Вихретоковый дефектоскоп

(71) Самарский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей,материалов и изделий, Справочник/Подред. В.В,Клюева, М,: Машиностроение,1986, с,145-147.Авторское свидетельство СССР .К. 953543, кл, О 01 К 27/90, 1982,Дякин В,В Сандовский В,А. Теорйя ирасчет накладных вихретоковых преобразователей, М,: Наука, 1981,Карандеев К.Б. Специальные методыэлектрических измерений, М.-Л Госэнергоиздат, 1963,(54) ВИХРЕТОКОВЫЙ ДЕФЕКТОСКОП157) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может применяться для выявления поверхностных дефектов типа нарушения сплошности в электропроводящих ферро- и неферромагнитных изделиях.Целью изобретения является повышение надежности контроля путем одновременной отстройки от зазора и перекоса преобразователя относительно контролируемого изделия, Поставленная цель достигается за счет того, что измерительный датчик выполнен в виде двух мостовых Схем,.сигналы от которых при отсутствии дефектов компенсиРуют друг друга. Генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряженйе частотой 1 - 5 ф МГц, которое поступает на входы первого и второго измерительных мостов. Отстройку от зазора и перекоса преобразователей ироводят с помощью резисторов 2 и 8, 6 и 12, уравновешивания мостов сопротивле1748038 5 10 15 20 30 35 ния, конденсаторов 4 и 10, 7 и 13, Отстройку от влияния электропроводности и магнитной проницаемости осуществляют за счет вычитания в дифференциальном усилителе 16 продетектированных амплитудными детекторами 14 и 15 выходных напряжений мостов в предложении, что изменения злектропроводимости и магнитной проницаемоИзобретение относится к неразрушающему контролю и может применяться длявыявления поверхностных дефектов типанарушения сплошности в злектропроводящих ферро- и неферромагнитных изделий,Известны статические дефектоскопыдля выявления поверхностных дефектов вферро- и неферромагнитных изделиях;ППДМ, ВДН, ВДН, ВДН.Недостатками таких дефектоскопов являюгся отсутствие Йли йедостаточный диапаз. отстройки от зазора, а такжеотсутствие отстройки от электропроводности и магнитной проницаемОсти контоолируемых изделий,Наиболее близким к изобретению является вихретоковый дефектоскоп, содержащий генератор, подключенный к немудатчик, выполненный в виде трансформаторного преобразователя с двумя идентичными измерительными катушками, выходыкоторых подключены к двум каналам обработки сигнала, выходы которых соединеныс блоком вычитания, выход которого соединен с индикатором, 2Однако условием отсгройки от мешающих факторов известного дефектоскопа является одинаковость влияния мешающегофактора на обе измерительные катушки,вследствие чего невозможно отстроиться отвлияния перекоса датчика относительноконтролируемо;о изделия.Цель изобретения - повышение надежности контроля путем одновременной отстройки от влияния зазора, перекосапреобразбва-еля относительно койтролируемого изделия, злектропроводности имагнитной проницаемости контролируемыхизделий,Поставленная цель достигается тем, что 4в вихретаковом дефектоскопе, содержащемгенератор, измерительный датчик, два амплитудных детектора, входами соединенныйс ними дифференциальный усилитель, индикатор, соединенный с выходами последнего, измерительный датчик выполнен в сти у торцов двух близкорасположенных ВТП являются одинаковыми, При попадании одного из вихретоковых преобразователей на дефект равенство напряжений на входах дифференциального усилителя нарушится и на его выходе появится напряжение, которое регистрируется указателем 17 равновесия, 3 ил,виде двух мостовых схем, каждая из которых содержит левое плечо верхней ветви, образованное переменным резистором, правое плечо верхней ветви, образованное последовательно соединенными катушкой индуктивности и переменным конденсатором, точка соединения правого и левого плеч верхней ветви является первым выходом мостовой схемы, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенными переменным резистором и переменным конденсатором,точка соединения левых плеч верхней и нижней ветвей является первым входом мостовой схемы, точка соединения правых плеч верхней и нижней ветвей является вторым входом, мостовой схемы, точка соедине-ния левого и правого плеч никней ветви является вторым выходом мостовой схемы, входы двухмостовых схем соединены с выходами генератора, первый выход каждой мостовой схемы соединен с входом соответствующего амплитудного детектора, а вторые выходы мостовых схем предназначены для соединения с землей На фиг, 1 приведена структурная схемапредлагаемого дефектоскопа; на фиг. 2 -универсальная сетка линий уравновешивания моста с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихрето- кового преобразователя, расположенного над неферромагнитным полупространством; на фиг, 3 - универсальная сеткалиний уравновешивания моста с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного над ферромагнитным полупространством,Дефектоскоп содеркит генератор 1, выход которого подключен к входам первого и второго измерительных мостов, В первом мосту левое плечо верхней ветви образовано переменным резистором 2, правое плечо верхней ветви образовано последовательно соединенными вихретоковым преобразователем 3 и переменным конденсатором 4, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором 5, правое плечо нижней ветви образовано последовательно соединенным переменным резистором б и переменным конденсатором 7,У второго мЬста левое плечо верхнейветви образовано переменным резистором 8, идентичным переменному резистору 2 и спаренным с ним, правое плечо верхней ветви образовано последовательно соединенными вихретоковым преобразователем9, идентичным вихретоковому преобразователю 3 первого моста, и переменным кондснсатором 10, идентичным переменномуконденсатору 4 и спаренным с ним, левое плечо нижней ветви образовано конденсатором 11, идентичным конденсатору 5 первого моста, правое плечо нижней ветвиобразовано последовательно соединенными переменным резистором 12, идентичным переменному резистору 6 и спареннымс ним переменным конденсатором 13, идентичным переменному конденсатору 7 испаренным с ним, Вихретоковые преобразователи 3 и 9 расположены рядом друг сдругом рабочими торцами в одной плоскости, Выходы первого и второго измеритель, ных мОстов подключены к входам первого ивторого амлитудных детекторов 14 и 15 соответственно, выходы которых соединены свходами дифференциального усилителя 16,на выходе которого включен указатель 17равновесия,Дефектоскоп работает следующим образом,Генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 1 - 5 МГц, которое поступает на входы первого и второгоизмерительных мостов, Вихретоковые преобразователи устанавливаются на контролируемое изделие, Режим контроля.соответствующий отстройке от влияния зазора и перекоса преобразователя, устанавливается регулированием элементовуравновешивания мостов по универсальнойсетке линий уравновешивания с нанесенными на нее годографами комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного на неферро- или ферромагнитным полупространством;Поскольку мосты идентичны, то отстройку от зазора рассмотрим для первогомоста. Обозначим: сопротивление 2 - Яз;сопротивление ВТПЗ - в1+ 81; конденсатор 4 - С 1; конденсатор 5 - С 4; сопротивление 6 - Вг; конденсатор 7 - С 2Универсальная сетка линий уравновешивания представляет траектории концов векторов относительных напряжений иОасОаЬ 50 Оас- на плечах ас и аб мостов при измененииОаЬзначений составляющих относительныхкомплексных сопротивлений иэмерительньх плеч;55У -- чаг,- -сопя и = чаг, У= сопя,а а а .агде а,Д,у - обобщенные параметры, причем а - сопротивление вспомогательногоплеча, Р - составляющая комплексного сопротивления измерительного плеча, имеющая одинаковый характер с а, у - составляющая комплексного сопротивления изме 5 рительного плеча, отличающаяся по характеру от а,Для верхней ветви аЬс а= Рз:, 3 = Р 1,1у=и)Ь -- ,в с 110 1 1ь ОЭСР О) С 2 Для нижней ветви адЬ а= ./ = -у=йг,Оас Относительное напряжение будет ОаЬ определяться формулой Оас а 1ьаь Ртд +ту20ОадОтносительное напряжение будетОаЬойределяться формулойОад а 1оь Га+я ьу,уа аПо известной методике найдены коор 30, динаты линий центров окружностей уравновешивайия: для линий= чаг, с -- сопя дляа аверхйей и нижней ветвей гпО = О, РеО =1 135 = -- , для линийчаг, У = сопя, для2 .,Еа аааверхней ветви йеО = О, 1 лзО =- - , для ниж/ уа40ней ветви йеО =О, аО = г - . Следовательно,для верхней ветви положительные значения1йЬ- -Х,, равные, находятся в нижнейвс 1345 полуплоскости, для нижней ветви отрицательные значения . равные -Вг г)с 4, такжеа10 15 20 2530 35 45 находятся в нижнейполуплоскости универсальной сетки линий уравновешивания,Уменьшение сопротивления Вз (параметр а) сдвигает годографы на универсальной сетке линий уравновешивания в сторону увеличения индуктивных, емкостных и активных относительных сопротивлений - и-, Уменьшение значений емкостиу да аконденсатора с 1 сдвигает годографы в сторону уменьшенгля индуктивных и увеличения емкостных относительных сопротивлений, Размеры и форма годографов при этом меняются, Регулированием резистора Вз и конденсатора с 1 добиваются, чтобы в рабочей области на годографе комплексного сопротивления вихретокового преобразователя, расположенного над неферромагнитнь 1 м полупространством линии зазора, представляющие собой окрукности были близки к параллельным, Это необходимо для того, чтобы при изменении второго мешающего фактора (электропроводности) в рабочей области отстройка от зазора не нарушалась.На фиг. 2 приведены три годографа влхретокового преобразователя расположенного над неферромагнитным полупространством, При этогл значение резистора Вз (пагг Ьраметр а) равно, где г 1 - индуктив 10ность вихретокового преобразователя при его нахождении в воздухе, Для первого годографа конденсатор с 1 закорочен, 2-й и 3-й годографы нанесены на универсальную сетку линий уравновешивания при некоторь,х значениях емкостей конденсатора с 1,Область параллельности линий зазоров находится следующим образом, Окрукности зазоров на универсальной сетке линий уравновешивания имеют две общие точки; начало годографа (точки п 1, п 2 и пз на годографах 1, 2, 3 соответственно) и точку а бесконечных значений относительно сопротивлений. Эти точки соединяют отрезком ап и из середины отрезка проводят перпендикуляр до пересечения с годографом, Точка пересечения определяет область параллельности окружностей зазора,На фиг, 2 годографы на универсальной сетке линий уравновешивания расположены таким образом, что на одном годографе параллельность окружностей зазора имеется при значении обобщенного параметра контроля Р, равном 2,8, а на другом.при значении Р, равном 25, После того, как в рабочей области параллельность окружностей зазора установлена. регулированием резистора В 2 и конденсатора С 2 находят оптимальное положение точкл 4 для отстройки от влияния зазора. по амплитуде выходного напряжения моста. При этом резистор В 2 регулирует реактивную составляющую)-=а -) В 2 вс 4, а конденсатор с 2 - активную составд сляющую - = - относительного комплекса с 2ного сопротивления измерительных плеч. При выявлении поверхностных нарушений сплошности в ферромагнитных изделиях значение обобщенного параметра контроля Р равно примерно трем, При этом линии зазора на комплексной плоскости напряжений в некоторых пределах параллельны, По универсальной сетке уравновешивания устанавливают режим отстройки от зазора и необходимую чувствительность соответственно тому, что рабочая область годографа не должна быть слишком маленькой по отношению к входному напряжению моста (фиг, 3), При этом необходимо учесть, что точка б на универсальной сетке линий уравновешивания может находиться только в нижней полуплоскости.После установки режима отстройки от зазора вихретоковые преобразователи 3 и 9 сканируются по контролируемому изделию. Напрякения с выходов мостов детектируются амплитудными детекторами 14 и 15 и подаются на входы дифференциального. усилителя 16 с идентичными коэффициентами усиления напрякения по первому и второму входам, При этом изменения электропроводности и магнитной проницаемости одинаково влияют на первый и второй вихретоковые преобразователи, и поэтому напряжения на выходе дифференциального усилителя отсутствует, При попадании одного из вихретоковых преобразователей на дефект равенство напряжений на входах дифференциального усилителя нарушится и на его выходе появится напряжение, которое регистрируется указателем 17 равновесия, Чтобы исключить отстройку от дефекта при одновременном попадании преобразователя на дефект, вихретоковьге преобразователи при сканировании должны . располагаться один за другим, Кроме того,чтобы исключить пропуск трещины, которая расположена по отношению к сканирующим преобразователем вдоль, а не поперек при контроле неферромагнитных изделий, располагать преобразователи на некотором расстоянии друг от друга (примерно, 5 мм). При контроле ферромагнитных изделий, вследствие большой неоднородности элект-рофизических характеристик изделий, преобразователи необходимо размещать какможно ближе друг к другу и проводить повторное сканирование контролируемых изделий по линиям сканирования, перпендикулярным линиям первоначального сканирования,Ф о р мул аиз о бр ете н ия Вихретоковый дефектоскоп, содержащий измерительный датчик, два амплитудных детектора, входами соединенный с ними дифференциальный усилитель, индикатор, соединенный с выходами последнеГо, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения надежности контроля, вихретоковь 1 й датчик выполнен в виде двух мостовых схем; каждая из которых содержит левое плечо верхней ветви, образованное переменным резистором, правое плечо верхней ветви, образованное последовательно соединенными катушкой индуктивности и переменным конденсатором, точка соединения правого и левого плеч верхней ветви является первым выходом мостовой схемы, левое плечо нижйей ветви образовано кон денсатором, правое плечо нйжней ветви образовано последовательно соединенными переменнь 1 м резисторбм и переменным конденсатором, точка соединения левых плеч верхней и нижней ветвей является пер вым входом мостовой схемы, точка соединения правых плеч верхней и нижней ветвей является вторым входом- мостовой схемы, точка соедйнения левого и правого плеч нижней ветви является вторйм выходом мо стовой схемы, входы двух мостовых схемсоединены"свыхбдамй"генератора, первый выход каждой мостовой схемы соединен с входом соответствующего амплитудного де тектора, э" вторье"вьгходымостовых схем 20 предназначены для соединенйя с землей.С фСДфмр Соста вител ь А. В ой но Техред М, Моргентал Тираж ПодписноеИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5