SU1728785A1

SU1728785A1 - Device has ultrasonic inspection of metals

Info

Publication number: SU1728785A1
Application number: SU904807701A
Authority: SU
Inventors: Сергей Константинович Заславский; Павел Викторович Орьев; Анатолий Иванович Иванов; Евгений Владимирович Холод
Original assignee: Научно-Производственное Объединение "Днепрчерметавтоматика"
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1992-04-23

Abstract

Изобретение относитс к области неразрушающего контрол материалов с помощью электро магнитно-акустических методов и может быть использовано в тол- щинометрии и дефектоскопии/Целью изобретени вл етс повышение достоверности контрол за счет увеличени амплитуды импульса надмагничивающего пол и снижени потребл емой мощности. Генератор импульсов тока возбуждает в контролируемом изделии ультразвуковые колебани . Энерги , накапливаема в обмотке 16 и магнитопроводе 15, с помощью четырехплечего моста, составленного из тиристоров 7-10, возвращаетс в накопительный конденсатор 6 и используетс в следующем цикле измерений. Путем коммутации тиристоров 7-10 обеспечиваетс неизменность направлени тока в обмотке 16. 2 ил.The invention relates to the field of non-destructive testing of materials using electromagnetically-acoustic methods and can be used in thickness and defectoscopy. The aim of the invention is to increase the reliability of control by increasing the amplitude of the impulse of the magnetizing field and reducing the power consumption. The current pulse generator excites ultrasonic vibrations in the controlled product. The energy accumulated in the winding 16 and the magnetic core 15, using a four-arm bridge composed of thyristors 7-10, is returned to storage capacitor 6 and is used in the next measurement cycle. By switching the thyristors 7-10, the current in the winding 16 is constant. 2 sludge.

Description

Изобретение относитс к устройствам дл неразрушающего контрол металлов с помощью электромагнитно-акустических преобразователей и может найти применение дл измерени толщины и вы влени дефектов в листах, трубах и других издели х .The invention relates to devices for non-destructive testing of metals using electromagnetic-acoustic transducers and can be used to measure thickness and detect defects in sheets, pipes and other products.

Известны устройства бесконтактного ультразвукового испытани материалов, использующие вление электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразовани дл возбуждени и приема ультразвука, в которых подмагничивающее поле создаетс импульсным электромагнитом.Non-contact ultrasonic testing devices are known that use the electromagnetic acoustic (EMA) conversion phenomenon to excite and receive ultrasound, in which a magnetic field is created by a pulsed electromagnet.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс устройство дл ультразвукового контрол металлов, содержащее электрически св занные между собой высокочастотный генератор и схему его запуска, последовательно соединенные приемник эхо-сигнала и индикатор, второй вход которого соединен с выходом схемы запуска высокочастотного генератора, триггер Шмитта, генератор импульсов тока, выполненный в виде электрически соединенных в одной точке вентил , конденсатора , тиристора, подключенного управл ющим электродом к выходу триггера Шмитта, ЭМА преобразователь, содержащий электромагнит и измерительную катушку , котора присоединена к высокочастотному генератору и приемнику, а электромагнит подключен к выходу генератора импульсов тока, ограничитель напр жени и двухполупериодный выпр митель, выход которого подключен к входу генератора импульсов тока и к входу ограничител , а выход последнего присоединен к входу триггера Шмитта.The closest to the invention to the technical essence is a device for ultrasonic control of metals, which contains a high-frequency generator electrically connected to each other and a start circuit, an echo receiver connected in series and an indicator, the second input of which is connected to the output of the high-frequency generator starting circuit, Schmitt trigger , current pulse generator, made in the form of a valve electrically connected at one point, a capacitor, a thyristor connected by a control electrode to the output t a Schmitt rigger, an EMA converter containing an electromagnet and a measuring coil, which is connected to a high-frequency generator and receiver, and the electromagnet is connected to the output of the current pulse generator, a voltage suppressor, and a full-wave rectifier whose output is connected to the input of the current pulse generator and to the input of the limiter, and the output of the latter is connected to the Schmitt trigger input.

Недостатком этого устройство вл етс высокое энергопотребление схемы возбуждени импульсной обмотки электромагнита, св занное с тем, что энерги магнитного пол , создаваемого в каждом импульсе, после окончани действи импульса полностью преобразуетс в тепловую энергию, и это не позвол ет достигнуть при малых габаритах устройства высокой достоверности контрол за счет увеличени магнитной индукции подмагничивающего пол , создаваемого электромагнитом в импульсе.The disadvantage of this device is the high energy consumption of the excitation circuit of the pulsed winding of an electromagnet, due to the fact that the energy of the magnetic field created in each pulse, after the end of the action of the pulse, is completely converted to thermal energy, and it does not allow to achieve high confidence in small dimensions of the device control by increasing the magnetic induction of the magnetizing field created by the electromagnet in an impulse.

Цель изобретени - повышение достоверности контрол за счет увеличени амплитуды импульса подмагничивающего пол и снижени потребл емой мощности.The purpose of the invention is to increase the reliability of control by increasing the amplitude of the pulse of the magnetizing field and reducing the power consumption.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл ультразвукового контрол металлов, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов тока, состо щий из накопительного конденсатора иThis goal is achieved by the fact that a device for ultrasonic testing of metals, containing a series-connected current pulse generator, consisting of a storage capacitor and

схемы коммутации разр дного тока, схему запуска, генератор зондирующих импульсов и электромагнитно-акустический преобразователь , состо .щий из электромагнита сa switching current switching circuit, a starting circuit, a probe pulse generator, and an electromagnetic-acoustic transducer consisting of an electromagnet with

импульсной обмоткой, подключенной к генератору импульсов тока, и высокочастотного приемно-излучающего индуктора, и последовательно соединенные приемник эхо-сигнала, подключенный к выходу высо0 кочастотного приемно-излучающего индуктора и блока обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы запуска, снабжено последовательно соединенными нуль-компаратором и формирова5 телем управл ющих импульсов, двунаправленным электронным ключом, вход которого объединен с входом нуль-компаратора и предназначен дл подключени к источнику питани , выход подключен кa pulse connected to a current pulse generator and a high-frequency receiving-emitting inductor, and an echo receiver connected in series, connected to the output of a high-frequency receiving-emitting inductor and a signal processing unit, the second input of which is connected to the output of the starting circuit, are connected in series a null comparator and a control pulse shaping body, a bidirectional electronic key, the input of which is combined with the null comparator input and intended for connection to the power supply, the output is connected to

0 накопительному конденсатору, а вход управлени соединен с выходом формировател управл ющих импульсов, схема коммутации разр дного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состо щего из0 to the storage capacitor, and the control input is connected to the output of the control pulse former, the switching current switching circuit is made in the form of a four-arm bridge consisting of

5 четырех тиристоров, диагональ переменного тока которого подключена к накопительному конденсатору, а диагональ посто нного тока вл етс выходом генератора импульсов тока.5 of four thyristors, the AC diagonal of which is connected to a storage capacitor, and the DC diagonal is the output of the current pulse generator.

0 На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эпюры импульсов напр жени и тока, вырабатываемых в процессе работы устройства .0 FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 - diagrams of voltage and current pulses produced during operation of the device.

5 Устройство дл ультразвукового контрол металлов состоит из генератора 1 зондирующих импульсов и схемы 2 его запуска, приемника 3 эхо-сигнала и блока 4 обработки сигнала, генератора 5 импульсов тока,5 A device for ultrasonic testing of metals consists of a probe pulse generator 1 and its start circuit 2, an echo receiver 3 and a signal processing unit 4, a current pulse generator 5,

0 содержащего накопительный конденсатор 6 и четыре тиристора 7-10, нуль-компаратора0 containing a storage capacitor 6 and four thyristors 7-10, null comparator

11,двунаправленного электронного ключа11, bidirectional electronic key

12,формировател 13 управл ющих импульсов , ЭМА преобразовател 14, содер5 жащего электромагнит 15 импульсной обмотки 16 и высокочастотный приемно-из- лучающий индуктор 17.12, the driver 13 of the control pulses, the EMA converter 14, which contains the electromagnet 15 of the pulse winding 16 and the high-frequency receiving-emitting inductor 17.

Вход генератора 1 зондирующих импульсов подключен к выходу схемы 2 егоThe input of the generator 1 probe pulses connected to the output of the circuit 2 it

0 запуска, Приемник 3 эхо-сигнала соединен последовательно с блоком 4 обработки сигнала , второй вход которого соединен с выходом схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсов.0 start, the Receiver 3 of the echo signal is connected in series with the signal processing unit 4, the second input of which is connected to the output of the starting pulse generator circuit 2.

5Вход нуль-компаратора 11 соединен с5The input of the zero comparator 11 is connected to

первой шиной подключени источника переменного тока, нуль-компаратор 11 последовательно соединен с формирователем 13 управл ющих импульсов. Выводы импульсной обмотки 16 электромагнита 15соединены с синхронизирующими входами схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсов . Высокочастотный приемно-излучаю- щий индуктор 17 соединен с выходом генератора 1 зондирующих импульсов и с входом приемника 3 эхо-сигнала. Двунаправленный электронный ключ 12 включен между первой шиной подключени источника переменного тока и первым выводом накопительного конденсатора 6, второй вывод которого присоединен к второй шине подключени источника переменного тока. Четыре тиристора 7-10 образуют четырехплечий мост, диагональ переменного тока которого подключена к выводам на- копительного конденсатора, в диагональ посто нного тока включена импульсна обмотка 16 электромагнита, управл ющие электроды тиристоров 7-10 присоединены соответственно к первым четырем выводам формировател 15 управл ющих импульсов (не показано), а п тый выход формировател 13 управл ющих импульсов подключен к управл ющему входу двунаправленного электронного ключа 12 (не показано).the first bus connection of the AC source, the null comparator 11 is connected in series with the driver 13 of the control pulses. The findings of the pulse winding 16 of the electromagnet 15 are connected to the clock inputs of the starting circuit 2 of the probe pulse generator. The high-frequency receiving-emitting inductor 17 is connected to the output of the generator 1 of probe pulses and to the input of the receiver 3 of the echo signal. A bidirectional electronic switch 12 is connected between the first bus connection of the AC source and the first output of the storage capacitor 6, the second terminal of which is connected to the second bus connection of the AC source. Four thyristors 7-10 form a four-shoulder bridge, the diagonal of the alternating current of which is connected to the terminals of the collecting capacitor, the pulse winding 16 of the electromagnet is connected to the diagonal of the direct current, the control electrodes of the thyristors 7-10 are connected respectively to the first four terminals of the driver 15 of the control pulses (not shown), and the fifth output of the control pulse generator 13 is connected to the control input of the bidirectional electronic key 12 (not shown).

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Переменное напр жение 18 с шины подключени источника переменного тока поступает на вход нуль-компаратора 11 и через него на вход формировател 13 управл ющих импульсов. Импульсы напр жени 19 на выходе нуль-компаратора соответствуют положительным полупериодам входного переменного напр жени . Фронт и спад этих импульсов используютс вформи- рователе 13 управл ющих импульсов как начальные моменты времени циклов формировани управл ющих импульсов.AC voltage 18 from the bus connection of the AC source is fed to the input of the zero comparator 11 and through it to the input of the driver 13 of the control pulses. The voltage pulses 19 at the output of the zero comparator correspond to positive half cycles of the input alternating voltage. The front and decay of these pulses are used in the control puller formative 13 as the initial times of the control pulse formation cycles.

Формирователь 13 управл ющих им- пульсов вырабатывает на п том выходе в первой половине каждого полупериода управл ющий импульс 20, поступающий на управл ющий вход двунаправленного электронного ключа 12. Двунаправленный элек- тронный ключ 12 (семистор) открываетс после того, как возрастающее (по величине) входное напр жение 18 станет больше напр жени на накопительном конденсаторе 6 (соответствующие участки полупериодов показаны штриховкой на эпюре 18), и закрываетс в тот момент времени, когда начинаетс спад входного напр жени (по абсолютной величине). В цикле, соответствующем положительному полупериоду входного напр жени , на первом и втором выходе формировател 13 управл ющих импульсов формируетс импульс 21, отпирающий тиристоры 7 и 9. Накопительный конденсатор 6 разр жаетс через импульсную обмотку 16 электромагнита 15 и перезар жаетс с изменением пол рности напр жени на обкладках. При этом энерги магнитного пол возвращаетс в конденсатор . После исчезновени тока в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 тиристоры 7 и 9 закрываютс и начинаетс цикл, соответствующий отрицательному полупериоду входного напр жени . После подзар да накопительного конденсатора 6 через двунаправленный электронный ключ 12 на 3-м и 4-м выходах формировател 13 управл ющих импульсов вырабатываетс импульс 22, отпирающий тиристоры 8 и 10. Накопительный конденсатор 6 разр жаетс через импульсную обмотку 16 электромагнита 15 и перезар жаетс с изменением пол рности напр жени на обкладках.The control pulse shaper 13 produces, at the fifth output in the first half of each half-period, a control pulse 20, which arrives at the control input of a bi-directional electronic key 12. The bi-directional electronic key 12 (semistor) is opened after the increasing (by value ) the input voltage 18 will become greater than the voltage on the storage capacitor 6 (the corresponding portions of the half periods are shown by hatching on plot 18), and closes at that time point when the input voltage starts to decrease (in absolute terms). tnoj value). In the cycle corresponding to the positive half-cycle of the input voltage, a pulse 21 is formed at the first and second output of the driver 13 of the control pulses, unlocking the thyristors 7 and 9. The storage capacitor 6 is discharged through the pulse winding 16 of the electromagnet 15 and recharges with a change in the voltage polarity on the plates. The energy of the magnetic field is then returned to the capacitor. After the current in the pulse winding 16 of the electromagnet 15 disappears, the thyristors 7 and 9 close and the cycle corresponding to the negative half-period of the input voltage starts. After charging accumulative capacitor 6, a bi-directional electronic switch 12 is generated at the 3rd and 4th outputs of the driver control generator 13 and a pulse 22 is generated, which unlocks the thyristors 8 and 10. The storage capacitor 6 is discharged through the pulse winding 16 of the electromagnet 15 and is recharged with change in polarity of the voltage on the plates.

Направление разр дного тока 23 в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 не измен етс в процессе работы устройства. Ток 23, протека по импульсной обмотке 16 электромагнита 15, создает импульс магнитного пол . В синхронизирующую цепь схемы запуска генератора зондирующих импульсов подаетс напр жение, формируемое генератором импульсов тока, нагруженным на импульсную обмотку электромагнита. Во врем импульса тока это напр жение равно напр жению на накопительном конденсаторе в процессе его разр да и переразр да через импульсную обмотку электромагнита. Величиной и знаком этого напр жени определ етс фаза разр да. При нулевом напр жении на накопительном конденсаторе ток в импульсной обмотке 16 максимальный. В этот момент на выходе схемы 2 вырабатываетс импульс, которым включаетс генератор 1 зондирующих импульсов и блок 4 обработки сигнала. Радиоимпульс, формируемый генератором 1 зондирующих импульсов, проход по излучающей катушке высокочастотного при- емно-излучающего индуктора 17, создает вихревые токи в контролируемом металле.The direction of the discharge current 23 in the pulse winding 16 of the electromagnet 15 does not change during the operation of the device. Current 23, flowed through the pulse winding 16 of the electromagnet 15, creates a pulse of a magnetic field. A voltage generated by the current pulse generator loaded on the pulsed winding of the electromagnet is supplied to the synchronizing circuit of the starting circuit of the probe pulse generator. During a current pulse, this voltage is equal to the voltage across the storage capacitor during its discharge and re-discharge through the pulsed winding of the electromagnet. The magnitude and sign of this voltage determines the discharge phase. At zero voltage on the storage capacitor, the current in the pulse winding 16 is maximum. At this moment, the output of circuit 2 produces a pulse, which turns on the probe pulses generator 1 and the signal processing unit 4. The radio pulse generated by the probe pulse generator 1, the passage through the radiating coil of the high-frequency receiving-radiating inductor 17, creates eddy currents in the controlled metal.

При взаимодействии вихревых токов с магнитным полем импульсной обмотки 16 возникают знакопеременные силы Лоренца , которые создают в металле ультразвуко- вые колебани . При обратном ЭМА преобразовании ЭДС наводитс в измерительной катушке высокочастного приемно- излучающего индуктора 17. Эта ЭДС усиливаетс приемником 3 эхо-сигнала и поступает в блок 4 обработки сигнала. По величине и положению эхо-сигналов оцениваютс параметры контролируемого металла .When the eddy currents interact with the magnetic field of the pulsed winding 16, alternating Lorentzian forces arise, which create ultrasonic oscillations in the metal. In the case of reverse EMA conversion, the emf is induced in the measuring coil of the high-frequency receiving-emitting inductor 17. This emf is amplified by the echo receiver 3 and is fed to the signal processing unit 4. The magnitude and position of the echoes are used to estimate the parameters of the monitored metal.

Таким образом, за счет рекуперации энергии магнитного пол в накопительномThus, due to energy recovery, the magnetic field in the accumulative

Claims

the capacitor 6 after each discharge (when the inertial re-discharge with a change in polarity of the voltage on the plates) reduces the power consumption. In this case, the direction of the discharge current in the impulse winding 16 of the electromagnet 15 is constant and no reversal of the core of the electromagnet 15 occurs. A decrease in power consumption leads to an increase in reliability and a decrease in overheating of the device, which makes it possible to increase the reliability of the control. Apparatus of the Invention A device for ultrasonic control of metals, containing a series-connected current pulse generator, consisting of a storage capacitor and a discharge current switching circuit, a starting circuit, a probe pulse generator, and an electromagnetic-acoustic transducer consisting of an electromagnet with a pulse winding connected to a generator current pulses, and high-frequency receiving-emitting

and

ten

15

20

25

an inductor, and an echo receiver connected in series, connected to the output of a high-frequency receiving and radiating inductor and a signal processing unit, the second input of which is connected to the output of the triggering circuit, characterized in that it is equipped with series-connected zero -comparator and driver of control pulses, bidirectional electronic key, the input of which is combined with the input of the null comparator and intended for connection to a power source, the output is connected to the storage capacitor, and the control input is connected to the output of the control pulse generator, the switching current switching circuit is made in the form of a four-arm bridge consisting of four thyristors, the AC diagonal of which is connected to the storage capacitor, and the diagonal of the DC current is the output of the pulse generator current.

and

18

21

22 J

23

BUT

f

BUT

P

FIG. Z