Способ измерения электропроводности металлических изделий и устройство для его осуществления

(5) 4 0 01 ( 27/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Б.М. Березюк(53) 621.317.332.3(088.8) (56) Патент США У 4095180, кл. 324/233, 1978.Авторское свидетельство СССР Ф 1049836, кл, 0 01 ( 27/02, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОД- НОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности не- ферромагнитных проводящих материалов. Цель изобретения - повышение точностиых возможностей и расширение функциональных воэможностей. Устройство,реализующее способ, содержит генераторы 1 и 2 возбуждающих сигналов и образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, элемент И 11, блок 12 срав.нения фазы, счетчик 13 импульсов иарифметический блок 14. В устройствовведены триггеры 6-О. Способ основан на поддержании постоянства фазыизмерительного сигнала по отношениюк фазе возбуждающего сигнала путемавтоподстройки частоты последнего.При этом в блок 2 сравнения вводятдва заданных значения фазы, одно изкоторых соответствует высокой чувствительности преобразователя к иэме17753 цениа р,. Процесс сранн ния сдвига фаз тряют с другим з,д;нымзначением и н момент их равенствафиксируют частоту возбуждающего сиг -нала. дпременно измеряют его периэобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для измерения электропроводности неферромагнитных проводящих материалов, а также "олщины диэлектрического покрытия, нанесенного на поверхность металлического иэделия, в машиностроении, авиационной промышленности и других областях народного хозяйства.Цель изобретения - повышение точностных возможностей и расширение функциональных возможностей,Предлагаемый способ измерения электропроводности основан на поддержании постоянства фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала путем автоподстройки частоты последнего. В идеальном случае, когда преобразователь нечувстО вителен к зазору, результат измерения определяют иэ соотношенияИ = Сбгде б - электропроводность материала;25- результат квантования периодавозбуждающего сигнала импульсами образцовой частоты;С - коэффициент пропорциональности.В действительности показания прибора зависят как от величины измеряемой электропроводности, так и зазора;И = С,б + СгЬ, (2) где Ь - величина зазора;С,и С - коэффициенты, определяемые 35чувствительностью преобразователя к электропроводностии зазору соответственно.В уравнении (2) неизвестны двевеличины: б и 1. Для определения каж пдой из них необходимо иметь системудвух уравнений. Ее можно получить,проводя измерения при двух различныхначениях заданного сдвига фази ц,. од и определяют конечный резупьтатизмерения путем умножения постоянного наперед заданного числа на разность измеренных периодов, 2 с,п.ф-лы, 3 ил. огдаИ = Сб + Сг; (3)= С б + С 1"ггде 11, - результат квантования периода Т, возбуждающего сигнала при у = ,И - результат квантования периода Т, возбуждающего сигналапри= .Измеряемое значение электропровод- ности будет равно"г г мЗначение зазора между вихретоковым преобразователем и поверхностью контролируемого изделия можно определить из соотношения= К(С, - С,), (5) где К = Сн Сп - Сг С.Коэффициенты СС,гСг и Сгг определяют из расчетных характеристик вихретокового преобразователя.Установленный на поверхности контролируемого изделия вихретоковый преобразователь возбуждают синусоидальным током частотой . Фазу измеритель. ного сигнала преобразователя сравнивают с заданным значением , . В зависимости от знака результата сравнения увеличивают или уменьшают частоту возбуждения преобразователя до тех пор, пока фаза измерительного сигнала не сравнится с значением. Кван туют период возбуждающего сигнала импульсами образцовой частоты и запоминают результат= Т. Далее фазу измерительного сигнала сравнивают со значением р, и в зависимости от знака разности увеличивают или уменьшают частоту возбуждения. При выполнении условия, =прекращаютгизменение частоты возбуждения и определяют второй результат квантования г = Т 1,. Па основании соотно25 3 13377 шений (4) и (5) по известным коэффициентам С С, , Сг, и Сг определяют значения электропроводности контролируемого материала и зазора между датчиком и поверхностью контролируемого изделия.Значение , обычно выбирают из условия максимальной чувствительности преобразователя к изменению электро проводности материала, а значения ц)г из условия максимальной чувствительности к зазору.На фиг, 1 изображена структурная схема устройства для осуществления 15 способа; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - алгоритм работы арифметического блока.Устройство содержит генератор 1 возбуждающих сигналов, генератор 2 20 образцовой частоты, вихретоковый преобразователь 3, усилители-формирователи 4 и 5, триггеры 6-10, элемент И 11, блок 12 сравнения фазы, счетчик 13 импульсов и арифметический блок 14.Выход генератора 1 соединен с входом преобразователя 3, два выхода которого соединены соответственно с входами усилителей-формирователей 4 30 и 5. Первый вход блока 12 сравнения фазы соединен с выходом первого усилителя-формирователя 4, его второй вход - с выходом второго усилителя- формирователя 5 и входом синхронизации триггера 1 О, третий вход - с выходом триггера 6, четвертый вход - с выходом триггера 7 и информационным входом триггера 8, его первый и второй выходы - соответственно с управ ляющими входами генератора 1, третий выход - с входом синхронизации триггера 9 и управляющим входом счетчика 13. Вход сброса триггера 8 соединен со сбросовыми входами триггера 7 45 и арифметического блока 14, входом синхронизации триггера 6 и клеммой Пуск, его вход синхронизации - с входом синхронизации триггера 7, сбросовым входом триггера 9 и инверсным 50 выходом триггера 10, инверсный выход - со сбросовым входом триггера 6. Информационный вход триггера 10 соединен с выходом триггера 9, его выход - с управляющим входом блока 14 и входом элемента И 11, второй вход кото-, рого соединен с выходом генератора 2 образцовой частоты, а выход - со счет. ным входом счетчика 13. Разрядные вы 53ходы счетчика 13 соединены с входами арифметического блока 14.На фиг, 2 представлены эпюры напряжений на выходах следующих элементов: 13 - усилителя-формирователя 5 (а); Б - усилителя-формирователя 4 (б); 13 - клеммы "Пуск" (в); 13 триггера 6 (г); 13, - триггера 7 (д);триггера 8 (е); 13 - триггера 9 (ж); 13 - триггера 10 (з); 13 п элемента И 11 (и); Б 1 г - блока 12 сравнения фазы (к).На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Т, - период возбуждающих сигналов при=(,; Т - период возбуждающих сигналов при Ч = с, 111 результат квантования периода Т,; Иг - результат квантования периода Тг; С, - момент поступления сигнала пПуск ; С, - момент сравнения сдвига фаз с ,; С, - начало квантования периода Т,; С - конец квантования периода Т,; С - момент срванения сдвига фаз с Ц ; С - начало квантования периода Т,; С, - конец квантования периода Тг.Устройство работает следующим образом.Перед началом измерения в блок 12 сравнения фазы вводят первое О, и второе р заданные значения фазы и устанавливают в исходное состояние бистабильные элементы устройства. Вихретоковый преобразователь 3, возбуждаемый синусоидальными сигналами генератора 1, устанавливают на поверхность контролируемого изделия. На выходах преобразователя установятся две последовательности синусоидальных сигналов, сдвиг фаз между которыми будет зависеть от электропроводности контролируемого материала и зазора между преобразователем и поверхностью изделий.Усилители-формирователи 4 и 5 преобразуют синусоидальные сигналы с соответствующих выходов преобразоагеля 2 в две последовательности прямоугольных импульсов (фиг, 2 а,б).Сигнал "Пуск, поступивший на вход устройства, своим нулевым уровнем устанавливает в исходное состояние триггеры 7 и 8, арифметический блок 14 и задним фронтом - в единичное состояние триггер 6 (фиг. 2 в,д,е), С поступлением с выхода триггера 6 единичного потенциала блок 12 с учетом нулевого потенциала на выходе триггера 7 сравнивает сдвиг фаз между об 337753разцовым и измерительным сигналамис заданным значением д , В зависимос 1ти от знака результата сравнения соответствующий сигнал, появившийся на5первом или втором выходе блока 12,увеличивает или уменьшает частотугенераторадо тех пор, пока не выполнится условие= ,. В моментсравнения сдвига фаз между образцовым 1 Ои измерительным сигналами с первымзаданным значением на третьем выходеблока 12 появляется еДиничный по-тенциал, устанавливающий своим передним фронтом в единичное состояние 5триггер 9 (фиг. 2 ж), единичный потенциал с выхода которого поступает наинформационный вход триггера 10. Первый единичный сигнал с выхода усилителя в формировате 5 устанавливаеттриггер 10 в единичное состояние(фиг, 2 з),Нулевой потенциал с выхода инверсного выхода триггера 10 устанавливаетв нулевое состояние триггер 9 (фиг, 252 ж), а единичный потенциал с прямоговыхода открывает элемент И 11. Счетчик 13 начинает подсчитывать импульсыобразцовой частоты генератора 2, поступающие на его счетный вход черезэлемент И 11 (фиг. 2 и).Следующий единичный сигнал с выхода усилителя-формирователя 5 устанавливает в нулевоесостояние триггер 10. Единичный сигнал, появившийся на инверсном выходетриггера 1 О, своим передним фронтомподтверждает нулевое состояние триггера 8 и устанавливает в единичноесостояние триггер 7 (фиг. 2 д). Нулевой потенциал с прямого выхода триг Огера 10 закрывает элемент И 11 и сигнализирует блоку 14 о необходимостисчитывания с выходов счетчика 13 результата И, квантования периода Твозбуждающего сигнала. С приходом 45единичного сигнала с выхода триггера 7 блок 2 начинает сравниватьсдвиг фаз между образцовым и измерительным сигналами с вторым заданнымзначением ц . В зависимости от знака 5 Орезультата сравнения соответствующийсигнал, появившийся на первом иливтором выходах блока 12, увеличиваетили уменьшает частоту возбуждениягенератора 1, а нулевой потенциал 55с его третьего выхода устанавливаетв нулевое состояние счетчик 13 (фиг.2 к). Процесс автоподстройки частотывозбуждения и сравнения сдвига фаз сигналов с вторым заданным значениемдлится до тех пор, пока не выполнится условие Ч = Ч . Тогда единичный потенциал, появившийся на третьем выходе блока 12, своим передним фронтом устанавливает в единичное состояние триггер 9, единый потенциал с выхода которого поступает на информационный вход триггера 1 О. Первый поступивший на вход триггера 10 с выхода усилителя-формирователя 5 единичный сигнал своим передним фронтом устанавливает его в единичное состояние. Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера 1 О устанавливает в нулевое состояние триггер 9, а единичный потенциал с его прямого выхода открывает элемент И 11, и счетчик 13 начинает считать число импульсов образцовой частоты ,. С приходом переднего фронта следующего возбуждающего сигнала триггер 10 устанавливается в нулевое состояние, закрывает элемент И 11, сигнализирует арифметическому блоку 14 о необходимости считывания с выходов счетчика 13 результата2 квантования периода Тг возбуждающего сигнала и передним фронтом единичного сигнала со своего инверсного выхода устанавливает в единичное состояние триггер 8. Нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 8 устанавливает в нулевое состояние триггер 6 и сигнализирует об окончании процесса измерения,Б начале работы в арифметический блок 14 вводят численные значения коэффициентов С , С,г Сг, Сгг зависящие от расчетных характеристик применяемого вихретокового преобразователя, и блок по заложенной в его памяти подпрограмме вычисляет численное значение коэффициента К. После поступления сигнала "Пуск" блок 14 находится в состоянии ожидания окончания процесса сравнения сдвига фаз с первым заданным значением 1 автоподстройки частоты возбуждающих сигналов и квантования периода Т. При поступлении с выхода триггера 10 сигнала "Конец квантования" блок 14 считывает с выходов счетчика 13 результат квантования М заносит его в оперативную память и ожидает поступления второго сигнала нКонец квантования", При поступлении этого сигнала блок 14 считывает результат И квангтования периода Т возбуждающих сиг 1337753налов, определяет н (анисимости от осущестнляемо(о режима измерения чс - ленное значение б и/(и 1; и выводит полученный результат на алфавитно - циф 5 роной индикатор.С поступлением каждого очередного1 1сигнала Пуск описанная последовательность действий повторяется.10 Формула изобретения1. Способ измерения электропроводности металлических изделий, заключающийся в сравнении разности фаэ между измерительным и возбуждающим 15 сигналами преобразователя с заданным значением фазы, соответствующим высокой чувствительности преобразователя к изменению электропроводности, н зависимости от знака результата сранне ния увеличивают или уменьшают частоту возбуждения преобразователя, фиксируют частоту возбуждения в момент равенства указанной разности фаз заданному значению и измеряют период возбуждающего сигнала, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей, устанавливают дру. ое заданное значение фазы, 30 соответствующее высокой чувствительности преобразователя к изменению зазора, повторяют процесс сравнения сдвига фаз с другим заданным значением и в момент их равенства фиксируют частоту возбуждающего сигнала, измеряют его период и определяют конечный результат измерения путем умножения постоянного наперед заданного числа на разность измеренных перио дов.2. Устройство для измерения электропроводности металлических изделий, содержащее блок сравнения фазы, два управляющих выхода которого соединены с Вх),( упрн. челоо 1(гр(р( Возбудс(юх сиг(1(ое( РкрегкоЙ преобразоатель, вход которо о сосинеи с выходом геерат(ра(збуж- щих сигналов, два усилителя-формиронателя, входы которых спелиеы (. соответствующими выходами вихретоконого преобразователя, а выходы - с ходами блока сравнения фазы, с третьим входом которого соединен выход перного триггера, и последовательо соединенные генератор образцоной частоты, элемент И и счетчик имульсон, информационные выходы которого соединены с входами арифметического блока, о т л и ч а ю щ е е с я теь 1, что, с целью повышения точности измиреия и расширения функционалв,(х возможностей, в него введены четыре триггера, при этом вход синхронизации первого триггера соединен со сбросоными входами второго и третьего триггеров, арифметического блока и кнопкой "Пуск(, вход синхронизации второго триггера соединен с входом синхронизации третьего триггера, сбросовым входом четвертого триггера и иннерсным выходом пятого триггера, прямой выход второго триггера соединен с четвертым входом блока сравнения фазы и информационньм входом третьего триггера, инверсный выход которого соединен со сбросовым нхо;омр:ого триггера, вход синхронизации четвертого триггера и сбросоньд вход счетчика импульсов соединены с третьим выходом блока сравнения фазы, выход четвертого триггера соединен с информационным входом пятого триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а прямой выхсд - с вторьп", входом элемента И и упр;(вляю(ш(м входом арифметического блока.осударственного кам изобретений иква, Ж, Раушск Подмитета ГССРткрытий