Феррозондовый дефектоскоп

(59 4 С 01 М 27/90 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВГГу(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики металлов Уральского научного центра АН СССР (72) М.А.Копьев, А.С.Шлеенков и В.ЕеЩербинин(56) Авторское свидетельство СССР В 859904, кл. С 01 И 27/90, 1981.Авторское свидетельство СССР В 189613, кл, С 01 Б 7/87, 1967. (54) фЕРРОЗОНДОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля сплошности или качества структуры ферромагнитных изделий во .всех областях машиностроения. Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей и снижение энергозатрат путем упрощения технологии изготовления, снижение габаритов, потребляемой мощно-сти и расширение диапазона измеряемого магнитного поля. Для этого блокферрозондовых преобразователей выполнен в виде линейного ряда феррозондов дроссельного типа, которые с помощью коммутатора 7, выполненного ввиде распределителя 8 импульсов, иблока 9 электронных ключей, каждыйиз которых соединен с одним из феррозондов, поочередно подключаются кблоку 3 возбуждения, выполненному ввиде источника 4, постоянного электронного ключа 5 и генератора 6 управ-ляющих прямоугольных импульсов, Новое Еисполнение блока 3 возбуждения икоммутации 7 с соответствующими свя-,.яями обеспечивает идентичные условия, Свозбуждения каждого феррозонда иодинаковые чувствительности к магнит-, Бному полю. 4 ил.51 О1520 25 ЗО 35 4 О 45 5 О 1 126Изобретение относится к неразрушающему контролю ц может быть использовано для контроля сплошности иликачества структуры ферромагнитныхизделий во всех областях машиностроения,Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностейи снижение энергозатрат путем упрощения технологии изготовления, снижения габаритов, потребляемой мощности и расширения диапазона измеряемого магнитного поля.На Фиг,1 приведена Функциональнаяблок-схема устройства; на фиг,2 -эквивалентная схема цепи возбуждения.Феррозонда; на Фиг.З - кривая намагничивания В(Н) сердечника Феррозонда, на фиг4 - временные диаграммы,поясняющие работу устройства (о -выходные импульсы генератора прямоугольных импульсов; 8 - импульсы навыходе распределителя; Ь - формаимпульса напряжения на индуктивностиферрозонда;- импульсы управленияпиковым детектором д - ступенчатое напряжение на обкгидках запомни инающего конденсатора с ),Цифры при индексах Ю 11 ит.д. означают номера каналов или чис"ло выходов устройства,1Устройство содержит блок 1 феррозондовых преобразователей, установленных вблизи объекта 2 контроля,создающего при намагничивании магнитный поток рассеяния, причем блок1 феррозондовых преобразователейвыполнен в виде линейного ряда феррозондов дроссельного типа, блок 3возбуждения Феррозоядовых преобразователей, выполненный в виде источника 4 постоянного напряжения, электронного ключа 5, потенциальный входкоторого связан с выходом источяика4 постоянного напряжения, и генератора 6 прямоугольных импульсов, первый выход которого соединен с управ"ляющим входом электронного ключа 5,выход которого соединен с первымвходом блока 1 феррозондовых преобразователей, коммутатор 7, выполненный в виде последовательно соединенных распределителя 8 импульсов, входом подключенного к второму выходугенератора 6 прямоугольных импульсови блока 9 электронных ключей, выходомсвяэаняого с феррозондами, индикатор10, выполненный в виде последователь-. 5 Я 6 2 но соединенных каскада 11 задержки, вход которого соединен с вторым выходом генератора 6 прямоугольных импульсов, генератора 12 управляющих импульсов, управляемого пикового детектора 13, подключенного вторым входом к выходу блока 1 феррозондовых преобразователей, усилителя 14 постоянного тока и осциллографа 15.Устройство работает следующим,об" разом.Объект 2 контроля поступательно перемещается вблизи стационарного блока 1 магниточувствительных феррозондовых преобразователей элементов. Под воздействием внешнего магнитного поля вблизи поверхности объекта 2 контроля создается определенный магнитный рельеф, воздействующий на Феррозонды преобразователя, которые считывают нормальные составляющие полей рассеяния. Возбуждение датчи ков осуществляется с помощью блока 3. Выходные сигналы датчиков подаютсяна индикатор 10, Посредством коммутатора 7 производится поочередное подключение ферроэондов к блоку 3 возбу"ждения и индикатору 10. Частота опроса датчиков определяется частотойгенератора 6 прямоугольных импульсов,который одновременно является элемен"том устройства блока 3 возбуждения.Состояние сердечника феррозондаопределяется величиной нормальнойсоставляющей Н,поля рассеяния, действующего на датчик в месте его рас"положения, и величиной импульсногополя возбуждения, которое пропорционально току 5 , протекающему в обмотке Феррозонда. Для нормальной работыпреобразователя необходимо поле возбуждения, обеспечивающее намагничивание сердечника до состояния технического насьпцения+В (иядукция насы 3шения), поэтому его амплитудное значение Н выбирается из условия, 2 Н . Это обеспечивает возможностьустойчивой работы преобразователя вдиапазоне полей -ННс +Н привозбуждении Ферроэонда однополярнымиимпульсами,Возбуждая феррозояд, с помощьюисточника постоянного напряжения спренебрежимо малым внутренним сопротивлением я управляемого электронногоключа 5, представляющего собой транзистор, включенный по схеме с общимэмиттером, сопротивление коллектор 1265586эмиттер которого при переходе из состояния насыщения в закрытое состояниеменяется от нескольких Ом до Мом иявляется функцией времени с, то амплитуда импульса противоположной поотношению к питающему напряжению полярности, возникающего на индуктивности феррозонда вследствие переходныхпроцессов при запирании электронногоключа 5, при выполнении ряда условий 10 пропорциональных Н -Н. Линейная зависимость амплитуды ЭДС индукции использована для измерения постоянныхили меняющихся во времени магнитных полей в широком амплитудном и частотном диапазонах и заложена в основу работы феррозондов дроссельного типа, применяемых в качестве магниточувствительных элементов феррозондового преобразователя20Частота следования импульсов поля возбуждения равна частоте импульсов генератора 6 прямоугольных импульсов, а амплитуда пропорциональна току, создаваемому источником 4 1 величина 25 Б такая, что выполняется условие Н+ Н) +Н; . В процессе формирования импульса возбуждения принимает участие только один транзистор (электронный ключ 5), поэтому обесе-З чивается условие одинаковой чувствительности всех датчиков к магнитному полю, поскольку в каждый момент времени этим импульсом возбуждается только один феррозонд.Временное разделение феррозондов производится с помощью коммутатора 7 следующим образом, Импульсы, вырабатываемые генератором 6 (фиг,4 а), рас пределяются по ш выходам распредели 40 теля 8. Каждый выход распределителя связан с одним из ключей блока электронных ключей 9, который, в свою очерель, связан с одним из датчиков блока 1 магниточувствительных феррозондов. Импульсы с выхода распределителя 8 (фиг,4 о) открывают соответствующий ключ, и через него на феррозонд подается импульс напряжения прямоугольной формы, поступаю-, щий с выхода устройства 3 возбуждения, Процесс переключения ключей осуществляется с приходом каждого импульса с генератора 6 прямоугольных импульсов, поэтому частота возбуждения каждого феррозонда отличает. ся от частоты генератора 6 в ш раз(ш - число зондов), длительность управляющих импульсов (фиг,4 ) распределителя 8 определяется периодом следования генератора 6. Моменты коммутации феррозондов и переключения электронного ключа 5 из насыщенного состояния в запертое разнесены во времени, поэтому работа коммутатора не ухудшает характеристики преобразователя.Из-за переходных процессов происходит искажение формы импульса возбуждения. В результате напряжение на индуктивности феррозондаимеет форму, отличную от прямоугольной (фиг,4 ь), Это йапряжение поступает на вход индикатора 1 О, который создает визуальное изображение магнитного рельефа объекта контроля, Информацию о величине полярассеяния Н ,действующего на каждый зонд, несет только отрицательная полуволна импульса напряжения Ц, амплитуда которой пропорциональна Н-Н , Извлечение полезной информации осуществляется с помощью управляемого диодного пикового детектора 11, который подключен к выходу блока 1 магниточувствительных феррозондов, Благодаря использованию диода на запоминающий конденсатор пикового детектора 13 поступает только напряжение, возникающее на индуктивности при переходе электронного ключа 5 из насыщенного состояния в запертое, т.е, импульс напряжения противоположной по отношению к питающему напряжению полярности, Одновременно с появлением входного импульса в цепи управления детектором 13 подается стробирующий импульс и создаются условия для заряда конденсатора с детектора 13 до экстремального значения входного импульса Н,= - Если следующий импульс, поступающий с очередного феррозонда, оказывается большим по абсолютной величине, то конденсатор дополнительно заряжается до амплитудного значения этого импульса, Если значениеочередного импульса наоборот меньшепо абсолютной величине, то конденсатор разряжается, и напряжение на немстановится равным новому значению.Таким образом, напряжение на конденсаторе с пикового детектора 13 следит за изменением амплитуды Г1входных импульсов (импульсов, поступающих с выхода блока 1 магниточувствительных феррозондовых преобразо5 126558 вателей, В паузах между импульсами напряжение на конденсаторе практически не изменяется, сохраняя амплитудное значение входного напряжения на весь период. 5Управление пиковым детектором 3 производится короткими импульсами от генератора 1 2 управляющих импульсов, который срабатывает с задержкой относительно фронта импульса возбужде О ния феррозонда (фиг,4 г), Требуемое время задержки устанавливается каскадом 11 задержки, вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов. 15При воздействии на преобразователь неоднородного магнитного поля обьекта 2, амплитуда импульсов Г будет меняться при переходе от одного феррозонда к другому в соответствии с 20 изменением поля Н, действующего на сердечники, поэтому на запоминающем конденсаторе С пикового детектора 13 образуется ступенчатое напряжение (фиг,4 д), которое затем усиливается 25 усилителем 14 постоянного тока и поступает на вход осциллографа 15, В результате на его экране создается визуальное изображение, эквивалентное магнитному рельефу магнитного поля контролируемого объекта 2, Этот рельеф коррелируется со свойствами ферромагнитного материала контролируемого объекта.По указанному визуальному изображению можно определить, например, несплошность в этом объекте или некачественную структуру исследуемого материала. Таким образом, применение феррозондов дроссеЛьного типа и уст О ройства возбуждения, выполненного в виде источника постоянного напряжения и электронного ключа, управляемого генератором прямоугольных импульсов, обеспечивает выполнение 45 условий, при которых амплитуда импульса напряжения, противоположной по отношению к питающему напряжению полярности, возникающего на инруктивности феррозонда вследствие переход ных процессов при переключении электронного ключа из насыщенного состояния в запертое, оказывается пропорциональной Н -Н и, таким образом, может служить информативным парамет ром для измерения величины напряженности магнитного поля Н, действующего на сердечник зонда, Благодаря 6 Ьподбору материала сердечника со скачкообразнь 1 м изменением д (фиг.3) удается получить практически линейную зависимостьотймас (Н -К ) в широком диапазоне магнитных полей от +Ндо -Н при сохранении высокой чувствительности к слабым магнитным полям и к фазе измеряемого сигнала. Величина Нз может варьироваться в широких пределах в зависимости от размагничивающего фактора сердечника.В результате применения источника постоянного напряжения, управляемого электронного ключа, блока магниточувствительных элементов, выполненного в виде линейного ряда ферроэон-, дов дроссельного типа и коммутатора, выполненного в виде распределителя импульсов, поступающих с генератора прямоугольных импульсов и блока электронных ключей, связанных с феррозондами, удалось расширить диапазон полей, в которых возможна устойчивая работа преобразователя до +300 А/см, поскольку это позволило осуществлять попеременное возбуждение феррозондов импульсами большой скважности и малой мощности и дало возможность применить сердечники с большим размагничивающим фактором. Формула изобретения Феррозондовый дефектоскоп, содержащий блок феррозондовых преобразователей, блок, возбуждения преобразователей и коммутатор, подключенные соответственно к его первому и второму входам, и индикатор, подключенный к выходу блока ферроэондовых преобразователей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и снижения энергозатрат, блок феррозондовых преобразователей выполнен в виде линейного ряда феррозондов дроссельного типа, блок возбуждения преобразователей выполнен в виде источника постоянного напряжения, электронного ключа, потенциальный вход которого связан с выходом источника постоянного напряжения, и генератора прямоугольных импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом электронного ключа, выход которого соединен с первым входом блока феррозондовых преобразователей, 7 12 Ь 5586 8коммутатор выполнен в виде последо- задержки, вход которого соединен с вательно соединенных распределителя, вторым выходом генератора прямоугольвходом подключенного к второму вы- ных импульсов, генератора управляю- ходу гейератора прямоугольных импуль- щих импульсов, управляемого пикового сов, и блока электронных ключей, детектора, подключенного вторым вховыходом связанного с феррозондами, дом к выходу блока феррозондовых причем индикатор выполнен в виде по" преобразователей, усилителя постоянследовательно соединенных каскада ного тока и осциллографа.