Преобразователь толщины в интервал времени

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК в 06 51) 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ПИСАНИЕ ИЭОБРЕ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТЕН 5-28 сти- вов 77(57) Изобретение относится кствам для толщинометрии и можиспользовано для контроля толстенок крупногабаритных нефер ЕР устетщинром ои- ыть(21) (22) (46) (71) тут ский (72) (53) (56) 4288649/ 22.07.87 30.01.90 Львовски м, Ленин лесотехн В.Г. Бра 620.179. Дефектос Бюл. М 4й политехнический и ского комсомола и Л ический институт ндорф и В,Л. Котляр 14(088.8)копия, 1981, У 12,ЯО 1539510 А гнитных изделий. Цель изобретения повышение информативности. Для этого на выходе первого элемента ИЛИ 13 формируются импульсы длительностью 8 и Г . Первый из них пропорциоК 1нален толщине стенки изделия, помещенной между источником 3 поля и катушкой преобразователя 5, а второй- ее толщине и электрической проводимости. На втором выходе преобразователя присутствует сигнал, идентифицирующий эти импульсы (импульсу 7 соответствует уровень логического нуля нв втором выходе, а импульсу 2- уровень логической единицы), 3Изобретение относится к толщиномерам и может быть использовано для контроля крупногабаритных неферромагнитных изделийЦелью изобретения является расширение информативности за счет измерения и электрической проводимости материала контролируемых иэделий.На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя;.на фиг.2- схема его управления; на фиг. 3 временные диаграммы: (с) - ток источника поля; е(с) - ЭДС индукционно" го преобразователя; Уэ - напряжение на выходе интегратора; 0- выходное напряжение преобразователя (на втором выходе); П ц, - состояние первого выхода схемы управления и первого ключа, замкнутого при подаче на его управляющий вход "1"; 0- состояние второго выхода схемы управления и второго ключа; 16 - состояние элемента И схемы управления; Т 17 - состояние обратного выхода 25 третьего триггера схемы управления (третьего выхода схемы управления);11 - состояние первого триггера (прямого выхода); 12 - состояние обратного выхода второго триггера 12.На фиг. 3 штриховыми линиями обозначены зависимости при 6 = 0, сплошными - при 60, цто следует иэ обозначенийи с.Преобразователь содержит соединен- З ные последовательно источник 1 постоянного напряжений, первый вход которого соединен с точкой нулевого потенциала, резистор 2, источник 3 поля и первый ключ 4, второй вывод которого 40 соединен с вторым выводом источника 1 постоянного напряжения, последова" тельно соединенные индукционный преобразователь 5, второй вывод которого соединен с точкой нулевого потенциала,45 второй клюц 6, интегратор 7 и нуль- орган 8, третий ключ 9, выводы которого соединены с вторыми выводами второго ключа 6 и резистора 2, соответственно, и схему 10 управления, первый и второй выходы которой соединены с управляющими входами первого 4 и второго 6 ключей соответственно, а первый вход предназначен для подключения к источнику тактовыхимпульсов. Преобразователь содержит соединенные последовательно первый триггер 11, С-вход которого соединен с первым выходом схемы 10 управления,а инверсный выход соединен с Р-входом первого триггера 11 и является первым выходом преобразователя, второй триггер 12, Р-, С- и Б-входы которого соединены соответственно с точкой нулевого потенциала, прямым выходом первого триггера 11 и выходом нуль-органа 8, и первую схему ИЛИ 13, два входа которой соединены соответственно с инверсным выходом второго триггера 12 и третьим выходом схемы 10 управления, а выход первой схемы ИЛИ 13 соединен с управляющим входом третьего ключа 9 и является вторым выходом преобразователя, и вторую схему ИЛИ 14, два входа которой соединены соответственно с прямым выходом первого триггера 11 и выходом нуль-органа 8, а выход второй вхемы ИЛИ 14 соединен с вторым входом схемы 10 управления.Схема 10 управления может быть выполнена, например, в виде соединенных последовательно счетчика 15, вход которого является первым входом схемы 10 управления, а прямой и инверсный выходы - первым и вторым соответственно выходами схемы 10 управления, схемы И 16, два входа которой соединены соответственно с двумя прямыми выходами счетчика 15, и третьего триггера 17, 8-вход которого является вторым входом схемы 10 управления, О- вход соединен с точкой нулевого потенциала, С-вход соединен с выходом схемы И 16, а инверсный выход является третьим выходом схемы 10 управления.Преобразователь работает следующим образом.Источник 3 поля и преобразователь 5 накладывают соосно на разные сторо" ны объекта контроля (не показан). Соосность достигается с помощью известных способов. Благодаря периодической коммутации первого ключа 4 схемой 10 управления по обмотке источника 3 поля протекает периодический пульсирующий ток , чем создается электромагнитное поле, наводящее в обмотке преобразователя 5 импульсы ЭДС е. Временные параметры, определяющие длительности фронтов импульсов тока (й) и импульсов е(с), определяются следующими параметрами и условиями:постоянной времени= Ь /К цепи тока (с), эквивалентной индуктивностью.Ь и эквивалентным активным сопротивлением Кэтой цепи при отсут5ствии электропроводности объекта контроля ( 6 = О);вносимыми в цепь тока х(с) индуктивностью Ьи активным сопротивлением К, эти параметры определяются электропроводностью 6 включений в стенке объекта контроля, их формой, размерами и ориентацией относительно соосной системы обмоток источника 3 и преобразователя 5.Непосредственно перед моментом величина тока (с) имеет стационарное значение 1(с) == Уйз, где 0 - напряжение источника 1, выходное напряжение интегратора 7 11 з(с) О.Схема 10 управления работает путем подсчета счетчиком 15 выходных тактовых импульсов, поступающих на первый вход схемы 10 управления. Ра" бота схемы 10 делится на четыре такта (по числу состояний счетчика 15). На втором выходе схемы 1 О единица появляется в двух первых тактах (состояния счетчика 15 "00" и "01"), а на первом - в двух вторых тактах (состояния счетчика 15 "10" и "11"). На выходе схемы И 16 единица появляется . в четвертом такте (состояние "11"). Появление единицы на выходе схемы И 16 устанавливает в "0" третий триггер 17, который может быть установ" лен в единичное состояние единичным уровнем, если он поступит на второй вход схемы 10 управления. ФВ момент с очередной тактовый импульс, сформированный из сетевого напряжения и поданный на первый вход .схемы 10 управления, установит счетчик 15 схемы 1 О управления (фиг. 2) в нулевое состояние (первый триггер 1 находится в состоянии "1"), в результате чего первый ключ 4 размыкается, а второй ключ 6 замыкается, и это состояние схемы остается неизменным до момента с, Величина тока (с) асимптотически уменьшается, стремясь к другому стационарному значению 1(с) = О. Процесс становления тока (с) = О практически завершается к моменту с , и длительность переходного процесса с( с, - с тем больше, чем больше потокосцепление контуров вихревых токов в электропроводящем включении с обмотками источника 3 и преобразователя 5. Длительность временного интервала с- с, выбирается из двух условий: 5где С - период питающей сетии - целое число, что обеспечивает независимость ц (с )от влияния электропроводящих включений и помех с ча стотой питающей сети.Величина Б (с ) - результат интегрирования отрицательного импульсае(с) - зависит от расстояния междукатушками источника 3 и преобразова теля 5 1 т.е. от толщины стенки объекта контроля . В момент с, счетчик 15 устанавлива,ется в состояние "О 1", никаких переключений в схеме. не производится, вмомент с счетчик 15 устанавливаетсяв состояние "1 О", первый триггер 11в "0", второй ключ 6 размыкается, апервый ключ 4 замыкается, ток 1(с) 25 начинает возрастать от нулевого значения до величины 1. Длительность переходного процесса становления тока1 равна с . На временном интервалес - с э с второй ключ 6 разомкнут, ЗО интегратор 7 выполняет роль аналогового запоминающеГо устройства: 0 (С )=- и,(с,). В момент с счетчик 15 устанавлиз35,вается в состояние "11", на выходесхемы И 16 появляется единица, положительный перепад напряжения на выходе элемента И 16 переводит третий.триггер 17 в "0", единица с обратного4 О выхода которого через третий. выходсхемы 10 управления и первую схемуИЛИ 13 поступает на управляющий входтретьего ключа 9 и на второй выходпреобразователя толщины в интервал45 времени. Третий ключ 9 замыкается, на(К - сопРотивление РезистоРа 2); Б з(С)начинает линейно уменьшаться (прямая50 Е с наклоном . В момент с, когдаУзй = О, срабатывает нуль-орган 8 иустанавливает третий триггер 17 в единицу, что. приводит к размыканию третьего ключа 9. Это состояние схемы ос 55 тается неизменным до момента с . Временной интервал С= с- с з зависитлишь от Ти К. Описанные процессыв принципе аналогичны протекающим в,известном преобразователе.Процессы, протекающие в интервале с - с , аналогичны описанным процессам в интервалеВ моментсчетчик 15 вновь переходит из состояния "01" в состояние "10", первый триггер 11 устанавливается в состояние. "1". Положительным перепадом первого триггера 11 второй триггер 12 устанавливается в "0", Единичный сигнал с обратного выхода этого триггера через первую схему ИЛИ 13 поступает на второй выход преобразователя толщины в интервал вреМени и на управляющий вход третьего 15 Ключа 9, который в результате этого замыкается. На вход интегратора 7 подается положительное, возрастающее от нулевого значения, напряжение 03 кю 20К моменту Т(сдля точки Е) выходное напряжение Б (т) достигает своего стационарного значения Б(е)= = 0 ( ) = М(Т )з.,/ С, где М(Т) коэффициент вэаймоиндукции между об мотками источника 3 и преобразователя 5; Т- толщина объекта контроля;1= 0 Ю- О - постоянная времени интегратора. Это напряжение не зави. сит от электропроводности неферромаг- ЗО нитного объекта контроля, ибо интегрирование ЭДС е(с) выполняется на ,временном интервале, большем .В момент(с ) начинается пере" ,ходной процесс становления стационар- З 5 ного значения , тока , Этот про" цесс одинаков как с момента й, так и с момента . Рассмотрим его при двух условиях.Если Ь= 0, т.е. контролируется 40 неэлектропроводящий объект: так как,непосредственно перед моментом С(й ) ток имеет нулевое стационарное эна"чение, то при включении индуктивности (Обмотка источника 31 под посто" 45янное напряжение источника 1 ток вцепи изменяется .по экспоненциальномузакону:(е) с ь (1-е50где 7 ИК э - постоянная времени расг,сматриваемой токовойцепи (1 - индуктив"ность источника 3).На временном интервале с павв 55- Т (10-15) ь этот переходной процессзавершается, поэтому на этом интервале выходное напряжение 0 э(С)интегратора изменяется нелинейно (экспоненциально) от точки а до точки Ь, а далее линейно - от точки Ь до точки й. Описанный процесс изменения Бсоответствует случаю с тПри С), Сизменение У (й) происходит ли.-.5нейно, так как в этом случае ток а уже достигает д;, интегрируется не экспонеНциальное, а постоянное напряжение.Так как за время , (при Т э) ток также достигает 1 то наклоны прямых аВ и Ъй одинаковы.Если 6 = 6 , (максимально допустимой для данного конкретного преобразователя); в связи с этим в момент с возникают вихревые токи в электропроводящем объекте (вклюцениц), что приводит к затягиванию переходного процесса становления стационарного значения 1 тока (с) ибо параметры . цепи этого тока изменяются вследствие появления вносимых вихревыми токами. активного и реактивного сопротивлений. Поэтому с) свыходное на" пряжение интегратора 7 приз с изменяется нелинейно от точки а до точки с, а далее линейно - от точки с до точки е, по завершении переходного процесса, когда х(Ц 10, изменяется линейно, наклон прямой се равен наклонам прямых Гц и Ъ, то есть эти прямые параллельны.Начиная с момента, когда 0 = О (третий триггер Ц схемы 10 управления в это время подтверждается в состоянии "1"), второй триггер 12 сигналом нуль-органа 8 становится в "1", на его обратном выходе появляется "0", нуль появляется на выходе первой схемы ИЛИ 13 и на втором .выходе преобразователя, а дальше процессы в схеме протекают аналогично описанному выше на интервале с- . Временной интервал е - с 4 0-- С , как и С является, выходным интервалом предлагаемого преобразователя. При этом, как видно из временной диаграммы (фиг. 3), временной интервал С, сопровождается нулевым состоянием первого триггера 11 (единичным состоянием первого выхода пре" образователя), а времейной интервал 0- единичным состоянием первого триггера 11 (нулевым состоянием на первом выходе преобразователя), блокирующим через второй элемент ИЛИ 11 установку третьего триггера 17 в "0".Таким образом, на первом выходе преобразователя имеется сигнал, идентифицирующий временные интервалы С,и лф 5При данной постоянной времени интегратора 7 и максимальном значении Твеличину К резистора 2 выбирают из условия10лГй г пмо ф где й, - максимальная длительность переходного процесса становления токад(с). Тем самым всегда 15обеспечивается наличиелинейного участка сеспада 0 (С) .С помощью преобразователя можно получить дополнительную информацию о проводящем включении в стенке контролируемого объекта.Для величины интервала С можно записать (исходя из факта одинаковых значений 0(з) О (й ) и одинаковых 25 наклонов отрезков Ед, в д и се): где С; - (е - т ) - 2., - постоянныйвременной 3 Оинтервал,соответствующий случаю 6 п О;"4=ед - временнойинтервал,независящийот велициныТ.и определяемый эле Октропроводящим вклюцением.Продолжительность каждой из сос;тавляющих интервала С формируетсяопределяется следующимй факторами иусловиямиинтервал 8, формируется в первомтакте раЬоты аналогично работе известного устройства, этот интервал не за Овисит оти однозначно определяется величиной Т;интервал , формируется в видепостоянной аддитивной к интервалуне зависящей от Т при 6= О, 55определяемой (суммируемой) составляющей лишь постоянной времени токовойцепи. Это обстоятельство позволяетпри Ь= 0 определить величину интер" вала, в процессе настройки конкретного оЬразца предлагаемого преобразователя путем Вычитания С - , при, ь= 0интервал СФормируется в виде аддитивной составляющей к интервалу С,+ 2 , определяемой величиной 6,офгеометрическими параметрами и .ориентацией электропроводящего вклюцения. Величина О 6 тем больше, чем больше потокосцепление источника 3 с контуром (ами) вихревых токов в электро- проводящем включении. Поэтому при неизменных геометрии и ориентации электропроводящего включения с увеличе-нием 6 от нулевого значения до макси" мального величина этого интервала будет также изменяться от нулевого до максимального значения, т.е. Внутри интервала де на прилагаемой фигуре. Использование этого обстоятельства позволяет получить информацию о величине 6, например, в случае, когда электропроводящее включение -,неферромагнитная пластина или прослойка (слой) в плоском непроводящем объекте контроляТаким образом, с помощью соответствующей обработки информации, получаемой на выходе преобразователя в виде пар последовательных импульсов, определяющих временные интервалы ,и С , можно выделить не только информацию о величине Т , но и.о параметрах электропроводящих включений. Например, выполнив с помощью известных способов (преобразование) временных интервалов в количество импульсов и вычитание чисел) операцию вычитания, получим количество импульсов И, прямо пропорциональное значению ф 3 Л Л л лфк 1= о+ ьк и независящее от Т.-. На основании сказанного выше можно записать+ кЬгде Б - постоянная велицина, определяемая значением 7,.Таким образом, величина И (как и ь С ) определяется лишь электропроводящим включением. Используя известные методы обработки информации, при вихретоковом методе контроля можно выделить информацию о параметрах этого электропроводящего включения. формула и з о Ь р е т е н и яПреобразователь толщины в интервалвремени, содержащий соединенные после 1539510 12довательно источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен с точкой нулевого потенциала, резистор, источник поля и первый ключ, вто рой вывод которого соединен с вторым , выводом источника постоянного напряжения, соединенные последовательно индукционный преобразователь, второй вывод которого соединен с точкой нулевого потенциала, второй ключ, интегратор и нуль-орган, третий ключ, выводы которого соединены с вторыми выводами соответственно второго ключа и резистора, и схему упраВления, пер" 15 вый и второй выходы которой соединены с. управляющими входами соответственно первого и второго ключей, а первый вход предназначен для подключения к источнику тактовых импульсов, о т - 20 л и ч а ю щ и й с я . тем, что, с целью повышения информативности, он снабжен соединенными последователь" но первым триггером, С-вход .которогосоединен с первым выходом схемы управления, а инверсный выход соединенс его П-входом и является первым выходом преобразователя, вторым триггером, Р"., С- и Б-входы которого соединены соответственно с точкой нулевого потенциала, прямым выходом первого триггера и выходом нуль-органа,и первой схемой ИЛИ, два. входа которой соединены соответственно с инверсным выходом второго триггера и третьим выходом схемы управления, а еевыход соединен с управляющим входомтретьего ключа и является вторым выходом преобразователя, и второй схемой ИЛИ, два входа которой соединенысоответственно с прямым выходом первого триггера и выходом нуль"органа,а выход второй схемы ИЛИ соединен свторым входом схемы управления,Составитель И.Рекуновадактор А.Маковская Техред Л,Олийнык .Корректор М.Шарошиве а е е За каэ ВНИИПИ Тираж 492 Подпсиное сударственного комитета по иэобретениям, и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 шжшшш жав ю ежам