электромагнитный дефектоскоп для обнаружения коррозионных повреждений стенок ферромагнитных конструкций

Формула изобретения

Электромагнитный дефектоскоп для обнаружения коррозионных повреждений стенок ферромагнитных конструкций, содержащий последовательно соединенные генератор, трансформаторный накладной преобразователь, включающий возбуждающую, измерительную, компенсационную и дополнительную измерительную обмотки, образующие две дифференциальные измерительные пары, первая из которых связана с фазометром, а вторая - с усилителем, выход фазометра через сумматор соединяются с индикатором, а второй его вход - с генератором, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и информативности контроля, дефектоскоп дополнительно снабжен амплитудным детектором, мультиплексором, аналого-цифровым преобразователем, двумя трехкаскадными усилителями, тремя сумматорами, четырьмя цифроаналоговыми преобразователями, микропроцессорным программно управляемым контроллером; дополнительная измерительная обмотка размещается за пределами обмотки возбуждения на расстояние трех ее диаметров, дополняется второй компенсационной обмоткой, располагаемой над измерительной и образующей вторую дифференциальную пару с осью, перпендикулярной оси возбуждающей обмотки; измерительные каналы дифференциальных пар выполняются параллельными, состоящими из последовательно включенных первого каскада усилителя, фазометра в первом канале и амплитудного детектора во втором, первого сумматора, второго каскада усилителя, второго сумматора, третьего каскада усилителя; сумматоры своими вторыми входами подключаются к выходам цифроаналоговых преобразователей, выходы амплитудного детектора, фазометра, вторых и третьих каскадов усилителей через мультиплексор соединяются с входом аналого-цифрового преобразователя; микропроцессорный контроллер через адресную шину и шину данных связан с генератором, цифроаналоговыми и аналого-цифровым преобразователями, мультиплексором, третьими каскадами усилителей, а функции двухтактной компенсации, автоматического регулирования усиления и кусочно-линейной аппроксимации выполняются в контроллере программно.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля (НК) деталей, узлов и конструкций из ферромагнитных марок сталей.

Известно устройство для вихретокового контроля коррозионных повреждений ферромагнитных изделий, содержащее последовательно соединенные генератор, трансформаторный преобразователь накладного типа, включающий возбуждающую, измерительную и компенсационную катушки индуктивности и фазометр, соединенный своим вторым входом через фазовращатель с генератором и индикатором [1].

Недостатком такого устройства является низкая информативность контроля, так как устройство не позволяет обнаруживать протяженные коррозионные повреждения с плавными заходными зонами из-за использования дифференциального преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для вихретокового контроля коррозионных повреждений металлических изделий, содержащее последовательно соединенные генератор, трансформаторный накладной преобразователь, включающий возбуждающую, измерительную, компенсационную и дополнительную измерительную катушки индуктивности, образующие две дифференциальные измерительные пары, первая из которых связана с фазометром, а вторая - с компенсатором, подключенным вторым входом к генератору, усилителем, вторым фазометром, выходы фазометров через сумматор соединяются с индикатором, а вторые их входы через фазовращатели с генератором [2].

К числу недостатков этого устройства можно отнести низкую чувствительность к подповерхностным дефектам из-за применения накладного вихретокового преобразователя, у которого существенное влияние на глубину проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду оказывает геометрический фактор (ослабление поля с ростом расстояния от торца преобразователя).

Целью данного изобретения является повышение чувствительности дефектоскопа к протяженным коррозионным повреждениям, расположенным как на наружной, так и внутренней сторонам стенки конструкции.

Эта цель достигается за счет того, что дефектоскоп дополнительно снабжен амплитудным детектором, мультиплексором, аналого-цифровым преобразователем, двумя трехкаскадными усилителями, тремя сумматорами, четырьмя цифро-аналоговыми преобразователями, микропроцессорным программно управляемым контроллером; дополнительная измерительная обмотка размещается за пределами обмотки возбуждения на расстояние трех ее диаметров, дополняется второй компенсационной обмоткой, располагаемой над измерительной и образующей вторую дифференциальную пару с осью, перпендикулярной оси возбуждающей обмотки; измерительные каналы дифференциальных пар выполняются параллельными, состоящими из последовательно включенных первого каскада усилителя; фазометра в первом канале или амплитудного детектора во втором, первого сумматора, второго каскада усилителя, второго сумматора, третьего каскада усилителя, при этом сумматоры своими вторыми входами подключаются к выходам цифроаналоговых преобразователей, выходы амплитудного детектора, фазометра, вторых и третьих каскадов усилителей через мультиплексор соединяются с входом аналого-цифрового преобразователя, микропроцессорный контроллер через адресную шину и шину данных связан с генератором, цифроаналоговыми и аналого-цифровым преобразователями, мультиплексором, третьими каскадами усилителей, а функции двухтактной компенсации, автоматического регулирования усиления и кусочно-линейной аппроксимации выполняются контроллером программно.

На чертеже представлена структурная схема дефектоскопа. Дефектоскоп состоит из трансформаторного накладного преобразователя 1, содержащего возбуждающую 2 и две дифференциальные пары измерительных 3.1 и 3.2; 4.1 и 4.2 обмоток, из которых 3.2 и 4.2 - измерительные, 3.1; 4.1 - компенсационные, контролируемого изделия 5, генератора 6, первых каскадов усилителей 7, 8, амплитудного детектора 9, фазометра 10, цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 11, 14, 17, 20, сумматоров 12, 13, 18, 19, вторых 15, 16 и третьих 21, 22 каскадов усилителей, цифрового индикатора 23, мультиплексора 24, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 25, микропроцессорного контроллера 26.

Измерительные пары обмоток 3.2 и 3.1; 4.2 и 4.1 включены встречно. Измерительные обмотки 4.2, 4.1 размещаются за пределами обмотки возбуждения 2 на расстояние L, равное трем диаметрам обмотки 2 (L=3d). Оси катушек 2 и 4 взаимно перпендикулярны. Благодаря этому электромагнитное поле преобразователя в зоне расположения измерительной пары обмоток 4.2 и 4.1 содержит в основном продольную составляющую напряженности H_x, величина которой снижается по толщине Т стенки контролируемого изделия в основном только за счет скин-эффекта (влияние геометрического фактора в значительной степени подавлено). Влияние скин-эффекта ослабляют за счет выбора электромагнитного поля низкой частоты (f=10-200 Гц). При этом такое расположение обмоток 4.2 и 4.1 выполняет роль компенсатора начальной ЭДС преобразователя, обусловленной ортогональной составляющей H_z обмотки возбуждения 2.

Электромагнитное поле в зоне расположения измерительных обмоток 2.1 и 2.2 содержит все три составляющие напряженности поля Н_х, Н_у, H_z , причем существенный вклад вносит вертикальная составляющая H_z. Ее величина по направлению Z в значительной мере зависит от диаметра обмотки возбуждения и расстояния h, и поэтому в этой зоне поле проникает в контролируемое изделие на небольшую глубину.

Электромагнитный дефектоскоп работает следующим образом.

С помощью возбуждающей обмотки 2 в контролируемом изделии 5 возбуждается низкочастотное электромагнитное поле, которое распространяется по толщине Т контролируемого изделия 5 в разных его зонах по-разному. В зоне расположения измерительной пары 3.2 и 3.1 поле проникает в основном в поверхностные и подповерхностные слои объекта контроля, а в зоне расположения измерительной пары 4.2 и 4.1 - на всю толщину Т, ослабляясь только за счет скин-эффекта. Поэтому сигналы измерительной пары 3.2 и 3.1 несут информацию о появлении коррозионных повреждений на наружной (относительно электромагнитного преобразователя 1) стороне стенки изделия, а сигналы обмоток 4.2 и 4.1 - о коррозионных повреждениях как наружной, так и внутренней сторон. По этой причине в измерительном канале обмоток 3.2 и 3.1 измеряется амплитуда сигнала, в измерительном канале обмоток 4.2 и 4.1 - фаза. Информативные сигналы обмоток 3.2 и 3.1; 4.2 и 4.1, усиленные в первых каскадах усилителей 7 и 8, поступают соответственно на амплитудный детектор 9 и фазомер 10, на выходе которых измеренные амплитуда и соответственно фаза преобразуются в постоянное напряжение. На бездефектном участке контролируемого изделия эти напряжения компенсируются на сумматорах 12 и 13, на вторые входы которых подаются компенсирующие напряжения, формируемые с помощью ЦАП'ов 11,14 после измерения АЦП 25 компенсируемых напряжений. Недокомпенсированные напряжения поступают далее на вторые каскады усилителей 15, 16 и вторым тактом компенсируются с помощью сумматоров 18,19, ЦАП''ов 17, 20, АЦП 25. Выбор компенсируемого напряжения производится с помощью мультиплекатора 24. Далее измеряемые напряжения подаются на третьи каскады усилителей 21, 22 и измеряются АЦП для дальнейшей обработки в микропроцессорном контроллере 26, включая линеаризацию зависимостей измеряемых напряжений от глубины коррозионного повреждения с использованием кусочно-линейной аппроксимации, а также коррекцию показаний фазового канала в соответствии с величиной сигнала канала амплитудного, за счет чего выравнивается чувствительность фазового канала к внутренним и наружным коррозионным повреждениям стенок изделия. Все операции, связанные с выбором частоты генератора 6, с двухтактной компенсацией информативных сигналов, выбором измеряемого с помощью АЦП 25 напряжения, автоматической регулировкой усиления третьих каскадов усилителей 22, 23, линеаризацией функциональных зависимостей U_выx=f(Т), управлением цифровым индикатором 23, производятся в микропроцессрном контроллере программно. Осуществление двухтактной компенсации существенно повышает чувствительность дефектоскопа к толщине стенки изделия, а значит к глубине поражения коррозией металла изделия.

Источники информации

1. Дефектоскопия, 1968, № 5, с.113.

2. Авт. свид. № 838545, G01 № 27/90. Опубликовано 15.06.81, Бюллетень № 22.