SU1223131A1

SU1223131A1 - Arrangement for article non-destructive inspection

Info

Publication number: SU1223131A1
Application number: SU843759317A
Authority: SU
Inventors: Юрий Яковлевич Останин
Original assignee: Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1986-04-07

Abstract

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл контрол толщины покрытий или качества материалов. Цель изобретени - повышение точности контрол изделий и расширение диапазона измерений. В устройстве использованы два измерительных канала, каждый из которых включает автогенератор , вихретоковый преобразователь, компенсатор, усилитель, который через .фильтр подключен к блоку обработки сигналов. Сигналы с выхода блоков обработки сигналов обоих каналов вл ютс функци ми параметров изделий и,.кроме того, имеют одина- ковую функциональную зависимость :от электромагнитных свойств изделий. Дл устранени вли ни свойств электромагнитного основани использованы два сумматора, подключенные к выходам блоков обработки сигналов, причем коэффициенты суммировани сумматоров выбраны с учетом чувствитель- ностей каналов к толщине. В результате на выходе делител , св занного с сумматорами, регистрируетс сигнал, не завис щий от изменени электромагнитных свойств изделий. I ил.The invention relates to instrumentation technology and can be used to control coating thickness or the quality of materials. The purpose of the invention is to improve the accuracy of control products and expanding the range of measurements. The device uses two measuring channels, each of which includes an auto-oscillator, eddy-current transducer, compensator, amplifier, which is connected through a filter to the signal processing unit. The signals from the output of the signal processing units of both channels are functions of the product parameters and, in addition, have the same functional dependence: on the electromagnetic properties of the products. To eliminate the effect of the properties of the electromagnetic base, two adders were used, connected to the outputs of the signal processing units, the summation coefficients of the adders being selected taking into account the sensitivity of the channels to the thickness. As a result, a signal is recorded at the output of the divider connected to the adders, independent of the change in the electromagnetic properties of the products. I il.

Description

10ten

1515

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике, а имен- . но неразрушагощим методам вихретоко- вого контрол качества промышленной продукции по ее геометрическим пара- метрам или физико-химическим свойствам , и может быть использовано во всех отрасл х народного хоз йства где примен ютс издели из металлов или других электропровод щих материалов , а также издели , имеющие составные части из таких материалов.This invention relates to instrumentation engineering, and so-called. but non-destructive methods of eddy current quality control of industrial products according to its geometric parameters or physicochemical properties, and can be used in all parts of the national economy where products made from metals or other electrically conductive materials are used, as well as products having component parts of such materials.

Целью изобретени вл етс повышение точности контрол и расширение диапазона контролируемых параметров за счет отстройки от неконтролируемых параметров.The aim of the invention is to improve the control accuracy and expand the range of monitored parameters due to the detuning from uncontrolled parameters.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства дл не- разрушающего контрол . The drawing shows the block diagram of the proposed device for non-destructive testing.

Устройство дл неразрушающего контрол изделий содержит два измерительных юанала 1 и 2, работающих на разных частотах.The device for non-destructive testing of products contains two measuring yuans 1 and 2 operating at different frequencies.

Каждый из каналов состоит из после-25 где довательно соединенных автогенераторов 3 и 4,вихретоковых преобраэрвате- -лей 5 и 6 с подключенными компенсаторами 7 и 8, усилителей 9 и 10, фильтров II и 12 и блоков 13 и 14 обработки сигналов, вторые входы которых подключены к вторым выходам автогенераторов 3 и 4. Кроме того, устройство содержит сумматоры 15 и Each channel consists of after-25 where forcibly connected autogenerators 3 and 4, eddy current transducers 5 and 6 with connected compensators 7 and 8, amplifiers 9 and 10, filters II and 12, and signal processing units 13 and 14, the second inputs which are connected to the second outputs of the oscillators 3 and 4. In addition, the device contains adders 15 and

2020

тирующих сигналов от параметров издели 19.Через усилители 9 и 10 и фильтры 11 и.12 сигналы передаютс к блокам 13 и 14 обработки сигналов . Последние осуществл ют первичную переработку электрических, сигналов и вл ютс фазочувствительнь - ми устройствами или амплитудными детекторами , создающими с учетом опорного сигнала автогенераторов 3 и 4 выходные сигналь в аналоговой или 1ЩФРОВОЙ форме, пригодные дл использовани их вычислительным устройством , куда вход т сумматоры 15 и 16 и блок 17 делени .signals from the parameters of the product 19. Through amplifiers 9 and 10 and filters 11 and 12, the signals are transmitted to blocks 13 and 14 of the signal processing. The latter perform the initial processing of electrical signals and are phase-sensitive devices or amplitude detectors, which, taking into account the reference signal of the autogenerators 3 and 4, produce an output signal in analog or 1GF form suitable for use by a computing device, which includes summators 15 and 16 and block 17 division.

Рабочие частоты каналов 1 и 2 , и радиусы вихретоковых преобразователей 5 и 6 выбрань из соотношений, обеспечивающих идентичность вли ни мешающих измерени м ФакторовThe working frequencies of channels 1 and 2, and the radii of eddy-current transducers 5 and 6, are chosen from the ratios that ensure that the effects of the interfering measurements are identical.

RBIRRBIR

RR

U-IUI

RR

..6/f (51..,..6 / f (51 ..,

u1 в2u1 b2

,,

ei ei

(,J/|Rg R(b,+ ,,C3 индексы 1 и 2 относ тс (, J / | Rg R (b, + ,, C3 indices 1 and 2 refer to

к каналам 1 и 2. Константы С, и Сto channels 1 and 2. Constants C and C

выбираютс в зависимости от решаемой контрольно-измерительной задачи. Так, при измерении толщины диэлектричес- 30 ких покрытий константу С выб ираютare selected depending on the solved measurement problem. So, when measuring the thickness of dielectric coatings 30, the constant C is chosen

максимально возможной величины (1000 и более), что снижает погрешность от изменений электромагнитныхmaximum possible value (1000 and more), which reduces the error due to changes in electromagnetic

свойств основа:ни . При контроле удель16 , первые и вторые Входы которых под- ной электрической проводимости Сproperties basis: neither. When monitoring specific16, the first and second inputs of which are the high electrical conductivity C

выбирают от 10 до,50, где достигаетс максимальна чувствительность к удельной электрический проводимости . При контроле ферромагнитного из- 40 делил и значении магнитной проницаемости ферромагнитной части издели J5oлee 100 константу С выбирают от 0,5 до 3, . когда достигаетс максимум чувствительности к магнитнойchoose from 10 to 50, where maximum sensitivity to specific electrical conductivity is achieved. When controlling the ferromagnetic material and the magnetic permeability of the ferromagnetic part of the product J5olea 100 is divided, the constant C is chosen from 0.5 to 3,. when the maximum sensitivity to magnetic

ключены к выходам блоков 13 и 14 обработки сигналов, блок 17 деле- ни , вход делимого которого подклю-; чен к выходу сумматора 15, а вход делител - к выходу сумматора .16, и индикатор 18, вход которого nof( ключен к вьрсоду блока 17 делени .Connected to the outputs of blocks 13 and 14 of signal processing, block 17 of the division, the input of which is divisible sub-; To the output of the adder 15, and the input of the divider to the output of the adder .16, and the indicator 18, the input of which is nof (connected to the output of the dividing block 17.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Автогенераторы 3 и 4 создают в преобразовател х 5 и 6 и компенсаторах 7 и 8 электрический ток необходимой частоты и амплитуды. Кроме то- го, автогенераторы 3 и 4 соединены с блоками 13 и 14 обработки сигналов дл подачи, если необходимо, опорных сигналов.The autogenerators 3 and 4 create in the converters 5 and 6 and the compensators 7 and 8 an electric current of the required frequency and amplitude. In addition, the autogenerators 3 and 4 are connected to the signal processing units 13 and 14 to supply, if necessary, reference signals.

Вихретоковые преобразователи 5 и 6 взаимодействуют с изделием 19 и преобразуют информацию о нем в параметры электрических сигналов. Компенсаторы 7 и 8 обеспечивают требуемую зависимость выходных резуль45 проницаемости . Константы Сj и С выбирают с учетом геометрических факторов . При контроле толщины диэлектрических покрытий Cg выбирают от 1,3 до 2, что обеспечивает пониженноеEddy current transducers 5 and 6 interact with product 19 and convert information about it into electrical signal parameters. Compensators 7 and 8 provide the required dependence of the output permeability. The constants Cj and C are selected taking into account geometrical factors. When controlling the thickness of dielectric coatings Cg choose from 1.3 to 2, which provides a reduced

50 вли ние перекосов и изменений кривизны поверхности издели . Величину Cj выбирают так, чтобы чувствительность к зазору была наибольшей, что при указанных значени х С соответ55 ствует Сj от 0,3 до 1, когда наблюдаетс также участок с линейной зависимостью приращени модул выходного напр жени вихретокового пре50 influence of distortions and changes in the curvature of the product surface. The value of Cj is chosen so that the sensitivity to the gap is greatest, that at the indicated values of C corresponds to Cj from 0.3 to 1, when a section is also observed with a linear dependence of the increment of the module of the output voltage of eddy current

5five

5 где 5 where

00

RBIRRBIR

RR

U-IUI

RR

..6/f (51..,..6 / f (51 ..,

u1 в2u1 b2

,,

ei ei

выбираютс в зависимости от решаемой контрольно-измерительной задачи. Так, при измерении толщины диэлектричес- 0 ких покрытий константу С выб ираютare selected depending on the solved measurement problem. Thus, when measuring the thickness of dielectric coatings, the constant C is chosen

45 проницаемости. Константы Сj и С выбирают с учетом геометрических факторов . При контроле толщины диэлектрических покрытий Cg выбирают от 1,3 до 2, что обеспечивает пониженное45 permeability. The constants Cj and C are selected taking into account geometrical factors. When controlling the thickness of dielectric coatings Cg choose from 1.3 to 2, which provides a reduced

50 вли ние перекосов и изменений кривизны поверхности издели . Величину Cj выбирают так, чтобы чувствительность к зазору была наибольшей, что при указанных значени х С соответ55 ствует Сj от 0,3 до 1, когда наблюдаетс также участок с линейной зависимостью приращени модул выходного напр жени вихретокового преобразовател от зазора или толщины плохо провод щего покрыти наибольшей длины. Услови выбора констант С, С и Сз можно использовать не только дл выбора параметров вихре- токовых преобразователей 5 и 6, но дл компенсаторов 7 и 8, варьиру при этом относительно соответствующего преобразовател значени параметров обмоток или образцов, размещаемых около них. Например,дл первого канала50 influence of distortions and changes in the curvature of the product surface. The value of Cj is chosen so that the sensitivity to the gap is greatest, that at the indicated values of C corresponds to Cj from 0.3 to 1, when a section is also observed with a linear dependence of the increment of the module of the output voltage of the eddy current probe from the gap or the thickness of the poorly conducting coating. the greatest length. The conditions for selecting the constants C, C, and Cz can be used not only for selecting parameters of eddy current transducers 5 and 6, but for compensators 7 and 8, varying with respect to the corresponding converter, the values of the parameters of the windings or samples placed near them. For example, for the first channel

Кб1пКи,п..,,|ЛКб1пКи, п .. ,, | Л

МПMP

(h(h

I -2 I -2

ЫП чш ain UTri Ip ain utri

61К UIK eiK uiK i 61K UIK eiK uiK i

где индексы li относ тс к преобразователю , а индексы k - к компенсатору .where the indices li refer to the converter, and the indices k to the compensator.

Кроме того, требование выбора одинаковых условий контрол распростран етс и на другие контрольно-измерительные задачи, а также и на дру-. .гие типы вихретоковых преобразователей (проходные, комбинированные и т.д.), от личие состоит лишь в конкретных значени х выбираемых констант С;(, С 5. и Cj .In addition, the requirement to select the same control conditions applies to other measurement and control tasks, as well as to other. The main types of eddy current transducers (pass, combined, etc.), the only difference is in the specific values of the chosen constants C; (, C 5. and Cj.

Устройство на примере контрол толщины диэлектрического покрыти при изменени х электромагнитных свойств основани контролируемого издели работает следующим образом. В этом случае каналы I и 2 работают на различных частотах f; и f (,Г,) причем частота f выбрана по возможности большой, но ее значение ограничено общими соображени ми конструктивного и метрологического пор дка. Обмотки вихретоковых преобразователей имеют радиусы, заданные выбранными константами С, С и С. Компенсаторы 7 и 8 в этом случае изготавливают так, чтобы при отсутствии контролируемого издели 19 выходное напр жение системы вихретоковый преобразователь - компенсатор равн лось нулю. Тогда при помещении издели 19 в зону контрол приращение амплитуды выходного напр жени пропорционально толщине покрыти издели (так как это соответствует малому изменению . зазора, а изменение электромагнитных свойств основани издели про вл етс одинаково в обоих каналах ввиду идентичности электрофизических .условий их работы. Напр жени на вы- ixojie системы вихретоковый преобразо223131The device, using the example of monitoring the thickness of a dielectric coating with changes in the electromagnetic properties of the base of the product under test, works as follows. In this case, channels I and 2 operate at different frequencies f; and f (Γ, Γ), where the frequency f is chosen as large as possible, but its value is limited by general considerations of structural and metrological order. The windings of eddy current transducers have radii defined by selected constants C, C, and C. In this case, compensators 7 and 8 are made so that, in the absence of a controlled product 19, the output voltage of the system is eddy current converter — the compensator is zero. Then, when the product 19 is placed in the control zone, the increment of the amplitude of the output voltage is proportional to the thickness of the coating of the product (as this corresponds to a small change in the gap, and the change in the electromagnetic properties of the base of the product appears equally in both channels due to the identical electrophysical conditions of their operation. on you- ixojie system eddy current transform223131

ватель - компенсатор в этом случае .дл каналов 1 и 2 могут быть записаны следующим образом:The compensator in this case. Channels 1 and 2 can be recorded as follows:

5 у имЛ1+к,ъ).ч (|М.,б );5 for imL1 + k, b) .h (| M., b);

. и UM,(l+K,b)(,6 ),. and UM, (l + K, b) (, 6),

00

ii

00

5five

гдеWhere

м, UMm, UM

К и КK and K

максимально возможные напр жени , получаемые на выходе вихретоковых преобразователей (т.е. при внесении в зону контрол издели с jM 1 и 6 maximum possible voltages obtained at the output of eddy current transducers (i.e., when a product with jM 1 and 6 is introduced into the control zone

«): “):

коэффициенты, характеризующие чувствительность вихретоковых преобразователей к толщине покрыти Ь ; (f- ,б) - комплексна величина,coefficients characterizing the sensitivity of eddy current transducers to coating thickness b; (f-, b) - complex value,

характеризующа вли - . ние магнитной проницаемости и удельной электрической проводимости основани .characterizing influence -. permeability and electrical conductivity of the base.

Так как f т f, радиусы обмоток преобразователей 5 и 6 будут различSince f t f, the radii of the windings of the transducers 5 and 6 will be different

ны и К К,, то U|us and K K, then U |

и и по разномуand and in different ways

завис т от абсолютных приращений зазора и значит несут информацию о толщине покрыти , котора может быть вьщелена независимо от электромагнитных свойств основани издели . В то. же врем идентичность условий работы каналов (сохранение дл них соотношений с константами С, С и Cj) обеспечивает одинаковую функциональную зависимость их от электромагнитных свойств изделий при широком диапазоне их изменений. Это позвол ет снизить погрешность измерений толщины покрыти от изменений электромагнитных свойств основани , построив соответствующим образом упом нутое вычислительное устройство.depends on the absolute increments of the gap, and therefore carry information about the thickness of the coating, which can be selected independently of the electromagnetic properties of the base of the product. At that. At the same time, the identical working conditions of the channels (maintaining relations for them with the constants C, C, and Cj) ensure their identical functional dependence on the electromagnetic properties of products with a wide range of their changes. This makes it possible to reduce the measurement error of the coating thickness from changes in the electromagnetic properties of the base, by constructing the aforementioned computing device accordingly.

Усилители 9 и 10 и фильтры 11 и 12 увеличивают напр жени U и и, по амплитуде до необходимых значе50 НИИ и аьщел ют составл ющую частоФы своего .канала. Блоки 13 и 14 обработки сигналов в данном случае выдел - .ют сигнал , пропорциональный модулю напр жений U и U,, причем в про55 стейшем варианте эти блоки вл ют- с выпр мител ми. Тогда на их вы- ходах получают два сигнала (ток, напр жение, а в более сложном варианте - сигналы в виде цифровог.о кода) св занные с параметрами издели Amplifiers 9 and 10 and filters 11 and 12 increase the voltages U and, in amplitude, to the required values of scientific research institutes and they often have a component of their channel. The signal processing units 13 and 14 in this case allocate a signal proportional to the voltage module U and U, and, in the simplest form, these units are rectifiers. Then, at their outputs, two signals (current, voltage, and, in a more complex version, signals in the form of a digital code) are associated with the product parameters

А K ly j-d-fK b) V(f ,6); Аа К, () 4((-,S),A K ly j-d-fK b) V (f, 6); Aa K, () 4 ((-, S),

где Kj и К - коэффициенты преобразовани усилител , фильтра и блока об- работки сигналов соответствующего канала. Если теперь сигналы А;, и А ,j подат на сумматор и на блок делени , то получаемый Сигнал на выходе блока делени не будет зависеть от электромагнитных свойств издели , но зависимость выходного сигнала от толщины покрыти будет гиперболической, что делает необходимым установку линеаризатора, который вносит дополнительную погрешность и должен создаватьс под конкретный диапазон измер емых толщин, что также увеличивает погрешность и сужает диапазон измерений.where Kj and K are the conversion factors of the amplifier, filter, and signal processing unit of the corresponding channel. If now the signals A ;, and A, j are fed to the adder and the dividing unit, the resulting signal at the output of the dividing unit will not depend on the electromagnetic properties of the product, but the dependence of the output signal on the thickness of the coating will be hyperbolic, which makes it necessary to install a linearizer introduces additional error and must be created for a specific range of measured thicknesses, which also increases the error and narrows the measurement range.

В предлагаемом устройстве использовано два сумматора, коэффициенты суммировани которых определ ютс после решени относительно Ъ выраже- кий дл сигналов А, и А . В итоге получаемIn the proposed device, two adders are used, the summation coefficients of which are determined after deciding on the b expression for signals a, and a. As a result, we get

Л,А.L, A

Kju« HM Ct,6)l Кз1и„0;1 Сб )Kju "HM Ct, 6) l Kz1i„ 0; 1 Sat)

,,,,

,ич(н,6Я K.iu.iiM d.e) ., ich (n, 6I K.iu.iiM d.e).

в последнем выражении величина Н С/.б) сокращаетс и вли ние свойств электромагнитного основани устран етс . Таким образом, выбрав коэффициенты суммировани с учетом чувствительностей каналов к толщине получаем . 1 1in the latter expression, the value of H C / .b) is reduced and the influence of the properties of the electromagnetic base is eliminated. Thus, choosing the summation coefficients taking into account the sensitivity of the channels to the thickness is obtained. eleven

&- , A,C,-A,Cg.& -, A, C, -A, Cg.

где Cj и С - коэффициенты суммировани сумматора 15; С и С - коэффициенты суммировани сумматора 16. Аналогично описанному работает устройство при измерении электромагнитных параметров плохо провод пщхwhere Cj and C are the summation coefficients of the adder 15; C and C are the coefficients of the summation of the adder 16. In the same way as the device described above, the device operates when measuring the electromagnetic parameters

покрытий. Предложенный вариант выбора одинаковых условий контрол дл обоих каналов или дл преобразовател и компенсатора может быть реализован дл еще более широкого круга контрольно-измерительных задач, в частности при контроле электромагнитных параметров различных монолитных и слоистых изделий.coatings. The proposed choice of the same control conditions for both channels or for the converter and the compensator can be implemented for an even wider range of measurement and control tasks, in particular when monitoring the electromagnetic parameters of various monolithic and layered products.

Claims

Invention Formula

A device for non-destructive testing of products, containing two measuring channels, each of which is designed as an oscillator, an eddy-current transducer and a compensator connected to it, connected to their outputs of a series-connected amplifier, filter and signal processing unit, the other input of which is connected to an autogenerator, adder connected to the outputs of the processing units, signals, and connected to the adder by the input of the divisible division unit, to the output of which the indicator is connected, characterized in that To increase the accuracy of monitoring and expanding the range of monitored parameters, it is equipped with an additional adder, the inputs of which are connected to the outputs of both signal processing units, the output to the input of the divider of the division unit, and the parameters of the converters and channels are selected from the ratios.

RB Ru-fl 6 & // u. WITH ,

RB / RU s,

(h "+ h,

2 j.

,) Cf;

3

where Rg, I, is the average radius or other; goy characteristic size of the exciting or measuring winding of the converter, m; f is the drive current frequency of the converter, Hz; D (- magnetic constant,

g / m;

S is the specific electrical conductivity of the product material, cm / m; ,

yw is the relative magnetic permeability of the material of the product;

hi, - the shortest distance

from the center of the corresponding winding to the working surface of the converter, m;

C3 are constants selected depending on the range of variation of the monitored parameters. .