SU1379715A1 - Устройство дл вихретокового контрол - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано дл  контрол  качества электропроводных изделий, в частности контрол  рассто ни  до электропровод щих поверхностей, контрол  качества сплавов по их удельной электропроводности. Целью предлагаемого изобретени   вл етс  повьшение точности измерений, повышение быстродействи , расширение области применени  за счет по влени  возможности определени  магнитных характеристик материалов. Принцип работы устройства дл  вихретокового контрол  заключаетс  в том, что сигнал с измерительной обмотки вихретокового преобразовател  3 суммируетс  с некоторым опорным сигналом. Сигнал, пропорциональный модулю вектора, вносимого в преобразователь напр жени , и сигнал, пропорциональный модулю векторной суммы, поочередно подаютс  на вход аналого-цифрового преобразовател  7 и ввод тс  в микропроцессор 8, где обрабатываютс  в соответствии с заданной программой контрол . 1 ил. $ сл

Description

: | со

:л

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  решени  задач неразрушающего контрол  методом вихревых токов, в частности дл  измерени  рассто ний до электропровод щих поверхностей и контрол  физико-механических свойств электропровод щих изделий.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение точности измерений за счет снижени  приборной погрешности, повьппе- ние быстродействи  и расширение области применени  за счет по влени  возможности определени  магнитных характеристик материалов.

На чертеже представлена блок-схема устройства дл  вихретокового контрол  .

Устройство дл  вихретокового кон- трол  содержит управл емый по частоте и амплитуде генератор 1, трансформа- .тор 2, последовательно соединенные вихретоковый преобразователь 3, первый буферный усилитель 4, первый ам- плитудный детектор 5, коммутатор 6, аналого-цифровой преобразователь 7, микропроцессор 8 и индикатор 9, причем второй и третий выходы микропроцессора 8 подсоединены к управл ющим входам генератора 1 и коммутатора 6 соответственно, а также последовательно соединенные управл емый делитель 10 напр жени , сумматор 11, второй вход которого соединен с выходом буферного усилител  А, и второй ампли- тудньй детектор 12, выход которого подключен к второму входу коммутатора 6. Управл юпщй делитель 10 состоит из последовательно соединенных второго буферного усилител  13, вход которого ,  вл ющийс  первым входом управл емого делител  10, подключен к вторичной обмйтке трансформатора 2, ре- зистивного делител  14, в одно из плеч которого включен резисторный оп- трон 15, третьего амплитудного детектора 16 и пропорционально-интегрирующего регул тора 17, управл ющий вход которого  вл етс  управл ющим входом управл емого делител  10 напр жени  и подключен к выходу первого амплитудного детектора 5, а выход пропорционально-интегрирующего регул тора 17 подключен к управл ющему входу оптрона 15, Выходом управл емого де- лител  10  вл етс  вход третьего амплитудного детектора 16, Первична  обмотка трансформатора 2 включена

между выходом генератора 1 и входом преобразовател  3.

Устройство дл  вихретокового контрол  работает следующим образом.

Управл емый микропроцессором 8 по частоте и амплитуде выходного сигнала генератор 1,запитывает вихретоковый преобразователь 3. Выбор частоты и амплитуды тока возбуждени  определ етс  оператором в соответствии с решаемой задачей.

Сигнал с измерительной обмотки вихретокового преобразовател  3 поступает на вход первого буферного услител  4, где усиливаетс  и подаетс  на входы первого амплитудного детектора 5 и сумматора 11, где векторно суммируетс  с некоторым сигналом (Ад), поступающим с выхода управл емого делител  10 напр жени , входным сигналом дл  которого  вл етс  напр жение на вторичной обмотке трансформатора 2. Управл ющим сигналом дл  делител  10 напр жени   вл етс  выходное напр жение первого амплитудного детектора 5.

Сигнал, пропорциональный модулю вектора, вносимого в вихретоковый преобразователь 3 напр жени  (А ), снимаемый с выхода первого амплитудного детектора 5, и сигнал, пропорциональный модулю векторной суммы (AJ), формируемый на выходе второго амплитудного детектора 12, поочередно с помощью управл емого микропроцессором 8 коммутатора 6 подаютс  на вход аналого-цифрового преобразовател  7, преобразуютс  в двоичный код и вывод тс  в микропроцессор 8, где обрабатываютс  в соответствии с заданной программой контрол . Результат обработки выводитс  на индика- - тор 9.

Рассмотрим работу устройства на примере двухпараметрового контрол  - одночастотного измерени  рассто ни  до электропровод щей немагнитной поверхности (h) и измерени  удельной электрической проводимости (б).

Анализ сигналов накладного вихретокового преобразовател , расположенного над провод щим полупространством , показывает, что

Ь,(А,„, Ag coscf); ( , A coscf).

(1) (2)

где (f - фаза вносимого напр жени  относительно вектора опорного напр жени , который ортогонален вектору тока возбуждени . Таким образом, зна  А ц и , по соотношени м (1) и (2) можно определить h и G . При этом величину Ар„ cos ц получают следующим образом.

Осуществл   съем информации с обоих детекторов 5,12, микропроцессор 8 сначала опрашивает первый амплитудный детектор 5, сигнал на выходе которого пропорционален Ag . Управл емый делитель 10 напр жени  вьфабатывает опорный сигнал, амплитуда которого равна амплитуде выходного напр жени  первого буферного усилител  4. На вход управл емого делител  10 подаетс  сигнал с вторичной обмотки трансформатора 2, которьй усиливаетс  вторым усилителем 13 и подаетс  на резистивный делитель 14. На выходе третьего амплитудного детектора 16 формируетс  напр жение, величина которого равна амплитуде сигнала на выходе делител  14. Оно подаетс  на второй вход пропорционально-интегрирующего регул тора 17, на другой вход которого подаетс  вы- ходной сигнал с первого амплитудного детектора 5. На выходе регул тора 17 по вл етс  сигнал управлени  оптро- ном 15, измен ющим сопротивлени  одного из плеч делител  14 до тех пор, пока входные напр жени  регул тора 17 не сравн ютс . При этом амплитуда сигнала на входе амплитудного детектора 16 равна амплитуде сигнала на входе амплитудного детектора 5.

Выбира  коэффициенты передач обоих плеч векторного сумматора 11 одинаковыми , получаем на его выходе векторную сумму двух одинаковых по модулю напр жений, т.е. Л А,,А,(3) . Выходной сигнал сумматора 11 детектируетс  вторым амплитудным детектором 12 и также вводитс  в микропроцессор 8. Введенные величины (А и А) подвергаютс  обработке в соответствии с нижеследующим алгоритмом. С Учетом (3) и теоремы косинусов можно записат

А 2A -2Acos ,

но Acoscf и  вл етс  искомой величиной . Следовательно

Асов cf А AL 2А

Таким образом, обработав совместно вводимую информащпо в соответствии с (1), (2) и (4), можно определит искомые величины h и СЗ . Так как предлагаемое устройство не гарантирует ортогональность вектора А, вектору тока возбуждени , то в более общем случае необходимо рассматривать уравнени 

h f, (А, Acos(tf+ucf)); (5) С - fjCA, Acos(if + utf)), (6)

где uCf-угол между вектором А, и вектором , строго ортогональным вектору тока возбуждени .

Дл  использовани  (5) и (6) необходимо знать 6( . Наход т &(р с помощью микропроцессора 8 решением системы уравнений, например, дл  h, задава  некоторые калибровочные величины зазоров h, hj

h, f,(A,, A,cos(cf,+uq)),h f (A,, A,,cos(q),+&(f)),

д J5 20 25 , Q

ь

40

55

что разрещимо относительно uCf .

Предлагаемое устройство обладает более высоким быстродействием данной схемы, так как вектор опорного напр жени  в любой момент по модулю равен вектору вносимого напр жени  и нет необходимости в участии микропроцессора 8 в работе управл емого делител  10 напр жени , что значительно сокращает врем , необходимое дл  одного измерени , и позвол ет вести контроль при быстро измен ющихс  параметрах объекта контрол  (например, контроль в потоке).

Кроме того, благодар  введению в схему трансформатора 2 по вл етс  возможность определени  знака угла фазы вносимого напр жени  относительно вектора тока возбуждени , т.е. можно определ ть магнитные свойства материала.

При стремлении cf к О , что имеет место на практике, Aj. уменьшаетс . Это приводит к тому, что при преобра- зовднии напр жени , пропор1щонального А в цифровой код допускают значительные ошибки в определении о , так как дл  расчета G можно воспользоватьс  приближенной формулой

G ktg (90 -cf),

где k - некотора  функци  зазора.

Значение tg(90 -Cf) при малых Cf на- ход т приближенно из формулы

tg(90 -if)« . z

Например, аналого-цифровой преобразователь работает с погрешностью ±3 единиць. Если , а А 100 и

G k -

А

г

мы получаем относительную погрешность, достигающую 7%, что недопустимо. Но благодар  тому, что вектор опорного сигнала А ортогонален вектору тока возбуждени  и , имеетс  возмож- ность за счет увеличени  коэффициен тов передачи амплитудных детекторов 5,12 или коэффициента передачи сумматора 11 раст нуть А на всю шкалу аналого-цифрового преобразовател  7. При зтом относительна  погрешность уменьшаетс  до 1,2%. Таким образом, предлагаемое устройство дл  вихрето- кового контрол  позвол ет повысить точность и стабильность измерений, уменьшить врем  измерени  и расширить область применени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  вихретоковбго контрол , содержащее управл емый по частоте и амплитуде генератор, последовательно соединенные вихретоковый преобразователь, буферный усилитель,

   с

   с

   5

   0 5 о

   5

   д

   первый а1чплитудный детектор, коммутатор , аналого-цифровой преобразователь , микропроцессор, второй и третий выходы которого подключены соответственно к входу генератора и второму входу коммутатора, и индикатор, и последовательно соединенные управл емый делитель напр жени , сумматор, второй вход которого соединен с выходом буферного усилител , и второй амплитудный детектор, выход которого подключен к третьему входу коммутатора , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений , быстродействи  и расширени  области применени , оно снабжено трансформатором, первична  обмотка которого включена между выходом управл емого генератора и входом вихре- токового преобразовател , а его вторична  обмотка подключена к первому входу управл емого делител  напр жени , который выполнен в виде последовательно соединенных второго буферного усилител , вход которого  вл етс  первым входом управл емого делител  напр жени , резистивного делител , в одно из плеч которого включен резистивный оптрон, а выход резистивного делител   вл етс  выходом управл емого делител  напр жени , третьего амплитудного детектора, и пропорционально - интегрирующего регул тора , второй вход которого подключен к выходу первого амплитудного детектора и  вл етс  вторым входом управл емого делител  напр жени , а его выход подключен к управл ющему входу оптрона.