Способ селективного обнаружения металлических предметов

Х СПУЬЛИН 51 01 Ч Э/11 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКПРИ ГКНТ СССф ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПЛЬСТВ К АВТОРСКОМУ ий инсти-.при Томсе НИЯ 1(46) 23.09,90,Бюл. У 35.тут электронной интроскопииком политехническом институтим. С.М.Кирова(56) Авторское свидетельство СССР(54) СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО ОБНАРУЖМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРЕДМЕТОВ(57) Изобретение касается обнаружния скрытых металлических предме, преимущественно ферромагнитных,непроводящей среде с использованиемпеременного, магнитного поля (индукционных обмоток). Цель изобретения -повышение селективности обнаружения.Три ортогональные обмотки возбуждения эапитывают тремя отличающимисяпо частоте гармоническими токами.Измеряют три ортогональные пространственные компоненты индуцированногомагнитного момента. Выделяют их гармонические составляющие каждой иэтрех частот токов возбуждения, находят по этим составляющим комплекс"ные магнитные моменты, соответствующие случаям намагничивания предметапо осям магнитной анизотропии, хозначениям которых судят о физическихсвойствах предмета, 2 ил.Изобретение относится к техникеобпаружезгця скрытых ферромагнитныхпредметов.Цель изобретения - повышение се 5лективностн обнаружения металличес-ких предметов.Па Фиг. изображено взаимодействие магнитного поля вихретоковогопреобразователя с металлическим пред метом; иа фцг.2 - структурная схемаустройства реализующего предлагаемый способ.Сущность предлагаемого способазакточается в следующем. Три взаимно ортогоцальцые Обмотки возбужде"ция Б У, Ы,запцтываются гармониЧЕСКЦМП тОКНМИ З.,= 1 81 ПСьЗС, 1,=вз.пауз1 1 81 пд р, где 1Х, 1 - амплитуды токов, (д), )з 2, 20И - круговые частоты, отличающиесяодна от другой ца величицуньз.=У -Я,=У-О. Величину 1 Ы выбиразот из соображений воэможности частотного раз-,деления сигналов частотой О Оз, 25Ы равцси в , Здесь Т - время пзмере,1, ьция, определяемое главным Образомпостоянной времени изменения полезного сигнала,Таки, протека)ощие в обмотках возбуждения, созцают в контрслируемсйзоне вихретсксвого преобразователя магцйтиое поле, имеющее гармонические составляющие трех частот сд У, И, Будем считать, что в зоне ксцтроля составляющие Но, и Внапряженности возбуждающего мазцитцого поля для разных частот сртсгсцальцы и равны пс амплитуде (пряк тз 1 ч е с хи это может быть достигнуто выбором соответству)ощих размеров и конфигурации обмоток), а металлический предмет имеет форму тела вращения циЛИНДРаь ЗЛЛНПСОЦДаь СфЕРСИДа К топь) для которсгс характерно Наличие одной оси магнитной аиизотроции, совпада)ощей с осью тела вращения, Направление Осей хссрдннат выбирают совпадающими с направлензвзмц ортсгональцых составляющих Н Во, Но 2 вектОРа цйпРЯженцости ВозбУкдсБО щего магнитного поля, Иеталлцчесхий предмет, помещенный в зону контроля, обусловливает возникновение вторич" ного магнитного поля, характеризую 55 щегося вектором индуцированного мага, нитного момента ш, Вектор ш можно представить векторцой суммой ортогональиых пространственных компонент шкф щ Ш 2. В общем случае, когда форма металлического предметаотлич- на от сферической, а ось его магнитной анизотропии не совладает с на" правлениями векторов Бока "ов "ов модули векторов ш, ш , ш 2 имеют каждый по три гармонические составляющие, обусловленные магнитными полямн всех трех частот Ш к ШК +ШК 2+Ш К Э Ш ф Ш+Ш,+ШзШ 2 = Ш 21+Ш 21 Ш 23Здесь числовые индексы гармони" ческих составляющих соответствуют индексам каждой из трех частот, Выражения, определяющие величины составляющих магнитных моментовшк, =И совок 81 п(са,т+Ц + +и Е 1 П 2 вСВЗПСа,е+ЦВ),тсщсоЫсомИ ссо(исС+) ) - -И 881 пЪ 1 з-Юв).) фшз-совЫсовЫ И 81 п(цз+с )- -И ж(ц з:+Ц ),ш,=совЫ.савЫИа 81 пЯ,1+)- -И 81 пЪ, +Цв)Ш=И сов 2 Ы 81 п(41+Ча) +И 83 п 2 81 п(О+Ча)шцз совсовв ДИа 81 п(Я С+ И 81 й(О +ф,),Ъ,Ш 2 =ссвЫсовЫвИ 81 п(Я) С+Ц) ) И 81 п(Я 1+Ц )ш =совы 1 совЫ ИавХп(ы 2 г+Ц ) И ваап(и з.(Дв)Ш 23 Иасое сс 2 81 П(ИЗС+%ф)+ +И,вз.пЫ, 81 пСМ,З-К,Ц )2) где совЫ, сова, совЫ 2 - направляющие косинусы оси магнитной анизотропии предмета (в данном случае сов" падающей с его продольной осью), И, Ср и Ив, Ч)о - амплитуды и фазы ИНДУКЦНРОВацЦЫХ ПРОДОЛЬНОГО Ш,ь, И ПопеРечнсго ш о магнитных мсмецтон пРеД" мета для случаев намагничивания предмета в переменном поле соответственно при параллельной и перпендикулярной ориентациях вектора напряженцос" ти всзбуждазощего магнитного поля и продольной оси предмета.Величины продольного и поперечного магнитных моментов являются цацбО3 14 лее удобными информативными параметрами, которые можно испольэовать для селективного обнаружения металлических предметов вихретоковыми методами, поскольку они несут информацию как о геометрических, так и электро" магнитных параметрах объекта контроля и це зависят от его ориентации в зоне контроля, Определение комплексных продольного и поперечного магнитных момецтов осуществляется по" средством измерения гармонических составляющих пространственных компонент вектора индуцированного магнитного момента щк э щам ф щз фф щэ и решения системы уравнений (2) относительно искомых величин.4/На фиг.2 приведен пример устройства, реализующего пре)слагаемый способ. Оцо содержит генераторы первой 1, второй 2 и третьей 3 частот, вихретоковый преобразователь (ВТП) с системой трех ортогональных возбуждающих обмоток 4 и системой трех ортогоцальцых измерительных обмоток 5, компецсаторы 6, 7 и 8 начальных напряжений ВТИ, синхронно-фазовые Фильтры 9-17 и решающий блок 18.Устройство работает следующим образом. Возбуждающими обмотками 4, запцтываемыми от генераторов, создается в зоне контроля переменное магнитное поле, пространственные составляющие которого изменяются по гармоническим законам с частотами и О, И. Напряжения измерительных обмоток 5 по" даются ца входы компецсаторов начальных напряжений, в которых.осуществляется взаимная компенсация соответствующих начального напряжения ВТП и комгецсцрующнх напряжений, формируемых нз напряжений генераторов. Подстройкой амплитуд и фаз компенсирующихнапряжений добиваются того, что прн отсутствии в зоне контроля металлического предмета выход" ные напряжения компенсаторов б, 7 и 8 бывц вггцы цлтюНаличие в зоне контроля металлического предметаобусловливает появление вторичногомагнитного поля и изменение напря-жеши измерительных обмоток. Пс сколЬ. -ку компецсаторами 6, 7, 8 обеспечивается компенсация начальных напряжений, то на нх выходах выделяютсявносимые напряжения ВТП. Величинывносимых напряжений первой, второй 47107, .4и третьей измерительцьп, обмоток про"порциоцальны соответственно величи"нами пространственных компонент щ,-ъ лщ) щх ицРУЦНРОванного магнитногомомента щ.Гармонические составляющие вносимых напряжений,пропорциональные соответствующие гармоническим состав ляющим магнитного момента частотой4 щнщ щп выделяются соответственно синхронно-фазовыми фильтрами 9, 12, 15, опорными напряжения"ми которых является выходное напря" 1 Б жение генератора 1, частотой сд 3 щщ, щт " фильтрами 10, 13, 16,опорными напряжениями которых являетсявыходное напряжение генератора 2,частотой ящ, щ р, щ х - фильт 2 О рами 11 14 17 Опорными напряжениями которых является выходное напряжение генератора Э, В качествевыходных напряжений синхронно-Фазовых фильтров в данном случае исполь", 25 зуются выходные напряжения Фильтровнизкой частоты, входящих в составсинхронно-Фазовых Фильтров и определяющих их частотную избирательность. Напряжения ца первых выходах Зо Фильтров 9-17 пропорциональны сицФазцым (относительно Фазы опорныхцапрямеций) составляющим измеряемыхсигналов, а напряжения на вторыхвыходах Фильтров - квадратурцым составляющим измеряемых сигналов. Такииобразом, выходные напряжения с Фильтров 9-17 являются инфрацизкочастот 4ными сигналами, постоянные времениизменения которых равнь постояццыи 4 О времени огибающих вносимых напряжений ВТП, а мгновенные значения пропорциональны соответствующим действительным и мнимым частям комплексных магнитных моментов.Решающим блоком 1.8 осуществляетсявычисление действительных и мнимыхчастей комплексных продольного ипоперечного магнитных моментов (илиих амплитуд н Фаэ).По найденным величинам комплексных магнитных моментов, соответствующих случаям намагничивания металлического предмета по осям магнитнойацизотропни, и их соотношениям судято размерах, Форме и материале предБб мета.Формула иэ обретенияСпособ селективного обнаруженияметаллических предметов, основанный1 М 71 ва возбуждения тремя взаимно ортоговапьными обмотками переменного магнитного поля и измерении пространствеиньа компонент вектора индуцированБ ного магнитного момента, .о т л и ч ам щ и й с я тем, что, с целью по. еьйненил селективйости обнаружения, обмотки возбуждения одновременно записывают тремя отличающимися по час-. 1 О тоте.гармоническими токами, измеряют три ортогональные пространственные07 компоненты "индуцированного магштного момента, выделяют их гармонические составляющие, соответствующие кшкдой из трех частот токов возбуждения, находят по этим составляющим комплексные магнитные моменты, соответствую- щие случаям намагничивания предмета по осям магнитной анизотропии по значениям которых судят о раз мерах, Форме и матариале .предметаОду