесенные в пространстве соответствующие проходные катушки индуктивности, идентичные по своим конструктивным параметрам. Принципиальная схема реализации предложенного способа дефектоскопии электропроводящих элементов кабеля показана на фиг. 1. Здесь обозначено: 1 - контролируемый кабель; 2 - эталонный отрезок контролируемого кабеля конечной длины без дефектов; 3 и 4 - первый и второй спиновые модуляторы; 5 и 6 - рабочий и дополнительный индукционные датчики; 7 - источник переменного высокочастотного напряжения.The task is achieved by the fact that in the method of flaw detection of electrically conductive elements of the cable, which consists in the fact that the controlled section of the cable is affected perpendicular to its longitudinal axis by a directed alternating electric field, due to which the wave physical process of polarization of the spin magnetic moments of free electrons is excited in the electrically conductive elements of the cable. resonant frequency of this polarization, a control signal in the form of an EMF is generated by means of a working induction sensor due to the specified wave physical process, according to the invention, an alternating electric field is simultaneously applied to an additional finite length of a reference cable segment perpendicular to its longitudinal axis and a wave physical process of spin polarization is excited in it. magnetic moments of free electrons, similarly to the process in a controlled cable, a reference signal is formed by means of an additional inductive sensor in the form of an EMF inductive due to the specified physical process, the real and imaginary components of the control and reference signals are measured in real time, the normalized difference values between the real components and between the imaginary components of the reference and control signals are determined, according to the values of these difference values, tolerance control of the physical and technical state of the electrically conductive elements of the monitored cable. In this case, the real and imaginary components of the control and reference signals are measured in real time by means of sets of synchronous and quadrature detectors, respectively, synchronized by the frequency of the alternating electric field, and the alternating electric field in the electrically conductive elements of the long-length monitored cable and the finite length of the reference cable is excited when they are in the common environment. A fixed piece of a controlled cable of a finite length without defects is used as a reference cable section, and the controlled cable is moved or fixed motionless relative to the source of a directed alternating electric field. An alternating electric field in non-magnetic electrically conductive elements of a long-length monitored cable and a finite length of a reference cable segment is excited from one source of alternating voltage by means of corresponding spaced-apart two-electrode cylindrical capacitors with a lumped capacitance with identical design parameters, and spaced apart in space corresponding pass-through inductors, identical in their design parameters. A schematic diagram of the implementation of the proposed method for flaw detection of electrically conductive cable elements is shown in Fig. 1. It is indicated here: 1 - controlled cable; 2 - reference section of the controlled cable of finite length without defects; 3 and 4 - the first and second spin modulators; 5 and 6 - working and additional induction sensors; 7 - source of alternating high-frequency voltage.

Спиновые модуляторы 3 и 4 выполнены в виде разнесенных в пространстве проходных двухэлектродных цилиндрических конденсаторов с сосредоточенной емкостью с идентичными конструктивными параметрами, а индукционные датчики 5 и 6 выполнены в виде разнесенных в пространстве проходных катушек индуктивности, идентичных по своим конструктивным параметрам.Spin modulators 3 and 4 are made in the form of two-electrode cylindrical capacitors spaced apart in space with a lumped capacitance with identical design parameters, and induction sensors 5 and 6 are made in the form of spaced through-space inductance coils, identical in their design parameters.

На контролируемый кабель 1 в зоне контроля воздействуют перпендикулярно его продольной оси направленным переменным электрическим полем

Figure 00000001
Это поле создают посредством первого спинового модулятора 3, электроды которого запитывают от источника 7 переменным высокочастотным напряжением вида UГ(t)=Cmcosωt.The monitored cable 1 in the control area is affected perpendicular to its longitudinal axis by a directed alternating electric field
Figure 00000001
This field is created by means of the first spin modulator 3, the electrodes of which are fed from the source 7 with an alternating high-frequency voltage of the form U G (t) = C m cosωt.

Одновременно это же напряжение подается на электроды второго спинового модулятора 4, который также создает направленное переменное электрическое поле, которым воздействуют на дополнительный эталонный отрезок 2 контролируемого кабеля конечной длины без дефектов перпендикулярно его продольной оси.At the same time, the same voltage is applied to the electrodes of the second spin modulator 4, which also creates a directional alternating electric field, which acts on an additional reference section 2 of the controlled cable of finite length without defects perpendicular to its longitudinal axis.

Указанные направленные переменные электрические поля возбуждают в электропроводящих элементах контролируемого кабеля 1 и эталонного отрезка кабеля 2 физические процессы поляризации спинов магнитных моментов свободных электронов. Следует отметить, что эти процессы возникает независимо от того, передвигаются кабели 1, 2 относительно спиновых модуляторов или находятся в состоянии покоя. Для создания необходимых условий для возникновения устойчивого процесса поляризации спиновых магнитных моментов свободных электронов переменное электрическое поле создают на резонансной частоте ω0 поляризации спиновых магнитных моментов свободных электронов структур электропроводящих элементов кабелей.These directional alternating electric fields excite in the electrically conductive elements of the monitored cable 1 and the reference section of the cable 2 physical processes of polarization of the spins of the magnetic moments of free electrons. It should be noted that these processes occur regardless of whether cables 1 and 2 move relative to the spin modulators or are at rest. To create the necessary conditions for the emergence of a stable process of polarization of the spin magnetic moments of free electrons, an alternating electric field is created at the resonant frequency ω 0 of the polarization of the spin magnetic moments of free electrons of the structures of electrically conductive cable elements.

Известно, что при распространении в реальных средах различные электродинамические процессы испытывают затухание, т.е. происходит потеря энергии, переносимой этими процессами. При этом основные потери в электропроводящей среде связаны с проводимостью, которая для данных сред существенно отличается от нуля. Для описания изменения фазы и затухание волны при распространении в среде с потерями используется комплексное волновое число

Figure 00000002
. В электропроводящей среде между волновым числом
Figure 00000003
, частотой ω, диэлектрической проницаемостью ε и удельной проводимостью σ существует следующее дисперсионное соотношение (Якубовский Ю.Я. Электроразведка. - М.: Недра, 1980, стр. 80):It is known that when propagating in real media, various electrodynamic processes undergo damping, i.e. there is a loss of energy carried by these processes. In this case, the main losses in an electrically conductive medium are associated with conductivity, which for these media is significantly different from zero. To describe the change in phase and attenuation of a wave during propagation in a medium with losses, the complex wave number is used
Figure 00000002
... In an electrically conductive medium between the wavenumber
Figure 00000003
, frequency ω, dielectric constant ε and specific conductivity σ, there is the following dispersion relation (Yakubovskiy Yu.Ya. Electrorazvedka. - M .: Nedra, 1980, p. 80):

Figure 00000004
Figure 00000004

Для наглядности, выражение (1) представим в следующем виде:For clarity, expression (1) is presented in the following form:

Figure 00000005
Figure 00000005

Из представленных выражений (1) и (2) следует, что действительная часть α пропорциональна диэлектрической проницаемости среды ε, а мнимая часть β пропорциональна удельной проводимости среды σ.From the presented expressions (1) and (2) it follows that the real part of α is proportional to the dielectric constant of the medium ε, and the imaginary part of β is proportional to the specific conductivity of the medium σ.

С учетом выражений (1)и (2) рассмотрим физически процессы, происходящие в электропроводящих структурах кабелей.Taking into account expressions (1) and (2), consider physically the processes occurring in the electrically conductive structures of cables.

Процесс в контролируемом кабеле 1 регистрируют рабочим индукционным датчиком 5, которым формируют контрольный сигнал (КС) в виде ЭДС индукции Uк(t):The process in the monitored cable 1 is recorded by a working induction sensor 5, which generates a control signal (CS) in the form of an EMF of induction U to (t):

Figure 00000006
Figure 00000006

где wк - количество витков первого индукционного датчика 5 для контролируемого объекта (КО);Фк s - поток спиновой индукции через КО; Sк - средняя площадь сечения КО; Вк sm - амплитудное значение вектора спиновой индукции КО;

Figure 00000007
- комплексный коэффициент распространения спиновой волны для КО; ω0 - резонансная частота спиновой поляризации; εк - диэлектрическая проницаемость КО; σк - удельная проводимость КО, фактически определяющая электродинамические свойства неферромагнитных металлов; μк≈1- магнитная проницаемость КО; αк - коэффициент фазы спиновой волны при распространении по длине КО; βк - коэффициент затухания спиновой волны при распространении по длине КО; х - координатная ось, совпадающая с продольной осью КО.where w to is the number of turns of the first induction sensor 5 for the controlled object (CO); Ф to s is the spin induction flux through the CO; S to - the average cross-sectional area of the KO; B k sm - the amplitude value of the spin induction vector KO;
Figure 00000007
- complex coefficient of propagation of a spin wave for a CO; ω 0 - resonant frequency of spin polarization; ε to - dielectric constant of KO; σ to - specific conductivity of KO, which actually determines the electrodynamic properties of non-ferromagnetic metals; μ to ≈1- magnetic permeability of KO; α k - coefficient of the phase of the spin wave during propagation along the length of the CO; β to - coefficient of damping of a spin wave during propagation along the length of the CO; x - coordinate axis coinciding with the longitudinal axis of the KO.

Для комплексного значения КС в соответствии с (1)÷(3) можем записать:For the complex value of the COP in accordance with (1) ÷ (3) we can write:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Uк Re и Uк Im - соответственно, вещественная (синфазная) и мнимая (квадратурная) составляющие комплексного значения ЭДС индукции (контрольного сигнала) датчика 5, регистрируемые соответственно синфазным и квадратурным синхронными детекторами измерительного канала КС (на чертеже не показаны).where U to Re and U to Im - respectively, the real (in-phase) and imaginary (quadrature) components of the complex value of the induction EMF (control signal) of the sensor 5, recorded, respectively, by the in-phase and quadrature synchronous detectors of the measuring channel KS (not shown in the drawing).

Известно, что в общем случае статическую функцию преобразования (СФП) практически любой измерительной системы можно представить в виде (Бромберг Э.М., Куликовский К.Л. Тестовые методы повышения точности измерений. М.: Энергия, 1978, стр. 23):It is known that, in the general case, the static conversion function (TFP) of almost any measuring system can be represented in the form (Bromberg E.M., Kulikovsky K.L. Test methods for increasing the accuracy of measurements. M .: Energiya, 1978, p. 23):

Figure 00000009
Figure 00000009

где у - выходная величина; а 1, …, а n - параметры СФП; х - измеряемая величина.where y is the output value; a 1 , ..., and n are the parameters of the TFP; x is the measured value.

Тогда статические функции синхронного и квадратурного преобразования КСв соответствии с (1)÷(5) можно представить в следующем виде:Then the static functions of the synchronous and quadrature transformation of the CS in accordance with (1) ÷ (5) can be represented in the following form:

Figure 00000010
Figure 00000010

где а1 и а2 - параметры статической функции синхронного преобразования КС; b1 и b2 - параметры статической функции квадратурного преобразования КС.where a 1 and a 2 are the parameters of the static function of the synchronous transformation of the CS; b 1 and b 2 - parameters of the static function of the quadrature transformation of the CS.

Параметры СФП а1 и b1 представляют собой медленно меняющиеся случайные величины, содержащие аддитивную помеху и представляющие собой нулевой дрейфовый сигнал.The TFP parameters a 1 and b 1 are slowly varying random variables containing additive noise and representing a zero drift signal.

Процесс в эталонном отрезке кабеля 2 регистрируют дополнительным индукционным датчиком 6, которым формируется эталонный сигнал (ЭС) в виде ЭДС индукции Uэ(t). По аналогии с (3) имеем:The process in the reference section of the cable 2 is recorded by an additional induction sensor 6, which generates a reference signal (ES) in the form of an induction EMF U e (t). By analogy with (3), we have:

Figure 00000011
Figure 00000011

где wэ=wк - количество витков второго индукционного датчика 6 для эталонного объекта (ЭО); Sэ=Sк - средняя площадь сечения ЭО; Bк sm=Bк sm - амплитудное значение вектора спиновой индукции ЭО; Фкs - поток спиновой индукции через ЭО;

Figure 00000012
- комплексный коэффициент распространения спиновой волны для ЭО; εэ - диэлектрическая проницаемость ЭО; σэ - удельная проводимость ЭО; ω0 - резонансная частота спиновой поляризации; μэ≈1 - магнитная проницаемость ЭО; αэ - коэффициент, характеризующий распределение амплитуды спиновой волны по длине ЭО; βэ - коэффициент фазы спиновой волны при распространении по длине ЭО.where w e = w k - the number of turns of the second induction sensor 6 for the reference object (EO); S e = S to - the average cross-sectional area of the EO; B to sm = B to sm is the amplitude value of the EO spin induction vector; Ф кs is the spin induction flux through the EO;
Figure 00000012
- complex coefficient of propagation of a spin wave for EO; ε e - dielectric constant of EO; σ e - specific conductivity of EO; ω 0 - resonant frequency of spin polarization; μ e ≈1 - magnetic permeability of EO; α e - coefficient characterizing the distribution of the amplitude of the spin wave along the EO length; β e is the coefficient of the phase of the spin wave during propagation along the length of the EO.

Для комплексного значения ЭС в соответствии с (4) можем записать:For the complex value of ES, in accordance with (4), we can write:

Figure 00000013
Figure 00000013

где Uэ Re и Uэ Im - соответственно, вещественная (синфазная) и мнимая (квадратурная) составляющие комплексного значения ЭДС индукции (контрольного сигнала) датчика 6, регистрируемые соответственно синфазным и квадратурным синхронными детекторами измерительного канала ЭС (на чертеже не показаны).where U e Re and U e Im are, respectively, the real (in-phase) and imaginary (quadrature) components of the complex value of the induction EMF (control signal) of the sensor 6, recorded, respectively, by the in-phase and quadrature synchronous detectors of the ES measuring channel (not shown in the drawing).

С учетом того, что индукционные датчики 5 и 6, а также функциональные узлы вторичной обработки КС и ЭС в виде соответствующих наборов синхронных и квадратурных детекторов обладают достаточно высокой степенью идентичности своих параметров, то для статических функций синхронного и квадратурного преобразования ЭС согласно (8) можем аналогично (6) записать:Taking into account the fact that induction sensors 5 and 6, as well as functional units of secondary processing of CS and ES in the form of corresponding sets of synchronous and quadrature detectors have a sufficiently high degree of identity of their parameters, then for static functions of synchronous and quadrature conversion of ES according to (8) we can similarly to (6), write:

Figure 00000014
Figure 00000014

где а2 b2 - параметры СФП, определяемые на этапе предварительной калибровки для каждого вида ЭО и обладающие достаточной временной стабильностью.where a 2 b 2 are the TFP parameters determined at the stage of preliminary calibration for each type of EO and possessing sufficient temporal stability.

Решая совместно системы уравнений (6) и (9), определим нормированную разностную величину Δэ между вещественными составляющими ЭС и КС и нормированную разностную величину Δσ между мнимыми составляющими ЭС и КС:Solving together systems of equations (6) and (9), we determine the normalized difference Δ e between the real components of the ES and CS and the normalized difference Δ σ between the imaginary components of the ES and CS:

Figure 00000015
Figure 00000015

Посредством нормированных разностных величин Δε и Δσ осуществляется допусковый контроль физико-технического состояния КО по диэлектрической проницаемости ε и удельной проводимости σ, результаты которого не зависят от состояния дрейфовых параметров СФП.By means of the normalized difference values Δ ε and Δ σ , tolerance control of the physical and technical state of the KO is carried out by the dielectric constant ε and the specific conductivity σ, the results of which do not depend on the state of the drift parameters of the TFP.

В соответствии с изложенным предлагаемый способ дефектоскопии можно представить в следующей интерпретации.In accordance with the above, the proposed flaw detection method can be presented in the following interpretation.

1. Одновременно воздействуют посредством соответствующих спиновых модуляторов направленным переменным электрическим полем на КО и ЭО.1. Simultaneously act by means of appropriate spin modulators directed alternating electric field on the CO and EO.

2. Регистрируют посредством соответствующих индукционных датчиков волновые процессы спиновой поляризации свободных электронов в КО и ЭО.2. The wave processes of spin polarization of free electrons in KO and EO are registered by means of appropriate induction sensors.

3. Регистрируют посредством набора синхронных и квадратурных детекторов, синхронизируемых частотой переменного электрического поля, вещественные и мнимые составляющие КС

Figure 00000016
.3. Register by means of a set of synchronous and quadrature detectors, synchronized by the frequency of the alternating electric field, the real and imaginary components of the CC
Figure 00000016
...

4. Определяют нормированную разностную величину Δε и между вещественными составляющими ЭС и КС и нормированную разностную величину Δσ между мнимыми составляющими ЭС и КС, посредством которых осуществляется допусковый контроль физико-технического состояния КО.4. Determine the normalized difference value Δ ε and between the real components of the ES and CS and the normalized difference Δ σ between the imaginary components of the ES and CS, through which the tolerance control of the physical and technical state of the CO is carried out.

Следует отметить, что рассматриваемые процессы спин-волновой динамики существенно отличаются от электродинамических процессов, которые, как правило, сопровождаются возникновением токов проводимости и вихревых токов в электропроводящих структурах с соответствующим разогревом электропроводящего материала и выделением тепловой энергии. В рассматриваемом случае происходит преобразование энергии переменного электрического поля в энергию бегущей волны спиновой поляризации свободных электронов без дополнительных побочных эффектов в виде электромагнитных или тепловых излучений.It should be noted that the considered processes of spin-wave dynamics differ significantly from electrodynamic processes, which, as a rule, are accompanied by the appearance of conduction currents and eddy currents in electrically conductive structures with a corresponding heating of the electrically conductive material and the release of thermal energy. In the case under consideration, the energy of an alternating electric field is converted into the energy of a traveling wave of spin polarization of free electrons without additional side effects in the form of electromagnetic or thermal radiation.

Преимущества предложенного способа дефектоскопии электропроводящих элементов кабеля заключаются в следующем:The advantages of the proposed method for flaw detection of electrically conductive cable elements are as follows:

- обнаружение дефектов реализуется как в случае неподвижного, так и перемещающегося контролируемого кабеля;- defect detection is implemented both in the case of a stationary and moving controlled cable;

- обеспечивает высокую точность измерения и повышение помехоустойчивости за счет существенного снижения влияния внешних дестабилизирующих факторов, например, температуры, на текущие параметры контролируемого кабеля;- provides high measurement accuracy and increased noise immunity due to a significant reduction in the influence of external destabilizing factors, for example, temperature, on the current parameters of the monitored cable;

- обеспечивает упрощение конструкции измерительной системы;- provides a simplification of the design of the measuring system;

- обеспечивает быструю перенастройку для контроля различных кабелей путем соответствующей замены эталонного отрезка конечной длины этого кабеля без дефектов;- provides a quick readjustment to control various cables by appropriate replacement of the reference section of the final length of this cable without defects;

- позволяет оперативно выполнять отбраковку неисправного кабеля в полевых условиях непосредственно в процессе монтажа кабеля при его размотке с бобины.- allows you to quickly reject a faulty cable in the field directly during the installation of the cable when it is unwound from the reel.

Claims (2)

1. Способ дефектоскопии электропроводящих элементов кабеля, заключающийся в том, что на контролируемый участок кабеля воздействуют перпендикулярно его продольной оси направленным переменным электрическим полем, за счет которого в электропроводящих элементах кабеля возбуждают волновой физический процесс поляризации спиновых магнитных моментов свободных электронов на резонансной частоте этой поляризации, формируют посредством рабочего индукционного датчика контрольный сигнал в виде ЭДС индукции за счет указанного волнового физического процесса, отличающийся тем, что переменным электрическим полем одновременно воздействуют на дополнительный конечной длины эталонный отрезок кабеля перпендикулярно его продольной оси и возбуждают в нем волновой физический процесс поляризации спиновых магнитных моментов свободных электронов аналогично процессу в контролируемом кабеле, формируют посредством дополнительного индукционного датчика эталонный сигнал в виде ЭДС индукции за счет указанного волнового физического процесса, измеряют в реальном масштабе времени вещественные и мнимые составляющие контрольного и эталонного сигналов, определяют нормированные разностные величины между вещественными составляющими и между мнимыми составляющими эталонного и контрольного сигналов, по значениям нормированных разностных величин осуществляют допусковый контроль физико-технического состояния электропроводящих элементов контролируемого кабеля, при этом переменное электрическое поле в электропроводящих элементах контролируемого и эталонного кабелей возбуждают при их нахождении в общей окружающей среде от одного источника переменного напряжения посредством разнесенных в пространстве соответствующих проходных двухэлектродных цилиндрических конденсаторов с сосредоточенной емкостью с идентичными конструктивными параметрами, в качестве рабочего и дополнительного индукционных датчиков используют разнесенные в пространстве соответствующие проходные катушки индуктивности, идентичные по своим конструктивным параметрам, а вещественные и мнимые составляющие контрольного и эталонного сигналов измеряют посредством наборов соответствующих идентичных синхронных и квадратурных детекторов, синхронизируемых частотой переменного электрического поля.1. A method for flaw detection of electrically conductive cable elements, which consists in the fact that the controlled section of the cable is affected perpendicular to its longitudinal axis by a directed alternating electric field, due to which a wave physical process of polarization of spin magnetic moments of free electrons at the resonant frequency of this polarization is excited in the electrically conductive elements of the cable, a control signal in the form of an induction EMF is formed by means of a working induction sensor due to the specified wave physical process, characterized in that an alternating electric field simultaneously acts on an additional finite length of a reference cable segment perpendicular to its longitudinal axis and excites a wave physical process of polarization of free spin magnetic moments in it electrons similarly to the process in the controlled cable, a reference signal is formed by means of an additional induction sensor in the form of an EMF of induction due to the specified wave physical process, measure in real time the real and imaginary components of the control and reference signals, determine the normalized difference values between the real components and between the imaginary components of the reference and control signals, according to the values of the normalized difference values, they carry out tolerance control of the physical and technical state of the electrically conductive elements of the monitored cable, in this case, the alternating electric field in the electrically conductive elements of the monitored and reference cables is excited when they are in a common environment from one source of alternating voltage by means of spaced corresponding two-electrode cylindrical capacitors with a lumped capacitance spaced apart in space with identical design parameters; they are used as working and additional inductive sensors spaced-apart corresponding pass-through inductors, identical in design parameters, and the real and imaginary components of the control and reference signals are measured by means of sets of corresponding identical synchronous and quadrature detectors, synchronized by the frequency of the alternating electric field. 2. Способ дефектоскопии электропроводящих элементов кабеля по п. 1, отличающийся тем, что в качестве эталонного отрезка кабеля используют неподвижный отрезок контролируемого кабеля конечной длины без дефектов, а контролируемый кабель перемещают или фиксируют неподвижным относительно источника направленного переменного электрического поля.2. A method for flaw detection of electrical conductive elements of a cable according to claim 1, characterized in that a fixed segment of a controlled cable of finite length without defects is used as a reference cable segment, and the controlled cable is moved or fixed motionless relative to the source of a directed alternating electric field.
RU2020126638A 2020-08-07 2020-08-07 Method for non-destructive testing of electrically conductive elements of cable RU2755605C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126638A RU2755605C1 (en) 2020-08-07 2020-08-07 Method for non-destructive testing of electrically conductive elements of cable

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126638A RU2755605C1 (en) 2020-08-07 2020-08-07 Method for non-destructive testing of electrically conductive elements of cable

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755605C1 true RU2755605C1 (en) 2021-09-17

Family

ID=77745732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020126638A RU2755605C1 (en) 2020-08-07 2020-08-07 Method for non-destructive testing of electrically conductive elements of cable

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755605C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4652823A (en) * 1983-05-23 1987-03-24 Central Electricity Generating Board Apparatus for and method of monitoring the corrosion in electrical power cables by measuring the variation in induced eddy currents
RU2025723C1 (en) * 1992-03-17 1994-12-30 Петров Сергей Серафимович Method of detecting flaws in moving elongated objects
CN101482540A (en) * 2009-01-19 2009-07-15 哈尔滨工业大学深圳研究生院 Steel wire rope damage detection apparatus and method based on electromagnetic chromatography imaging technique
RU2542624C1 (en) * 2014-03-12 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Чистые технологии СПб" Method of eddy current monitoring of copper wire rod and device for its implementation
US20170010240A1 (en) * 2015-07-10 2017-01-12 Light Serviços De Eletricidade S/A Device and method for inspecting aluminum cables with a steel core (aluminum conductor steel reinforced - ascr) installed in energized electrical energy lines
RU2701754C1 (en) * 2018-10-02 2019-10-01 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) Method for determining the defect location of conductive cable elements

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4652823A (en) * 1983-05-23 1987-03-24 Central Electricity Generating Board Apparatus for and method of monitoring the corrosion in electrical power cables by measuring the variation in induced eddy currents
RU2025723C1 (en) * 1992-03-17 1994-12-30 Петров Сергей Серафимович Method of detecting flaws in moving elongated objects
CN101482540A (en) * 2009-01-19 2009-07-15 哈尔滨工业大学深圳研究生院 Steel wire rope damage detection apparatus and method based on electromagnetic chromatography imaging technique
RU2542624C1 (en) * 2014-03-12 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Чистые технологии СПб" Method of eddy current monitoring of copper wire rod and device for its implementation
US20170010240A1 (en) * 2015-07-10 2017-01-12 Light Serviços De Eletricidade S/A Device and method for inspecting aluminum cables with a steel core (aluminum conductor steel reinforced - ascr) installed in energized electrical energy lines
RU2701754C1 (en) * 2018-10-02 2019-10-01 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) Method for determining the defect location of conductive cable elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3359495A (en) Magnetic reaction testing apparatus and method of testing utilizing semiconductor means for magnetic field sensing of an eddy-current-reaction magnetic field
EP3376216B1 (en) Method for eddy-current testing of electrically conductive objects and device for realizing said method
Bouchala et al. Novel coupled electric field method for defect characterization in eddy current non-destructive testing systems
KR950012094A (en) Physical property information measuring device
Janousek et al. Novel insight into swept frequency eddy-current non-destructive evaluation of material defects
RU2701754C1 (en) Method for determining the defect location of conductive cable elements
RU2755605C1 (en) Method for non-destructive testing of electrically conductive elements of cable
Zhang et al. Model of ferrite-cored driver-pickup coil probe application of TREE method for eddy current nondestructive evaluation
Nagendran et al. Transient eddy current NDE system based on fluxgate sensor for the detection of defects in multilayered conducting material
US20230184862A1 (en) Magnetic particle imaging device
Zaman et al. Change in impedance of a single-turn coil due to a flaw in a conducting half space
Mirzaei et al. Thickness evaluation of hollow nonmagnetic cylinders utilizing a motional eddy current
Postolache et al. GMR based eddy current sensing probe for weld zone testing
Bryakin et al. Power Cables Quality Diagnostics
Štubendeková et al. Non–Destructive Testing of Conductive Material by Eddy Current Air Probe Based on Swept Frequency
Auld et al. Eddy-current reflection probes: Theory and experiment
Faraj et al. Hybrid of eddy current probe based on permanent magnet and GMR sensor
Bryakin et al. Diagnostics of electrical wires and cables
Radschun et al. Estimating the Hot Rod and Wire Displacement in an Eddy-Current Sensor for Cross-Sectional Area Measurement
US2811690A (en) Method for testing helix pitch
RU2809738C1 (en) Method of bifactor excitation of fluxgates and modulator device for its implementation
Capova et al. Recent trends in electromagnetic non-destructive sensing
RU2651618C1 (en) Method of eddy current control of extended electrical conductive objects and device for its implementation
Remezov A study of the electromagnetic fields that are generated by a coil emitter
Dalal Radia et al. Detection of Defects Using GMR and Inductive Probes