Электромагнитное устройство для неразрушающего контроля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК19 (1) 3(5 Р 6 01 1 Я 27/901 С 01 06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 669284, кл. 6 01 В 7/06, 19792. Дорофеев А.Л. и Казаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия, М., ффМащиностроениеф, 1980, с.132, рис,48 (прототип).(54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО 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 -ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля, оно снабжено нелинейным четырехполюсником, выполненным в видегруппы параллельно включенных двухдиодных ограничителей, первые входыкоторых соединены с выходом усилителя, источником опорных напряженисоединенным с вторыми входами двухдиодных ограничителей, выходы которых через резисторы соединены спервым колебательным контуром, авыход одного из 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 нимчастично-зависимый делитель напряжения.Изобретение относится к неразрушающему контролю электромагнитным методом и может быть использовано, в частности, для контроля радиальных вибраций роторов в систе" мах диагностики механических состояний турбоагрегатов, для дефектоскопии материалов изделий и сварных соединений во всех отраслях машиностроения.Известно устройство для неразрушающего контроля, содержащее авто- генератор, 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 10 20 контуру Г 11Недостатком 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 25 30 35 первый колебательный контур с включенным в него вихретоковым преобраэователем, усилитель, второй колебаНедостатками известного устройства являются низкая точностьи надежность контроля измеряемого параметра и измерения зазоров иэ-за отсутствия отстройки от изменений электрофиэических свойств объекта контроля (в связи с чем возникает необходимость поддержания опреде 45 ленного зазора) и нелинейной зависимости выходного напряжения преобразователя в диапазоне изменяемыхзазоров. Цель изобретения - повышение точ 5560 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 де 65 тельный контур, связанный с ним амплитудный детектор и индикатор 123. 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 нелинейного 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 напряжения 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 соответствую- следовательно, в этой цепи возбужда- щим образом выбирая резисторы и уров- ются электрические колебания на - ни опорных напряжений, можно либо частоте, промежуточной между ре 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.З 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-линей- образом. ного аппроксилирования сигналаПри 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 Ь .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. жения генерации, определяемую коэффициентом передачи в цепи положительПри 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 положительл е ьф расстойки контуров 1 и 5. ной обратной связи. Таким образом,Ьбеспечиваетс бф На Фиг.4 показаны зависимости Ь еспечивается баланс амплитуд привыходного напряжения амплитудного некотором напряжении генерации О .Это напряжение возрастает с увели-.Р ц З 5 детектора 17 от величины зазора Ндля различных материалов при начением зазора Н. Однако резистор 13выб ан таквы ран таким образом, что чувствительность изменения напряжения О к высокой электроп ово н (высоко электропроводностью криизменению зазора Н уменьшается сувеличением зазора Н и при величине цаемостью (например магнитодиэлектно допусТимого значения, определяе- ние сильнее зави итие сильнее зависит от зазора вслед. мого требуемой погрешностью У 1ствие значительной расстройки кон(Фиг.З). Напряжение О ограничите туров 1 н 5 Ч я Ферромагнитных ля 10 выбрано равным амплитуде на- сталей (кривые 3 и 4) резонанснай пряжения генерации на выходе нели- частота контура 1 практически ненейного усилителя 7 при зазоре меж- зависит от зазора Н, поэтому кривые ду вихретоковым преобразователеми объектом контроля равном Нр,. При50дальнейшем увеличении зазора двух- изменению зазора. При больших задиодный ограничитель 10 открывается зорах изменение расстройение расстро ки контуров на часть периода, увеличивая коэф- вследствие ограниченной добротности фициент передачи в цепи положитель- контуров оказывает малое влияниеэтом слуной обратной связи, Этому соответ- на выходное напряжение. В ствует увеличение и последующее 55 чае кривые для Ферромагнитных мате- уменьшение чувствительности - межс(0 риалов и материалов с высокой электоИ ропроводностью расположены выше, так ду зазорами Н и Н (Анг.З, кривая 2) как указанные материалы вызываютменьшее изменение добротности контувая 1, соответствующая действию 60 ра 1 по сравнению с Ферромагнитнытолько двухдиодного ограничителя 9. ми материалами. Лля малых зазоров Аналогично, вводя ограничители 11 вклад величины расстройки контуров и 12, получаем кривые чувствитель- в уменьшение коэффициента передачи ности д. между величинами зазоровсО В цепи положительной обратной свя"65 зи для этих материалов становится4более существенным, поэтому при зазорах меньших Н кривые 1,2 и 5 рас положены ниже кривых 3 и 4.Таким образом, при настройке контуров на одну частоту обеспечива 1 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 криваядлятитана располагается ниже, так кактитан сильнее, чем медь, влияет наизменение добротности колебательного контура 1.Выделение постоянного напряжения,пропорционального амплитуде гене"рируемого напряжения и, следовательно, пропорциональное контроли О руемому зазору, происходит следующим образом. На выходе одного изограничителей 10-12 напряжениепредставляет собой синусоиду сотсечкой, привязанную к нулевому 15 уровню. Постоянная составляющаянапряжения в этой точке изменяетсяпропорционально генерируемомунапряжению, что позволяет избежатьприменения отдельного амплитудногодетектора, заменив его фильтром нижних частот, что увеличивает частотный диапазон измеряемых переменныхзазоров, уменьшает время измеренияпостоянных зазоров и повышает точ ность измерения. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность и надежность контроля в автоматизированных системах технической диагностики механического состояния турбоагрегатов и деАектоскопии изделий за счет отстройки от электроФиэических свойств поверхности объекта контроля и линейной обработки выводного сигнала преобразователя.1070465 е.Ф Составитель А.БодровМ.Рачкулинец ТехреД М.Тепер Корректор Г,решетни а сно Патент ул. Проектная,илиал П жгоро Заказ 11673/42 ВНИИП по 113035, Тираж 823 Государственного коми елам изобретений и о осква, Ж, Раушска