вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий
Классы МПК: | G01B7/06 для измерения толщины |
Автор(ы): | Богданов Н.Г., Приходько В.А., Суздальцев А.И. |
Патентообладатель(и): | Орловский государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-02-03 публикация патента:
10.07.2002 |
Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины немагнитных электропроводящих изделий методом вихревых токов. Первый, высокочастотный вихретоковый преобразователь включают в колебательный контур. Разность фаз между высокочастотным возбуждающим сигналом и выходным сигналом первого преобразователя используют для регулировки частоты этого возбуждающего сигнала до соответствия резонансной частоте колебательного контура. Затем формируют низкочастотный возбуждающий сигнал посредством деления частоты высокочастотного возбуждающего сигнала на четный коэффициент и подают его на второй, низкочастотный вихретоковый преобразователь. Коэффициент деления частоты выбирают с учетом типа электропроводящего покрытия. По результатам обработки амплитудно-фазовых значений выходного напряжения второго преобразователя определяют толщину контролируемого покрытия. Благодаря регулировке частоты работы второго преобразователя обеспечивается стабилизация обобщенного параметра
и достигается высокая точность измерения. 1 ил.
Рисунок 1
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184013/946.gif)
Формула изобретения
Вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, заключающийся в том, что формируют высокочастотный и низкочастотный сигналы, которые подают соответственно на первый и второй вихретоковые преобразователи, и по результатам детектирования значений выходного напряжения первого преобразователя регулируют частоту возбуждающего сигнала второго вихретокового преобразователя и определяют толщину контролируемого покрытия по результатам обработки амплитудно-фазовых значений выходного напряжения второго преобразователя, отличающийся тем, что первый вихретоковый преобразователь вводят в колебательный режим, стабилизируют амплитуду его выходного напряжения посредством регулировки амплитуды токовых импульсов возбуждающего высокочастотного сигнала, параллельно детектируют и усиливают разность фаз между высокочастотным возбуждающим сигналом и выходным напряжением первого преобразователя, которую используют для регулировки частоты возбуждающего высокочастотного сигнала до значения, соответствующего резонансу колебательного контура, а низкочастотный возбуждающий сигнал формируют посредством деления частоты высокочастотного сигнала на четный коэффициент и подают на второй вихретоковый преобразователь.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины немагнитных электропроводящих изделий методом вихревых токов. Известен способ двухчастотного контроля толщины электропроводящего покрытия, в соответствие с которым формируют два сигнала, подаваемых на вихретоковые преобразователи, и сравнивают по амплитуде выходные напряжения вихретоковых преобразователей при линейном изменении частоты одного из сигналов от минимального уровня до момента равенства с частотой другого сигнала [1]. Точность такого способа контроля ограничивается изменением скорости и нелинейностью развертки частоты первого сигнала во времени, а также влиянием зазора между вихретоковым преобразователем и контролируемым изделием, поскольку результат преобразования получают посредством обработки только амплитудных параметров сигналов. Известен также способ двухпараметрового контроля, заключающийся в том, что после формирования сигнала, возбуждающего вихретоковый преобразователь, сначала компенсируют его выходное напряжение при наличии в зоне контроля эталонного изделия, толщина которого значительно превышает глубину проникновения электромагнитного поля, а затем измеряют амплитуду и фазу выходного сигнала вихретокового преобразователя, установленного на контролируемое изделие, и по результатам их обработки определяют параметры изделия [2]. Недостатком этого способа является низкая точность измерения в широком диапазоне контролируемых параметров, что связано с возрастанием относительной инструментальной погрешности измерения при уменьшении амплитуды выходного сигнала вихретокового преобразователя в случае увеличения толщины диэлектрического покрытия или увеличения электрической проводимости основы изделия. Эта погрешность обусловлена нелинейностью выпрямительных элементов, применяемых для выделения амплитуды сигнала, и нестабильностью уровней срабатывания формирователей импульсов, используемых в блоке обработки для выделения фазовых параметров, приводящих к резкому повышению погрешности измерения малых сигналов и, как следствие, к снижению достоверности неразрушающего контроля параметров изделий. Точность контроля данным способом практически ограничивается изменением электропроводности изделия, влияющим на результат преобразования. В частности, при контроле толщины медного гальванического покрытия изменение температуры на 10oС приводит к дополнительной погрешности 4% из-за уменьшения электрической проводимости покрытия. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двухчастотный способ неразрушающего контроля изделий, согласно которому формируют высокочастотный и низкочастотный сигналы, возбуждающие вихретоковые преобразователи, первый из которых используют для измерения удельной электрической проводимости изделия, а второй - для измерения его толщины, причем по результатам детектирования параметров высокочастотного выходного напряжения первого преобразователя регулируют частоту низкочастотного возбуждающего сигнала и определяют толщину контролируемого изделия по результатам обработки амплитудно-фазовых параметров выходного напряжения второго низкочастотного преобразователя [3]. Недостатком известного способа является низкая точность контроля при изменении удельной электрической проводимости в широких пределах. Данное положение обусловлено тем, что для обеспечения стабильности обобщенного параметра![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184013/946.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184009/948.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184045/956.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184931/2184931-2t.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184009/948.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184931/2184931-3t.gif)
Амплитуду Uм выходного напряжения преобразователя 3 выделяют детектором 5 и подают на усилитель 6, который выделяет и усиливает разность между амплитудой Uм и опорным U0 напряжением, формируемым источником постоянного напряжения 7. Выходным сигналом усилителя 6 регулируется ток питания преобразователя напряжения в ток 2, и при большом коэффициенте усиления К6 усилителя 6 автоматически стабилизируется на уровне Uм=U0 напряжение на выходе вихретокового преобразователя за счет регулировки амплитуды импульсов возбуждающего тока. Вследствие высокочастотной избирательности колебательного контура, содержащего элементы L3, С4, при воздействии прямоугольных импульсов возбуждающего тока на входе вихретокового преобразователя 3 формируется гармонический сигнал, который преобразуется в импульсную форму формирователем 8. Разность фаз между выходными сигналами генератора 1 и формирователя 8 выделяется фазовым детектором 9, и после низкочастотной фильтрации и усиления с помощью активного фильтра 10 формируется сигнал обратной связи, которым регулируется частота генератора 1. Фактически формирователь 8, фазовый детектор 9 и активный фильтр 10 представляют собой звено фазовой автоподстройки частоты высокочастотного генератора 1 и обеспечивают равенство возбуждающей fвч и резонансной fр частот. Изменение удельной электропроводности контролируемого изделия приводит к изменению вихретоковых потерь на высокой частоте и, соответственно, к изменению эквивалентной индуктивности L3 преобразователя 3 и соответствующему изменению резонансной частоты fр колебательного контура. При этом автоматической подстройкой возбуждающего сигнала, формируемого генератором 1, обеспечивается стабильность обобщенного параметра
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184013/946.gif)
U13 = K13T = K(lnUм12+KU
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184045/981.gif)
где K13 - коэффициент функционального преобразования блока 13;
Uм12,U
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184045/981.gif)
К
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184020/8776.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184011/8804.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184045/956.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184009/948.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184011/8804.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184013/946.gif)
В качестве преобразователя напряжения в ток 2 может быть использован дифференциальный каскад на транзисторах 16 и 17 с регулируемым генератором тока, собранном на транзисторе 18 и резисторе 19, сопротивлением R19. В соответствии с предложенным способом обеспечивается высокая качественная стабилизация обобщенного параметра
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184931/2184931-4t.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184008/8805.gif)
![вихретоковый способ двухчастотного контроля изделий, патент № 2184931](/images/patents/286/2184008/8805.gif)
1. Коноваленко В.В. Двухчастотный толщиномер. Авт. свид. 1078239, кл. G 01 В 7/06, бюл. 9, 1984 г. 2. Беликов Е.Г., Тимаков Л.К. Вихретоковый способ двухпараметрического контроля изделий. Авт. свид. 1608422, кл. G 01 В 7/06, бюл. 43, 1980 г. (прототип). 3. Незамаев С.Р., Бошин С.Н., Шмелев Л.С. Вихретоковый толщиномер. Авт. свид. 1670368, бюл. 30, 1991 г. (прототип). 4. Неразрушающий контроль материалов и изделий. Справочник/ Под. ред. Г. Е. Самойловича. - М.: Машиностроение, 1976, с.215.
Класс G01B7/06 для измерения толщины