Цифровой вихретоковый измеритель электропроводности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК заев б О 1 х 27/9 гйПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(56) 1. Авторское свидетельство СССР557311, кл. Й 01 1 х 27/90, 1977.2, Авторское свидетельство СССР по заявке3409966, кл. б 01 ч 27/90, 1982 (прототнп).(54) (57) ЦИФРОВОЙ ВИХРЕТОКОВЬ 1 Й ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, содержащий соединенные последовательно генератор качающейся частоты, вихретоковый преобразователь, усилитель-формирователь, первый элемент И и два счетчика, соединенные последовательно второй усилитель-формирователь, подключенный к выходу вихретокового преобразователя, и второй элемент И, второй вход которого подключен к первому усилителю-формирователю, а выход-к входу вычитания второго счетчика, третий элемент И, инверссные входы которого подключены к выходам усилителей-формирователей, а выход - к входам управления счетчиков, и генератор опорной частоты, подключенный к входам первого и второго элементов И, отличающийся,ЯО 1104407 А тем, что, с целью повышения надежностив работе, он снабжен регистром, подключенным к выходу второго счетчика, элементомИЛИ, первый вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, авторой предназначен для соединения с гнездом Пуск, четвертым элементом И, первый и второй входы которого подключенык усилителям-формирователям, а выходсоединен с входом установки регистра, первым триггером, вход установки которогоподключен к выходу элемента ИЛИ, а входсброса - к выходу четвертого элемента И,прямой выход соединен с третьими входамитретьего и четвертого элементов И, пятымэлементом И, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, а второй - с выходом первого усили- Жтеля-формирователя, вторым триггером,вход установки которого подключен к вы- ЦГфходу пятого элемента И, а вход сброса пред- дффффназначен для подключения к гнезду Пуск,и третьим триггером. вход установки которого соединен с инверсным выходом второго триггера, вход сброса подключен к вы- фффффходу пятого элемента И, вход синхрониза- а 4ции - к выходу первого усилителя-формирователя, а прямой выход - к входу управ- рления генератора качающейся частоты ивходам первого, второго и четвертого элементов И. СРПоставленная цель достигается тем, что цифровой вихретоковый измеритель электропроводности, содержащий соединенные последовательно генератор качающейся частоты, вихретоковый преобразователь, усилитель-формирователь, первый элемент И и два счетчика, соединенные последовательно второй усилитель-формирователь, подключенный к выходу вихретокового преобразователя,и второй элемент И, второй вход которого подключен к первому усилителю- формирователю, а выход подключен к вхо 50 55 Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных материалов в машиностроении, аваации и других областях техники.Известно устройство для измерения удельного электрического сопротивления немагнитных электропроводящих материалов, содержащее соединенные последовательно возбуждающий генератор синусоидального 1 О напряжения, усилитель мощности, вихретоковый датчик, фазовый детектор, генератор импульсов, счетчик импульсов, блок управления частотой возбуждающего генератора, дешифратор, вход которого подсоединен к выходу счетчика импульсов и входу блока управления частотой возбуждающего генератора и цифровой индикатор, соединенный с выходом дешифратора 1) .Недостатком устройства является снижение точности измерения, обусловленное 20 наличием зоны нечувствительности и дрейфом порога срабатывания генератора импульсов, а также погрешностью блока управления частотой возбуждающего генератора.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой вихретоковый измеритель электропроводности, содержащий соединенные последовательно генератор качающейся частоты, вихретоковый преобразователь, усилитель-формирователь, первый элемент И и два счетчика, зо соединенные последовательно второй усилитель-формирователь, подключенный к выходу вихретокового преобразователя и второй элемент И, второй вход которого подключен к первому усилителю-формирователю, а выход подключен к входу вычитания 35 второго счетчика, третий элемент И, инверсные входы которого подключены к выходам усилителей-формирователей, а выходк входам управления счетчиков, и генератор опорной частоты, подключенный 4 О к входам первого и второго элементов И 12) .Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы в условиях помех.Целью изобретения является повышение 45 надежности в работе. ду вычитания второго счетчика, третий элемент И, инверсные входы которого подключены к выходам усилителей-формирователей, а выход - к входам управления счетчиков, и генератор опорной частоты, подключенный ко входам первого и второго элементов И, снабжен регистром, подключенным к выходу второго счетчика, элементом ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, а второй предназначен для соединения с гнездом Пуск, четвертым элементом И, первый и второй входы которого подключены к усилителям-формирователям, а выход соединен с входом установки регистра, первым триггером, вход установки которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а вход сброса - к выходу четвертого элемента И, прямой выход соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И, пятым элементом И, первый вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, а второй - с выходом первого усилителя-формирователя, вторым триггером, вход установки которого подключен к выходу пятого элемента И, а вход сброса предназначен для подключения к гнезду Пуск, и третьим триггером, вход установки которого соединен с инверсным выходом второго триггера, вход сброса подключен к выходу пятого элемента И, вход синхронизации к выходу первого усилителя-формирователя, а прямой выход - к входу управления генератора качающейся частоты и входам первого, второго и четвертого элементов И.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений в контрольных точках.Цифровой вихретоковый измеритель электропроводности содержит соединенные последовательно генератор 1 качающейся частоты, вихретоковый преобразователь 2, усилитель-формирователь 3, первый элемент И 4 и два счетчика 5 и 6, соединенные последовательно второй усилитель-формирователь 7, подключенный к выходу вихретокового преобразователя 2 и второй элемент И 8, второй вход которого подключен к первому усилителю-формирователю 3, а выход подключен к входу вычитания второго счетчика 6, третий элемент И 9, инверсные входы которого подключены к выходам усилителей-формирователей 3 и , а выход - к входам управления счетчиков 5 и 6, и генератор 10 опорной частоты, подключенный к входам первого и второго элементов И 4, 8.Устройство содержит также регистр 11, подключенный к выходу второго счетчика 6, элемент 12 ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика 6, а второй - с гнездом Г 1 уск, четвертый элемент И 13, первый и второй5 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 входы которого подключены к усилителям- формирователям 3 и 7, а выход соединен со входом установки регистра 11, первый триггер 14, вход установки которого подключен к выходу элемента ИЛИ 12, а вход сброса - к выходу четвертого элемента И 13, прямой выход соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И 9, 13, пятым элементом И 15, первы, вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера 14, а второй - с выходом первого усилителя-формирователя 3, второй триггер 16, вход установки которого покдключен к выходу пятого элемента И 15, а вход сброса - к гнезду Пуск, и третий триггер 17, вход установки которого соединен с инверсным выходом второго триггера 16, вход сброса подключен к выходу пятого элемента И 15, вход синхронизации - к выходу первого усилителя- формирователя 3, а прямой выход - к входу управления генератора 1 качающейся частоты и входам первого 4, второго 8 и четвертого 13 элементов И.Измеритель работает следующим образом. Вихретоковый преобразователь 2 размешают на поверхности контролируемого изделия (не показано). Все элементы устроиства устанавливают в исходное состояние,при котором триггеры 14 и 7 находятся в нулевом, а триггер 16 - в единичном состоянии, генератор 1 генерирует синусоидальное напряжение частотой тп, Сигнал с выхода генератора 1 поступает на вход вихретокового преобразователя 2, опорный И,. и измерительный сигналы, на выходах которого при этом будет сдвинуты один относительно другого на интервал рис. 2, а, б), зависяший от значения электропроводности 6 материала контролируемого изделия и частоты 1 п,. Усилители-формирователи 3 и 7 после усиления сигналов преобразуют положительные полупериоды в логические единицы, а отрицательные - в логические нули (рис. 2 в, г). Сигнал Пуск, поступивший на вход измерителя в момент времени 1, устанавливает триггер 16 в нулевое, а триггер 14 через элемент ИЛИ 12 - в единичное состояние (фиг. 2, е, д). Единичный потенциал с инверсного выхода триггера 16 поступает на информационный вход триггера 17, который переходит в единичное состояние по заднему фронту измеряемого сигнала, поступающего на его синхронизируюший вход с выхода усилителя-формирователя 3 (фиг. 2 ж). Единичный потенциал с его выхода поступает на входы элементов И 4, 8 и 13 и управляюший вход генератора 1 вследствие чего последний начинает плавно изменять частоту от м до Ьм Нулевой потенциал с выхода усилителя-формирователя 3 откроет элемент И 9, так как на другой его инверсный вход поступает нулевой потенциал с выхода усилителя-формирователя 7 и единичный потенциал с прямого выхода трипера 14, и поступивший на управляющие входы счетчиков 5 и 6 единичный сигнал (фиг. 2 з) записывает в них соответственно числа, например 7 (при и = 3) и 999 (при емкости счетчика в три двоично-десятичных разряда) . Появившийся на выходе усил ителя-форм ирователя 7 единичный уровень опорного сигнала в момент времени 1 (фиг. 2 в) открывает элемент И 8, и счетчик 6 ьачинает подсчитывать в обратном коде на протяжении временного интервала ( импульсы генератора 10 частотой 1, поступающие на его вычитаюший вход. В момент появления на выходе усилителя-формирователя 3 единичного уровня измеряемого сигнала в счетчике 6 окажется зафиксированным в обратном коде число Х, . Единичный измеряемый сигнал на выходе усилителя-формирователя 3 в момент времени 1, закрывает элемент И 8 и открывает элементы И 4 и 13. Единичный сигнал с выхода элемента И 13 поступает на управляющий вход регистра 11, записывая в нем число М, с выхода счетчика 6, и на сбросовый вход триггера 14. Последний устанавливается в нулевое состояние и закрывает элемент И 13. Через открытый элемент И 4 на вход счетчика 5 поступают импульсы частотой (о. Счетчик 5 обеспечивает деление частоты р в и раз (выше мы положили п=З). Счетчик 6 начинает подсчитывать число Х, импульсов частотой о и, поступаюших на его суммируюший вход с выхода переполнения счетчика 5, при этом он вычитает из зафиксированного ранее числа М, число М 1. Так как измерение начинается с наименьшей частоты в 1 л гармонического сигнала, генерируемого генератором 1, на первых периодах фаза измеряемого сигнала будет меньше заданной величиныт ( д. В момент времени (ер, когда на вход счетчика 6 поступит (М, +1)-ный импульс частотой (/п,единичный сигнал с его выхода переполнения установит через элемент ИЛИ 12 в единичное состояние триггер 14. Единичный потенциал с выхода триггера 14 поступит на входы элементов И 13 и 9, которые остаются в закрытом состоянии благодаря единичному сигналу, поступающему на инверсный вход первого с выхода усилителя-формирователя 3, и нулевому сигналу, поступаюшему на вход второго с выхода усилителя-формирователя 7. В момент появления на выходе усилителя-формирователя 3 нулевого потенциала в счетчике 6 оказывается зафиксированным число ДМ = Х, -М,.//Гтпа 5 в Пуск И Нулевой потенциал с выхода усилителя-формирователя 3 закрывает элемент И 4 и открывает элемент И 9, сигнал с выхода которого поступает на управляющие входы счетчика 5 и 6. Описанный процесс повторяется до тех пор, пока на 1-том периоде в момент 1 число ЬЦ сравняется с числом Х. Для увеличения помехоустойчивости измерителя триггер 14 фиксирует выполнение условия Х; (Х. В этом случае в момент 1, триггер 14 оказывается в нулевом состоянии, запрещающий потенциал с его прямого выхода поступает на входы элементов И 13, 9,а разрешающий потенциал с его инверсного выхода поступает на вход элемента И 15. Нулевой сигнал с выхода усилителя-формирователя 3 через элемент И 15 устанавливает в единичное состояние триггер 16 и в нулевое состояние триггер 17. Нулевой потенциал с прямого выхода триггера 17 поступает на управляющий вход генератора 1 и на входы эле ментов И 4, 8 и 13. В регистре 11 при этом оказывается зафиксирован ным число М, = Х по величине которого определяется электропроводность. Предлагаемый цифровой вихретоковый измеритель электропроводности обладает рядом существенных преимуществ. В данном измерителе равенство сдвига фаз между опорным и измерительным сигналами заданному значению фиксируют при выполнении условия Х, М что обеспечивает получение результата измерения в условиях случайных помех. Возможность подключения измерителя к ЭВМ и нахождение численного значения электропроводности позволяет проводить измерения при изменении электропроводности изделий в широких пределах. При наличии случайных помех использование микро-ЭВМ позволяет увеличить точность измерения путем усреднения результатов многократного измерения электропроводности. Возможность программной обработки позволяет также по результатам измерения электропроводности изделия определить и другие его параметры, связанные с электропроводностью, увеличить точность измерения за счет применения математических методов обработки информации, а также создавать архив данных контроля по каждому изделию.ПИПП 1104407 Со Те Ти ПИ Госуделам Москва, П Пате Редактор А. ШандорЗаказ 5025/30ВНИИпо113035,филиал ПП тавитель Ю. Глазковхред И. Верес Корректор А. Ильиаж 823 Подписноедарственного комитета СССРизобретений и о крытийЖ - 35, Раушская наб., д. 4/5нт, г, Ужгород, ул. Проектная, 4