Электромагнитное устройство для неразрушающего контроля

Электромагнитное устройство для неразрушающего контроля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ, содержащее первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобразователем , усилитель, второй колебательный контур, амплитудный детектор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля , оно снабжено нелинейным четырехполюсником , выполненным в виде группы парсшлельно включенных двухдиодных ограничителей, первые входы которых соединены с выхгдом усили теля, источником опорных напряжений соединенным с вторыми входами двухдиодных ограничителей, выходы которых через резисторы соединены с первым колебательным контуром, а выход одного из двухдиодных ограничителей подключен к входу амплитудного детектора, а также резистором , включенным между первым колебательным контуром и входами нелинейного усилителя и второго коле (Л бательного контура, образуя с ним частично-зависимый делитель напряжения .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2500339/25-28 (22) 13.10 ° 82 (46) 30.01.84. Вюл. 9 4 (72) С.П.Володин (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 620.179.14(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 669284, кл. G Ol В 7/06, 1979 °

2. Дорофеев А.Л. и Казаманов Ю.Г.

Электромагнитная дефектоскопия.

М., Машиностроение, 1980, с.132, рис.48 (прототип). (54) (57) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ НЕРАЗРУШИОЩЕГО КОНТРОЛЯ, содержащее первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобразователем, усилитель, второй колебательный контур., амплитудный детектор и индикатор, о т л и ч а—

3(5Р G 01 N 27/90! G 01 В 7/06 ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля, оно снабжено нелинейным четырехполюсником, выполненным в виде группы параллельно включенных двухдиодных ограничителей, первые входы которых соединены с выходом усилителя, источником опорных напряжений соединенным с вторыми входами двухдиодных ограничителей, выходы которых через резисторы соединены с первым колебательным контуром, а выход одного из двухдиодных ограничителей подключен к входу амплитудного детектора, а также резистором, включенным между первым колебательным контуром и входами не- @ .

O линейного усилителя и второго колебательного контура, образуя с ним частично-зависимый делитель напряжения.

1070465

Изобретение относится к неразрушающему контролю электромагнитным методом и может быть использовано, в частности, для контроля радиальных вибраций роторов в системах диагностики механических состояний турбоагрегатов, для дефектоскопии материалов изделий и сварных соединений во всех отраслях машиностроения.

Известно устройство для неразрушающего контроля, содержащее автогенератор, включенный в его колебательный контур вихретоковый преобразователь, подключенный к колебательному контуру амплитудный детектор, связанный с его выходом усилитель постоянного тока и включенный между усилителем постоянного тока и автогенератором блок с нелинейной характеристикой сопротивления, выполненный в виде двухкаскадного активного четырехполюсника, включенного входом к колебательному

20 контуру L11 .

Недостатком данного устройства .является невысокая точность контроля измеряемого параметра из-за отсутствия отстройки от изменений электрофизических свойств ббъекта контроля и нелинейной характеристики получаемого сигнала с вихретокового преобразователя в диапазоне измеряемых зазоров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электромагнитное устройство для нераэрушающего контроля, содержащее

30

35 первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобраэователем, усилитель, второй колебаНедостатками известного устройства являются низкая точность и надежность контроля измеряемого параметра и измерения зазоров иэ-за отсутствия отстройки от изменений электрофиэических свойств объекта контроля (в связи с чем возникает необходимость поддержания опреде45 ленного зазора) и нелинейной зависимости выходного напряжения преобразователя в диапазоне изменяемых зазоров.

Цель изобретения — повышение точ55

60 ности и надежности контроля путем отстройки от электрофизических свойств контролируемого объекта в диапазоне измеряемых зазоров.

Указанная цель достигается тем, что электромагнитное устройство для неразрушающего контроля, содержащее первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобразователем, усилитель, второй колебательный контур, амплитудный де65 тельный контур, связанный с ним ам- 40 плитудный детектор и индикатор Е21. тектор и индикатор, снабжено нелинейным четырехполюсником, выполненным в виде группы параллельно включенных двухдиодных ограничителей, первые входы которых соединены с выходом усилителя, источником опорных напряжений, соединенным с вторыми входами двухдиодных ограничителей, выходы которых через резисторы соединены с первым колебательным контуром, а выход одного иэ двухдиодных ограничителей подключен к входу амплитудного детектора, а также резистором, включенным между первым колебательным контуром и входами нелинейного усилителя и второго колебательного контура, образуя с ним частотно-зависимый делитель напряжения.

На фиг.1 изображена структурная схема электромагнитного устройства для неразрушающего контроля; на фиг.2 — зависимость амплитуды напряжения на выходе нелинейного усилителя от зазора между преобразователем и поверхностью объекта контроля; на фиг.3 — зависимость чувствительности выходного напряжения от зазора; на фиг,4 — зависимость выходного напряжения амплитудного детектора от зазора при настройке устройства для измерения расстояний до ферромагнитных изделий; на фиг.5 — то же, до неферромагнитных изделий.

Электромагнитное устройство содержит первый колебательный контур 1 с вихретоковым преобразователем 2 и конденсатором 3, резистор

4, включенный между первым 1 и вто- рым 5 колебательными контурами и образующий с вторым колебательным контуром 5 .частотно-зависимый делитель 6 напряжения, нелинейный усилитель 7, включенный между частот. но-зависимыми делителем 6 напряжения н входом нелинейного четырехполюсника 8, содержащего группы параллельно включенных двухдиодных ограничителей 9-12 и резисторы 13-16, через которые выход нелинейного четырехполюсника 8 соединен с первым колебательным контуром 1, причем выход одного нз двухдиодных ограничителей 9 подключен к входу амплитудного детектора 17 и через него соединен с индикатором 18, и источник 19 опорных напряжений, соединенный с вторыми входами нелиней.ного четырехполюсника 8. Последовательно включенный первый колеба- тельный контур 1, частотно-зависимый делитель 6 напряжения, нелинейный усилитель 7 и нелинейный четырехполюсник 8 составляют цепь положительной обратной связи. Коэффициент передачи нелинейного четырехполюсника 8 при малых амплитудах напря1070465 жения выбран так, что общий коэффи- равнымй Н и Н, Н» и Н соответстциент передачи цепи положительной, венно. Таким образом, добавляя двух обратной связи больше единицы, диодные ограничители и соответствуюследовательно, в этой цепи возбужда- щим образом выбирая резисторы и уровются электрические колебания на - ни опорных напряжений, можно либо частоте, промежуточной между ре- 5 увеличить диапазон изменения эазо.зонансными частотами контуров 1 и 5. ра Н между вихретоковым преобразоваЭлементы колебательных контуров 1 телем и объектом контроля, либо и 5 выбраны таким образом, что коэф- - уменьшить погрешность 8 . Зависимосфициент передачи в цепи положитель- ти на иг.3 соответствует зависимость ной обратной связи возрастает при 10 выходного напряжения от зазора на увеличении контролируемого .зазора. фиг.2. Эта кривая в отличие от изУстройство работает следующим вестного применения кусочно-линейобразом. ного аппроксилирования сигнала

При поднесении вихретокового пре-, преобразователя на выходе устройства образователя 2 к объекту контроля )5 не содержит изломов, что при числе (не показан) в колебательном конту- участков кусочно-линейной аппроксире 1 возникает напряжение генерации, мации, равном числу двухдиодных огопределяемое зазором между вихрето- раничителей в предлагаемом устройстковым преобразователем 2 и объектом . ве, значительна уменьшает результиконтроля. 20 рующую погрешность Юл °

Формирование линейной зависимос- Отстройка от влияния электрофизити выходного напряжения от зазора . . ческих свойств объекта контроля на между вихретоковым преобразователем показания индикатора 18 достигается и объектом контроля происходит сле- следующим образом. На величину напрядующим образом. 25 жения генерации, определяемую коэффициентом передачи в цепи положитель.

При зазоре Н (Аиг.2 и 3) в ст- ной обратной связи влияет добротройстве возникают электрические ко- ность и резонансная частота колебалебания. При увеличении их амплиту- тельного контура 1. Коэффициент педы угол отсечки напряжения на выходе е ачи в епи .редачи в цепи положительной обратной двухдиодного ограничителя 9 возсвязи уменьшается при уменьшении

:растает, что вызывает уменьшение добротности контура 1 и увеличении коэффициента передачи цепи положитель» расстойки контуров 1 и 5. ной обратной связи. Таким образом, Ьбеспечиваетс б

На фиг.4 показаны зависимости

Ь еспечивается баланс амплитуд при выходного напряжения амплитудного некотором напряжении генерации О .

Это напряжение возрастает с увели-. детектора 17 от величины зазора Н для различных материалов при начением зазора Н. Однако резистор 13 выб ан так вы ран таким образом, что чувствительность изменения напряжения 0 к высокой электроп ово н ( высоко электропроводностью (криизменению зазора Н уменьшается с увеличением зазора Н и при величине цаемостью (например магнитодиэлектно допусТимого значения, определяе- ние сильнее зави ит ие сильнее зависит от зазора вследмого требуемой погрешностью У1 ствие значительной расстройки кон(фиг.з). Напряжение 0 ограничите- 45 туров 1 н 5 Чя ферромагнитных ля 10 выбрано равным амплитуде на- сталей (кривые 3 и 4) резонанснай пряжения генерации на выходе нели- частота контура 1 практически не ° нейного усилителя 7 при зазоре меж- зависит от зазора Н, поэтому кривые ду вихретоковым преобразователем и объектом контроля равном HZ.. При

50 дальнейшем увеличении зазора двух- изменению зазора. При больших задиодный ограничитель 10 открывается зорах изменение расстрой ение расстро ки контуров на часть периода, увеличивая коэф- вследствие ограниченной добротности фициент передачи в цепи положитель- контуров оказывает малое влияние этом слуной обратной связи, Этому соответ- на выходное напряжение. В ствует увеличение и последующее 55 чае кривые для ферромагнитных матеуменьшение чувствительности — межd 0 риалов и материалов с высокой электctH ропроводностью расположены выше, так ду зазорами Н и Н (йнг.3, кривая 2) как указанные материалы вызывают меньшее изменение добротности контувая .1, соответствующая действию 60 ра 1 по сравнению с ферромагнитнытолько двухдиодного ограничителя 9. ми материалами. Пля малых зазоров

Аналогично, вводя ограничители 11 вклад величины расстройки контуров и 12, получаем кривые чувствитель- в уменьшение коэффициента передачи ности д- между величинами зазоров с О В цепи положительной обратной связи для этих материалов становится

1070465

4 более существенным, поэтому при заэРрах меньших Н кривые 1,2 и 5 рас положены ниже кривых 3 и 4.

Таким образом, при настройке контуров на одну частоту обеспечива ется отстройка от влияния электрофиэических свойств объекта контроля практически для всех ферромагнитных сталей. Цополнительным преимуществом такой настройки для целей дефектоскопии является возможность применения устройства при зазоре равном Н, при котором отстройка от электрофизических свойств объекта контроля наблюдается практически для всех электропроводных объектов контроля.

Зависимости выходного напряжения амплитудного детектора 17 от зазора между вихретоковым преобразователем и объектом контроля для случая настройки контура 5 на частоту, меньшую р зонансной частоты колебательного контура 1, представлены на фиг.5. В средних величинах расстройки колебательных контуров 1 и 5 наблюдается совмещение кривых 1 и 2, перекрывающих практически все случаи электропроводных неферромагнитных объектов контроля, начиная от титана (кривая 2) и кончая медью (кривая 1) . При больших величинах расстройки колебательных контуров 1 и 5 кривая 1 для меди располагается ниже., так как медь сильнее, чем титан, влияет на.изменение частоты к,..лебательного контура 1. При,меньших величинах рас» стройки контуров 1 и 5 кривая для титана располагается ниже, так как титан сильнее, чем медь, влияет на изменение добротности колебательного контура 1.

Выделение постоянного напряжения, пропорционального амплитуде гене-рируемого напряжения и, следовательно, пропорциональное контроли1О руемому зазору, происходит следующим образом. На выходе одного из ограничителей 10-12 напряжение представляет собой синусоиду с отсечкой, привязанную к нулевому

15 уровню. Постоянная составляющая напряжения в этой точке изменяется пропорционально генерируемому напряжению, что позволяет избежать применения отдельного амплитудного детектора, заменив его фильтром ниж них частот, что увеличивает частотный диапазон измеряемых переменных зазоров, уменьшает время измерения постоянных зазоров и повышает точность измерения.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность и надежность контроля в автоматизированных системах технической диагностики механического состояния турбоагрегатов и дефектоскопии изделий за счет отстройки от электрофиэических свойств поверхности объекта контроля и линейной обработки выводного сигнала преобразователя.

1070465

Составитель A.Áoäðîâ

Редактор М.Рачкулинец Техред N.Tenep Корректор Г.Решетник

° и

Заказ 11673/42 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4