Claims (2)
Изобретение относитс к области нераэрушающего контрол материалов и может быть использовано дл измерени толщины листов проката, стенок труб и других изделий из электропроводных материалов с повышенной точностью . Известен вихретоковый толщиномер, содержащий измерительный вихретоковызл генератор, генератор высокой час тоты, фазочувствительный выпр митель и индикатор to Недостатком толщиномера вл етс низка точность измерений из-за нестабильности параметров (|)азоизмерительной схемы. Наиболее близкий к предлагаемому двухчастотный вихретоковый толщиномер содержит два генератора высокой частоты, фильтры верхних и нижних ча тот, вихретоковый преобразователь, широкополосный усилитель, два амплитудных детектора и индикатор С23« Недостатками данного толщиномера вл ютс сложность настройки и трудность обеспечени стабильности характеристик двух каналов преобразовател .. Цель изобретени - повышение точности измерений. Указанна цель достигаетс тем, что вихретоковый толщиномер снабжен балансньм смесителем, входы которого соединены с обоими генераторами, а выход соеданен с параллельно включенными входами фильтров вер щих и ннжних частот, управл емьм делителем напр жени , вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, двухпозиционным автоматическим переключателем , входы которого.соедине с выходами фильтра верхних частот и управл емого делител напр жени , а выход подклочен к соединенным последовательно вихретоковому преобразователю , широкополосному усилителю и детектору, и соединенш 1ми последо3 вательно логарифмическим преобразова Телем, низкочастотным усилителем и фазочувствительным выпр мителем, к выходу которого подключен индикатор а такде усилителем частоты коммутации , вход которого соединен через второй амплитудный детектор с выходом двухпозиционного автоматкнеского переключател , вторым фазочувствительным выпр мителем, вход которого соединен с выходом усилител частоты коммутации, а выход - с опорным вхо дом управл емого делител напр жени и низкочастотным генератором коммута дии, один из выходов которого соеди нен с управл ющим входом двухпозицио ного автоматического переключател , два других выхода - с опорными входа ми фазочувствительных выпр мителей. На фиг. 1 представлена функциональна схема двухчастотного вихретокового толщиномера, на фиг. 2 эпюры напр жений ч Генераторы 1 и 2 высокой частоты (jo и ио, соединены со входами балансного смесител 3, к выходу которого подключены соответственно фильтр 4 нижних частот частота среза / (tj w ), фильтр 5 верхних частот (частота среза а).р ш + }„ ) и управл емый делитель 6 напр жени . Выходы фильтра 5 верхних частот и управл емого делител 6 напр жени сое динены со входами двухпозиционногп автоматического переключател 7. Цепь управлени автоматического переключател 7 подключена к низкочастотном генератору 8 частоты коммутации SI. К выходу двухпозиционного автоматического переключател 7 подключен вихретоковый преобразователь 9, выходом соединенный с последовательно соединенными широкополосным усилителем 10, детектором П, логарифмическим преобразователем 12, низкочастот ным усилителем 13, фазочувствительны выпр мителем 14 и индикатором 15. Од новременно к выходу двухпозиционного автоматического переключател 7 подключены вторые амплитудный детектор 16, усилитель 17 частоты коммутащ и и фазочувствительный выпр митель 18, выход которого соединен с управл ющим входом управл емого делител 6 напр жени . Цепи управлени фазочувствительных выпр мителей 14 и 18 подключены также к генератору 8. Толщиномер работает следующим образом . Колебани 19 генератора 1 Щ Uy cosluu t- - ) смешивают с колебани ми 20 генератора 2 UQ UvtirjCOS ( + 45) в балансном смесителе 3. В результатё смешивани образуютс двухчастотные колебани вида U(t) -|3-U U,cos(V,-,,)t+VV +1 ,cos(,i) где S - крутизна преобразовани балансного смесител 3 U/В). Колебани 21 разностной частоты w -ijUr m.WQ выдел ютс фильтром 4 нижних частот и используютс в качестве зондирующего напр жени , а колебани 22 суммарной частоты 1Ц+и;,ш, выдел емые фильтром верхних частот 5, используютс в качестве компенсирующих , с помощью которых исключаетс вли ние колебаний скорости движени издели и величины зазора датчик изделие . Двукпозиционным автоматическим переключателем 7, управл емым напр жением низкочастотного генератора 8, формируютс пакеты зондирующих и компенсирующих колебаний (23). Частота напр жени генератора 8 выбираетс значительно меньше разностной частоты зондирукодих колебаний Sl«iw -(jU2 . Пакеты напр жений суммарной (компенсирующей) и разностной (зондирующей) частот поочередно поступают на вход вихретокового преобразовател 9. Амплитуда низкочастотного напр жени на выходе датчика зависит от толщины и проводимости контролируемого издели , а также от колебани величины зазора датчик - изделие, скорости движени издели и определ етс соотношением SqA(uJo)K4K6Um Umfos(ouot Vu) (2) Здесь А(ШО) ае - амплитуда разностных колебаний, где а - коэффициент преобразовани , завис щий от геометрических размеров и пространственного расположени вихретокового преобразовател 9; Ь - коэффициент преобразовани , завис щий от электрических и магнитных свойств контролируемого издели и частоты возбуждени ; скорости движени и зазо ра датчик - изделие; Т - толщина контролируемого издели ; S- - крутизна преобразовани ( чувствительность) вихре токового преобразовател 9; К, К - коэффициенты передачи со ответственно фильтра 4 нижних частот и управл емого делител 6 напр жени . Амплитуда высокочастотного напр жени на выходе вихретокового преобразовател 9 определ етс только про водимостью контролируемого объекта и величинами скорости движени издели и зазора датчик - изделие и не зависит от измер емой толщины. Поэтому амплитуда этого напр жени определ етс выражением AUJ а . В соответствии с этим напр жение суммарной частоты на выходе вихретокового преобразовател 9 имеем иэ SgAMK5K Uf U cos(«;t + ,},(3) где Kg и К, - коэффициенты передачи фильтрат 5 верхних частот и амплитудного детектора 1 I . I I Так как в процессе контрол Ug U то на выходе вихретокового преобразовател поочередно присутствуют пакеты низкочастотных и высокочастотных напр жений- разных амплитуд. При автоматическом режиме работы, переключател 7 выходное напр жение вихретокового преобразовател 9 представл ет собой напр жение 24, модулированное как по частоте, так и по амплитуде. В результате этого на вход широкополосного усилител 10 поступает модули рованное напр жение, глубина амплитудной модул ции которого пропорциональна толщине контролируемого издели . Усиленное напр жение 24 выпр мл етс детектором 11 (эпюра 25) и подвергаетс функциональному преобразованию с помощью логарифмического преобразовател 12. Поочередное детектирование (выпр мление) высокочастотного Ug и низкочастотного Uj напр жени исключает вли ни их начальных фаз, соответственно (Ч Ч/) и (), на результат преобразовани . Выходное напр жение 26 логачение действи на вход детектора пакета низкочастотного напр жени линейно зависит от толщины контролиру емого издели : и{г s«en(K,,K,u) ttn(SAKtoK) + ena-c+ЬТ -i+ en(K4KfeU u j, (Ц) где S, - крутизна логари(} 1ического преобразовани () io коэф4«и;иент усилени широкополосного усилител 10; - коэффициент передачи детектора I . В течение действи на детектор высокочастотного напр жени U получаетс соотношение (K,oK,,u) Si«i Г«п(, ) - с + + Pn(KTU«,,Umi)J(5) При автоматическом режиме работы переключател 7 в выходном напр жении логарифмического преобразовател 12 присутствует переменна составл юща 27 напр жени частоты коммутации с амплитудой и.л(й) 5„ CbTfenC j - I,- V ,, Усиление переменной составл ющей напр жений производитс низкочастотным усилителем 13 частоты коммутации с послб.дую1цим его выпр млением фазочувствительным выпр мителем 14. Величина полученного выходного посто нного напр жени равна и,5,гК,.К,,ГьТ.еп(), (7) где Кл, соответственно коэффициент усилени усилител 13 и коэффициент передачи выпр мител 14. Коэффициенты передачи 4ильтров А и 5 высокой и низкой частот, коэффициент передачи управл емого делител 6 напр жени выбраны из услови 1 (или К.К К,). Тогда S. дл этого случа второе Слагаемое в выражении (7) равно нулю tnC-jfr) и величина выходного посто нного напр жени определ етс соотношением 4 .,4bT . Напр жение измер етс с поощью индикатора 15 магнитоэлектрнческой системы, градуированного в единицах толщины издели . Дл автоматического поддержани услови К, выходное напр жение переключател 7 подаетс на детектор 16. Нарушение услови К4.К Kg вызывает .по вление амплитудной модул ции во входном напр жении вихретокового преобразовател 9. Поэтом на выходе детектора 16 вьщел етс пе ременное напр жение частоты коммутации , которое усиливаетс с помощью усилител 17 и выпр мл етс фазочувствительным вьшр мителем 18. Выходное напр жение выпр мител 18 воз действует н.а управл ющий вход управл емого делител 6 в направлении уменьшени разности амплитуд коммути руемых переключателем 7 напр жений. Выбрав достаточно большим коэффициент усилени усилител 17, можно автоматически поддерживать равенство коммутируемых напр жений даже при нестабильных коэффициентах передач фильтров 4 и 5. Таким образом, показани измерительного прибора 15 пропорциональны только толщине контролируемого издели и не завис т от временной и температурной нестабильности фильтров 4 и 5 К . Kj), непосто нства чувствительности токовихревого датчика 9 iSg), коэффициента усилени пшрокополосного усилител 10 (К) и коэффициента передачи детектора 11 (К-и) Кроме того, изменени амплитуд питающих напр жений (U , Ur) не вли ют на результат измерени , так как амплитуды высокочастотного и низкочастотного напр жений определ ютс их произведением и в одинаковой мере завис т от нестабильности обоих генераторов . Аналогично не вли ет на измерение и нестабильность крутизны балансного смесител (S) Благодар поочередному преобразованию низкочас тотного и высокочастотного напр жени одним и тем же усилителем 10, детектором 11 исключено вли ние их параметров на результат измерени ( и К). Автоматической перестройкой делител 6 напр жени исключают вли ние временных и температурных нестабильностей фильтров 4 и 5 на точност измерени ( и Kg) . Колебани зазора и скорости движени контролируемого издели в одинаковой мере вли ю на уровни низкочастотного и высокочастотного напр жени (параметр С), 08 не вызыва дополнительной амплитудной модул ции. Поэтому одноканальна двухчастотна схеМа обладает стабильным нулем, что позвол ет вы вл ть малые отклонени по толщине издели . Формула изобретени Двухчастотный вихретоковый толщиномер , содержащий два генератора высокой частоты, фильтры верхних к нижних частот, вихретоковый преобразователь , широкополосный усилитель, два амплитудных детектора и индикатор, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений, он снабжен балансным смесителем, входы которого соединены с обоими генераторами , а выход соединен с параллельно включенными входами фильтров верхних и нижних частот,управл емым делителем напр жени , вход которого соединен с выходом 4и льтра нижних частот, двухпозиционным автоматическим переключателем, входы которого соединены с выходами фильтра верхних частот и управл емого делител напр жени , а выход подключен к соединенным последовательно вихретоковому преобразователю, широкополосному усилителю и детектору, и соединенными последовательно логарифмическим преобразователем , низкочастотным усилителем и фазочувствительным выпр мителем , к выходу которого подключен индикатор , а также усилителем частоты коммутации, вход которого соединен через второй амплитудный детектор с выходом двухпозиционного автоматического переключател , вторьм фазочувствительньм выпр мителем, вход которого соединен с выходом усилител частоты коммутации, а выход - с опорным входом управл емого делител напр жени и низкочастотным генератором коммутации , один из выходов которого соедииен с управл ющим входом двухпозиционного автоматического переключател , а Два других выхода - с опорными входами фазочувствительных выпр мителей. Источиики информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Неразрушающий контроль металлов и изделий. Под ред. Г.С. Самойловича. М., Машииостроение, 1976, с. 271, рис. 81. The invention relates to the field of non-destructive testing of materials and can be used to measure the thickness of rolled sheets, pipe walls and other products made of electrically conductive materials with increased accuracy. The eddy current thickness gauge is known, which contains a measuring eddy current generator, a high frequency generator, a phase sensitive rectifier and an indicator. A disadvantage of the thickness gauge is the low measurement accuracy due to the instability of the parameters of the azo measurement circuit. Closest to the proposed dual-frequency eddy current gage contains two high-frequency generators, upper and lower frequency filters, an eddy-current transducer, a wideband amplifier, two amplitude detectors, and an indicator C23. The disadvantages of this thickness gauge are the difficulty of tuning two transducer channels. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. This goal is achieved by the fact that the eddy current thickness gauge is equipped with a balanced mixer, the inputs of which are connected to both generators, and the output is connected to parallel inputs of filters of rotary and low frequencies, controlled by a voltage divider, the input of which is connected to the output of the low-pass filter, an automatic two-position a switch, the inputs of which are connected to the outputs of the high-pass filter and a controlled voltage divider, and the output is connected to the series-connected eddy current transducer, a broadband amplifier and detector, and a 1 by successively logarithmic converter with a Tele, a low frequency amplifier and a phase-sensitive rectifier, to the output of which an indicator is connected and also a switching frequency amplifier, whose input is connected via a second amplitude detector with an output of a two-position automatic switch, the second unit, the second unit, which is connected to a two-position auto- matic switch, the second part of which is connected to a two-position automatic circuit breaker, the second one is connected to the headphone and a two-position automatic circuit breaker, the second one is connected to a two-position automatic circuit breaker, the second one is connected to a two-position automatic circuit breaker, the second one is connected to a two-position automatic switch, the second part is connected to a two-position automatic circuit breaker, the second part is connected to a two-position automatic switch the input of which is connected to the output of the switching frequency amplifier, and the output - to the reference input of the controlled voltage divider and low voltage A switching cell generator, one of the outputs of which is connected to the control input of a two-position automatic switch, the other two outputs - to the reference inputs of phase-sensitive rectifiers. FIG. 1 is a functional diagram of a two-frequency eddy current gauge; FIG. 2 voltage plots h High-frequency generators 1 and 2 (jo and io, connected to the inputs of a balanced mixer 3, to the output of which are connected respectively a low-pass filter 4 and a cut-off frequency / (tj w), high-pass filter 5 (cut-off frequency a). R w +} „) and controlled voltage divider 6. The outputs of the high-pass filter 5 and the controlled voltage divider 6 are connected to the inputs of a two-position automatic switch 7. The control circuit of the automatic switch 7 is connected to the low-frequency generator 8 of the switching frequency SI. An eddy current transducer 9 is connected to the output of the on-off automatic switch 7, the output is connected to the series-connected broadband amplifier 10, detector P, logarithmic converter 12, low-frequency amplifier 13, the phase-sensitive rectifier 14 and the indicator 15. At the same time, the output of the two-position automatic switch 7 is connected to the second ones amplitude detector 16, switching frequency amplifier 17 and phase-sensitive rectifier 18, the output of which is connected to the control input th controllable voltage divider 6. The control circuits of phase-sensitive rectifiers 14 and 18 are also connected to the generator 8. The thickness gauge operates as follows. The oscillations 19 of the generator 1 Sh Uy cosluu t- -) are mixed with the oscillations 20 of the generator 2 UQ UvtirjCOS (+ 45) in the balanced mixer 3. As a result of the mixing, two-frequency oscillations of the form U (t) - | 3-UU, cos (V, - ,,) t + VV +1, cos (, i) where S is the steepness of the conversion of the balanced mixer 3 U / B). The oscillations 21 of the difference frequency w –ijUr m.WQ are separated by a lowpass filter 4 and used as a probe voltage, and the oscillations 22 of the total frequency 1C + and; w, separated by a highpass filter 5, are used as compensating which eliminates the effect of fluctuations in the speed of movement of the product and the size of the gap sensor product. A two-stage automatic switch 7 controlled by the voltage of the low-frequency generator 8, sets of probing and compensating oscillations (23) are formed. The frequency of the voltage of the generator 8 is chosen significantly less than the difference frequency of the oscillation probe codes Sl "iw - (jU2. Packages of the total (compensating) and difference (probing) frequency voltages are alternately fed to the input of the eddy current transducer 9. The amplitude of the low-frequency voltage at the sensor output depends on the thickness and the conductivity of the monitored product, as well as from the variation of the gap size, the sensor - product, the speed of the product and is determined by the ratio SqA (uJo) K4K6Um Umfos (ouot Vu) (2) Here A (SHO) ae is the difference amplitude to oscillations, where a is the conversion factor depending on the geometric dimensions and spatial arrangement of the eddy current transducer 9, b is the conversion coefficient depending on the electrical and magnetic properties of the product under test and the excitation frequency, the speed of movement and the gap of the sensor is the product, T is the thickness controlled product; S- - the slope of the transformation (sensitivity) of the vortex of the current transducer 9; K, K are the transmission coefficients, respectively, of the lowpass filter 4 and the controlled voltage divider 6. The amplitude of the high-frequency voltage at the output of the eddy-current transducer 9 is determined only by the conductivity of the object being monitored and the values of the speed of movement of the product and the gap of the sensor-product and does not depend on the measured thickness. Therefore, the amplitude of this voltage is determined by the expression AUJ a. In accordance with this, the voltage of the total frequency at the output of the eddy current transducer 9 is given by SgAMK5K Uf U cos ("; t +,}, (3) where Kg and K, are the transfer coefficients of the high pass filtrate 5 and the amplitude detector 1 I. II So as in the process of controlling Ug U, the output of the eddy current transducer alternately contains packets of low-frequency and high-frequency voltages of different amplitudes. In the automatic operation mode of the switch 7, the output voltage of the eddy-current transducer 9 is voltage amplitude and amplitude. As a result, a modulated voltage is supplied to the input of the wideband amplifier 10. The amplitude modulation depth is proportional to the thickness of the monitored product. The increased voltage 24 is rectified by the detector 11 (plot 25) and subjected to functional transformation by logarithmic converter 12. Alternate detection (rectification) of high-frequency Ug and low-frequency Uj voltage eliminates the influence of their initial phases, respectively (H) and (), on the result of conversion IAOD. The output voltage 26 of the action of the detector of the low-frequency voltage packet on the detector input linearly depends on the thickness of the product being monitored: and {g s «en (K ,, K, u) ttn (SAKtoK) + ena-c + CT -i + en (K4KfeU uj, (C) where S, is the steepness of the logs (} of the first transformation () io is the coefficient 4 "and; the gain amplifier of the wideband amplifier 10; is the transmission coefficient of the detector I. During the action on the high-frequency voltage detector U, the ratio (K, oK, , u) Si "i G" n (,) - c + + Pn (KTU ",, Umi) J (5) With the automatic operation mode of the switch 7 in the output voltage of the logarithmic Brazovatel 12 present variable component of 27 switching frequency voltage with amplitude и (nd) 5 "CbTfenC j - I, - V ,, Amplification of the variable component of the voltage produced by low-frequency amplifier 13 switching frequency with lasting its rectifying the phase-sensitive rectifier 14. The value of the output DC voltage equal to and, 5, GK,. To ,, T.T. (), (7) where Kl, respectively, the gain factor of the amplifier 13 and the transfer coefficient of the rectifier 14. The transfer coefficients 4l A and 5 high and low frequencies The transfer voltage of the controlled voltage divider 6 is chosen from condition 1 (or K.K.K,). Then S. For this case, the second term in the expression (7) is zero (tnC-jfr) and the output constant voltage is determined by the ratio 4., 4bT. The voltage is measured with the encouragement of the indicator 15 of the magnetoelectric system, graded in units of product thickness. To maintain condition K automatically, the output voltage of switch 7 is applied to detector 16. A violation of condition K4. To Kg causes amplitude modulation in the input voltage of the eddy current transducer 9. Therefore, at the output of the detector 16, the switching voltage of the switching frequency which is amplified by an amplifier 17 and rectified by a phase-sensitive rectifier 18. The output voltage of the rectifier 18 influences the control input of the controllable divider 6 in the direction of decreasing the amplitude difference ud commutated by a switch 7 voltage. By choosing a sufficiently large gain factor of the amplifier 17, it is possible to automatically maintain the equality of the switched voltages even with unstable transmission ratios of filters 4 and 5. Thus, the readings of the measuring device 15 are proportional only to the thickness of the product being monitored and do not depend on the time and temperature instability of the filters 4 and 5 To Kj), the non-sensitivity of the eddy current sensor 9 iSg), the gain of the broadband amplifier 10 (K) and the gain of the detector 11 (K-i) In addition, changes in the amplitudes of the supply voltages (U, Ur) do not affect the measurement result, since the amplitudes of high-frequency and low-frequency voltages are determined by their product and depend equally on the instability of both generators. Similarly, it does not affect the measurement and instability of the steepness of the balanced mixer (S). Due to the alternate conversion of low-frequency and high-frequency voltages by the same amplifier 10, detector 11 eliminates the influence of their parameters on the measurement result (and K). By automatic restructuring of the voltage divider 6, the effect of temporal and temperature instabilities of filters 4 and 5 on the measurement accuracy (and Kg) is excluded. The fluctuations of the gap and the speed of movement of the controlled product equally affect the levels of low-frequency and high-frequency voltages (parameter C), 08 without causing additional amplitude modulation. Therefore, the single-channel two-frequency circuit has a stable zero, which allows detecting small deviations in the thickness of the product. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Two-frequency eddy current thickness gauge comprising two high frequency oscillators, high-pass and low-pass filters, a eddy current transducer, a wideband amplifier, two amplitude detectors, and an indicator, characterized in that, in order to improve measurement accuracy, it is equipped with a balanced mixer whose inputs are connected to both generators, and the output is connected to inputs of high and low frequency filters connected in parallel, controlled by a voltage divider, the input of which is connected to the output of 4 and lter of the lower frequency, an on-off automatic switch, whose inputs are connected to the outputs of the high-pass filter and a controlled voltage divider, and the output is connected to an eddy-current converter connected in series, a wideband amplifier and detector, and connected in series with a logarithmic converter, low-frequency amplifier and a phase-sensitive converter, the output of which is connected to the indicator, as well as the switching frequency amplifier, the input of which is connected through the second amplitude detail ktor with two-position automatic switch output, the second phase-sensitive rectifier, whose input is connected to the output of the switching frequency amplifier, and the output to the reference input of a controlled voltage divider, and a low-frequency switching generator, one of the outputs of which is connected to the control input of a two-position automatic switch, and Two other outputs - with reference inputs of phase-sensitive rectifiers. Sources of information taken into account in the examination 1. Non-destructive testing of metals and products. Ed. G.S. Samoylovich. M., Mashiostroenie, 1976, p. 271, fig. 81.
2.Дорофеев А.А. и др. Индукционна толщииометри . М., Энерги , 1978, с. 87, рис. 50 пpoтoтип).2. Dorofeev A.A. and others. Induction thickness measurement. M., Energie, 1978, p. 87, fig. 50 prototype).
V VV V VI V VV VV V VI V V
WHfynHKKHP уWHfynHKKHP
л 7 mmmml Kl 7 mmmml K
Pui.iPui.i
€ €
- i- i
i i
- t- t
-Ь -H