SU983527A1 - Вихретоковое измерительное устройство - Google Patents

Description

(54) ВИХРЕТОКОВОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относитс  к электрома нитной дефектоскопии, в частности, к вихретоковым устройствам дл  нераз рушаюших измерений параметров электр провод щих труб и отверстий в электройровод щих издели х, например в металлизации печатных плат. Известно вихретоковое измеритель 1ое устройство, содержащее генератор вихретоковой преобразователь, блок /ангшоговой обработки сигналов и индикатор 11 j. Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность из-за вли ни  колебаний характеристик объекта контрол  и внешних условий на показани  устройства. Известно также вихретоковое измерительное устройство содержащее последовательно соединенные генератор , блок вихретокового преобразовател , блок обработки сигналов, цифровой контроллер и блок вывода информации , механизм перемещени  блока вих|)етокового преобразовател , подключенный к цифровому контроллеру, а также блок тестов, входы которого подключены к генератору и цифровому контроллеру, а выход - к блоку вихретокового преобразовател  L2J. Однако дл  известного устройства характерна недостаточна  точность измерений , котора  ограничена погрешностью блока тестов и погрешност ми, вызванными изменением характеристик объекта контрол , например удельной электрической проводимостью, и параметров вихретокового преобразовател  под вли нием внешних условий, например температуры. Цель изобретени  - повышение точности вихретокового измерительного устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в вихретоковое измерительное устройство , содержащее генератор, последовательно включенные блок вихретокового преобразовател , блок обработки сигналов, цифровой контроллер и блок вывода информации, а также механизм перемещени , включенный между цифровым контроллером и блоком вихретокового преобразовател , введены блок формирователей и усилитель с автоматической регулировкой усилени , генератор выполнен в виде управл емого синтезатора частоты, при этом выход генератора соединен с входом блока формирователей, выход синусоидешьного напр жени  которого

соединен с первым входом усилител , управл ющие выходы цифрового контроллера соединены с входами генератора, первый и второй импульсные выходы блока формирователей соединены с двум  тактовыми входами блока обработки сигналов, а выход усилител  соединен с входом возбуждени  вихретокового преобразовател , выход обратной св зи которого соединен с вторым входом усилител .

Кроме того, блок обработки сигналов вихретокового измерительного устройства выполнен в виде последовательно соединенных управл емого фильтра, управл емого усилител , аналогового запоминающего блока и аналого-цирового преобразовател , при этом вход управл емого фильтра соединен с входом блока обработки сигналов, тактовые входы аналогового запоминающего блока соединены с тактовыми входами блока обработки сигналов, управл ющие входы управл емого фильтра, управл емого усилител , аналогового запоминающего блока и аналого-цифрового преобразовател  соединены с управл ющими входами блока обработки сигналов, а выход аналого-цифрового преобразовател  соединен с выходом блока обработки сигналов.

На фиг. 1 изображена структурна  схема вихретокового измерительного устройства; на фиг. 2 - блок вихретокового преобразовател ; на фиг. 3 -.блок обработки сигналов.

Применение устройства наиболее эффективно дл  неразрушающего контрол  металлизации отверстий печатны плат, поэтому дл  простоты и больше  сности изложени , в дальнейшем оно описано на примере использовани  его дл  измерени  толщины металлизации отверстий печатных плат.

Автоматизированное вихретоковое измерительное устройство (фиг. 1) содержит генератор 1, блок 2 формир вателей, вход которого соединен. с выходом генератора 1, усилитель 3 с .автоматической регулировкой усилени , первый вход которого подключен к выходу синусоидального напр ж ни  блока 2 формирователей, блок 4 вихретокового преобразовател , вход возбуждени  которого соединен с выходом усилител  3 с автоматической регулировкой усилени , выход обратной св зи подключен к второму входу блока усилител  3 с автоматической регулировкой усилени , блок 5 обработки сигналов, один вход которого соединен с выходом блока 4 вихретокового преобразовател , а два тактовых входа - с первым и вторым импульсными выходами блока 2 формирователей , цифровой контроллер б, выходы которого подключены к входам блока 7 вывода информации, управл ющим входом механизма 8 перемещений блока вихретокового преобразовател , управл ющим входом генератора 1 и

блока 5 обработки сигналов. Входы цифрового контроллера подключены к выходам блока 5 обработки сигналов и механизма 8.

Блок 4 вихретокового преобразовател  (фиг. 2) содержит вихретоковый преобразователь 9, возбуждающа  обмотка 10 которого соединена с выходом усилител  3 с автоматической регулировкой усилени , компенсирующий усилитель 11, первый вход которого подключен к измерительной обмотке 12 вихретокового преобразовател  9, а выход соединен с входом блока 5 обработки сигналов, трансформатор 13, первична  обмотка 14 которого включена последовательно с возбуждающей обмоткой 10, а вторична  обмотка 15 соединена с вторыми входами усилител  3 с автоматической регулировкой усилени  и компенсирую щего усилител  11,

Блок 5 обработки, сигналов (фиг.З) содержит управл емый фильтр 16, один вход которого подключен к выходу

0 компенсирующего усилител  11, управл ющие входы соединены с выходами цифрового контроллера б, управл емый усилитель 17, вход которого подключен к выходу управл емого фильтра

с 16, а управл ющие входы соединеныс выходами цифрового контроллера 6, аналоговый запоминающий блок 18, вход которого подключен к выходу управл емого усилител  17, два тактовых входа соединены с первым и вторым

0 импульсными выходами блока 2 формирователей , а управл ющие входы подключены к выходам цифрового контроллера б, аналого-цифровой преобразователь 19, входы которого соединены с „ выходами аналогового запоминающего блока 18, управл ющие входы - с выходами цифрового контроллера 6, а выходы - с входами последнего.

Блок 2 формирователей выполнен

на основе псэследовательно включенных первого компаратора, интегратора и второго компаратора.

Управл емый фильтр 16 -и управл емый усилитель 17 выполнены на основе цифро-аналогового преобразовател  и операционных усилителей с регулируемыми сопротивлени ми на полевых транзисторах в цеп х обратной св зи. Аналоговый запоминающий

0 блок 18 выполнен на базе схем выборки-хранени .

Блок 7 вывода информации выполнен в виде цифрового индикатора и, печатающего устройства, а механизм 8 пе5 ремёщений базе шаговых двигателей.;.

Устройство работает следующим образом .

В соответствии с заданной программой цифровой контроллер 6 выдает и принимает по своим выходам и входам соответственно, информацию в двоичных кодах.

Цикл измерени  состоит из (п + 1 тактов. В п вспомогатель1.л.1Х тактах измер ютс  известные толщины , .. . , Ти металлизации в отверсти х образцов, а в основном такте - толщина TO металлизации в отверстии печатной платы. Толщина образцов и диаметр, отверстий в них соответственно равны толщине и диаметру отверсти  печатной платы.

- Каждый такт измерени  начинаетс  с выдачи цифровым контроллером б в генератор 1, выполненный в виде управл емого синтезатора частоты, когда частоты..

где. I удельна  электрическа  проводимость и магнитна  проницаемость металлизации i-го отверсти ;

i 1 ,2 п + 1 .

Генератор 1 вырабатывает высокочастотные и стабильные колебани  с частотой f. Они преобразуютс  блоком 2 формирователей в два импульсных квадратурных напр жени  и синусоидальное напр жение с частотой . Синусоидальный ток с выхода блока 2 формирователей усиливаетс  усилителем 3 с автоматической регулировкой усилени , работсшэщим в режиме источНика тока, и. поступает в возбуждающую обмотку 10 вихретокового преобразовател  9 и первичную обмотку 14 трансформатора 13. Усилитель 3 с автоматической регулировкой усилени  поддерживает посто нным напр жение и на вторичной обмотке 15, установившеес  после включени  устройства. Напр жение О холостого хода измерительной обмотки 12 вследствие этого также поддерживаетс  посто нным.

Цифровой контроллер выдает в механизм 8 перемещений блока 4 вихре;токового преобразовател  код координат 1-го отверсти . Последний устанавливает вихретоковый преобразователь 9 соосно с отверстием и вводит его в отверстие..

Вихревые токи, возбуждаемые в металлизации отверсти  возбуждающей обмоткой 10, создают в измерительной обмотке 12 напр жение й(Т), завис щее от толщины металлизации i Напр жение ОСТд) u с измерительной обмотки 12 поступает на первый вход компенсирующего усилител  11, на второй вход которого подаетс  напр жение О со вторичной обмотки

15. Компенсирующий.усилитель 11 усиливает напр жение О ( )+U - кб , где K«i- . Усиленное напр жение поступает в блок 5 обработк.и сигналов ..

Цифровой контроллер 6, когда 5 вихретоковый преобразователь 9 занимает рабочее положение в отверстии, выдачей кодов на соответствующие входы устанавливает полосу пропусканий управл емого фильтра 16, соответствующего частоте , и режим выборки аналогового запоминающего блока 18.

. Управл емый фильтр 16 выдел ет первую гармонику частоты сигнала, а управл емый усилитель 17 усиливает его с коэффициентом K-f. Аналоговый запоминающий блок 18 по спадам импульсов квадратурных напр жений с импульсных выходов блока 2 формирователей запоминает реальную и

0 мнимую составл ющие синусоидального сигнала и по команде цифрового контроллера 6 переходит в режим хранени . Аналого-цифровой преобразователь 19, управл емый цифровым контроллером б, преобразует R.- и в двоичные коды и выдает их в цифровой контроллер б. В первом такте измерени /Т naxjTi,0 (Tt);mcix} ОСГ)1 цифровой контроллер б, измен   по

Q итерационному алгоритму код на входах управлени  управл емого усилите- . л  17, устанавливает коэффициент /Усилени  К, при котором напр жени  бч л1 ® превышают предела изменени  входного напр жени  ангшого5 цифрового преобразовател  19. Коэффициент усилени  Kjj не мен етс  затем в течение всего цикла измерени . Этим обеспечиваетс  масштабирование сигналов.

0

Результаты (п + 1) тактов измерени  можно представить в виде

и-

v))-Cla.U)Ti «. -t-Qv, (i)T

-. )TM+. +

(1) %4Г-ОЛ-Ь) ... -av,(

где VV + Irrv;

(t) .aj t)ay,(t) - коэффиcQ циенты математической модели градуировочной характеристики устройства, включа  вихретоковый преобразователь. Искомое значение толщины Тд металлизации в отверстии печатной платы определ етс  из уравнени  (2) при

55 подстановке в него значений коэффициентов ), a(t),...,a(t), полученных решением системы уравнений (1) Эти операции выполн ет цифровой контроллер 6.

60

Цикл измерени  заканчиваетс  вь1дачей кода Тд в блок 7 вывода инфор .мации, например на цифровой индикатор .

Аналогично можно измер ть удельную 65 электрическую проводимость металлизации в отверсти х печатных плат. Геометрические параметры отверстий образцов и печатных плат при этом должны быть соответственно идентичны , а удельные электрические проводимости , металлизации 7а.,..-Уп различны и , .,

Таким образом, зк:ачительно снижаетс  пог;ре1дность, вызванна  изменением параметров устройства под вли нием внешних условий,, так как в каждом цикле измерени  продолжительностью менее 1 с искома  величина определ етс  с учетом текущих значений коэффициентов градуировочной характеристики .

Коррелированна  составл юща  погрешности измерени  снижаетс  поддержанием с помощью генератора 1 и усилител  3 с автоматической регулировкой усилени  посто нства оптимального значени  обобщенного параметра контрол  и напр жени  холостого хода вихретокового преобразовател  9, а также применением метода образцовых мер.

Некоррелированна  составл юща  погрешности измерени , св занна  с воздействием случайных импульсных помех, снижаетс  применением управл  емого фильтра 16 с полосой пропускани , соответствующей сигналу, и аналогового запоминающего блока 18, осуществл ющего выборку за врем  менее 10 с.

Точность измерений обеспечиваетс  точностью- изготовлени  образцов, превышакйдей точность блока тестов известного устройства. Образцы выполн ютс  по прецизионной технологии, а изменение их параметров под вли нием внешнихоусловий, например темпе .ратуры, идентично изменению однородных параметров объекта контрол  и не вли ет на погрешность измерений.

Испытани  устройства показали, что точность измерени  им толщины металлизации в отверсти х печатных плат в 2 раза выше, чем у известного устройства, при этом предлагаемое .вихретоковое измерительное устройство позвол ет осуществл ть контроль металлизации отверстий печатных плат в технологическом процессе их производства .

Claims (2)

1. Вихретоковое измерительное устройство , содержащее генератор, последовательно включенные блок вихретокового преобразовател , блок обработки сигналов, цифровой контролер и блок вывода информации, а также механизм перемещени , включенный между цифровым контроллером и блоком вихротокового преобразовател , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены блок формирователей и усилитель с автоматической регулировкой усилени , генератор выполнен в виде управл емого синтезатора частоты, при этом выход генератора соединен с входом блока формирователей, выход синусоидального напр жени  которого соединен с первым.входом усилител , управл ющие выходы цифрового контроллера соединены с входами генератора, первый и второй, импульсные выходы блока

0 формирователей соединены с двум  тактовыми входами блока обработки сигналов , а выход усилител  соединен с входом возбуждени  блока вихретокового преобразовател , выход обратной

5 св зи которого соединен с вторым входом усилител .

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок обработки сигналов выполнен в виде последовательно соединенных управл е- мого фильтра, управл емого усилител , аналогового запоминающего блока и аналого-цифрового преобразовател ,

5 при этом вход управл емого фильтра соединен с входом блока обработки сигналов, тактовые входы аналогового запоминающего блока соединены с тактовыми входами блока обработки

Q сигналов, управл ющие входы управл емого фильтра, управл емого усилител , аналогового запоминающего блока и аналого-цифрового преобразовател  соединены с управл ющими входами блока обработки сигналов, а выход

аналого-цифрового преобразовател  соединен с выходом блока обработки

чгналов..

Источники информации, 50 прин тые во внимание при экспертизе

1. Приборы дл  неразрушающего контрол  материалоЁ и изделий. Справочник под ред. В.В. Клюева. М., Машиностроение, 1977, т. 2. с. 326. 55 2. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2954205/25-28, кл.. G 01 N 27/90, 27.01.81

IF

-N

К/

S

Фиг. 5