Способ вихретокового измерения параметров электропроводящих изделий

(5 1 И 279 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ С ный инс в о .СССР 1971.СССР 1985.(54) СПОСОБ ВИХРЕТОКОПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПРОВТОВ(57) Изобретение отношающему контролю и мо ОГО ИЗМЕРЕНИЯОДЯЯИХ ОБЪЕКится к неразру-. ет быть испольМ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯИ ГННТ СССР(56) Авторское свидетельствВ 302587, кл. С 01 И 27/90,Авторское свидетельствоУ 1136071, кл. Г 01 И 27/90 2зовано для измерения удельной электрической проводимости плоских объектов и толщины их диэлектрических покрытийПовьппение точности измерения удельной электрической проводимости и расширение функциональных возможностей за счет измерения толщины диэлектрического покрытия достигается путем определения зазора между вихре- токовым, преобразователем и поверхностью контролируемого объекта, при котором выполняется заданное соотношение, Изменяя с помощью микрометрического винта 28 положение каркаса 3, добиваются баланса индикатора 23 нуля. При этом выполняется соотношение 6 ПИП= ЩйЦз, где Пи Бк - приращения сигналов обусловленных1543338 влиянием контролируемого объекта1 при двух значениях з аз ора, Ю э и У 1 э - то же, при взаимодействии с образцовым объектом. Затем с помощью блока 13 возведения в квадрат, блока 14 деления, блока 27 памяти и масштабного преобразователя 15 формиИзобретение относится к неразрушающему контролю,и может быть использовано для измерения удельной электрической проводимости плоских объектов и толщины их диэлектрических покрытий.Цель изобретения - повышение точности измерения удельной электрической проводимости и расширение функциональных возможностей за счет измерения толщины диэлектрического покрытия, достигается путем определениязазора между вихретоковым преобразоВателем и поверхностью контролируемоГо объекта, при котором выполняетсязаданное соотношение,На фиг. 1 представлена структурная,30схема устройства, реализующего способ;на фиг. 2 - зависимости, поясняющиеспособ,Устройство, реализующее способ,состоит из вихретокового преобразователя 1, содержащего корпус 2 и располо 35женный в нем диэлектрический каркас3, на котором размещены возбуждающаякатушка 4 индуктивности и сорсные сней две измерительные идентичные меж 40ду собой катушки 5 и 6 индуктивности,расположенные на расстоянии Н другот друга, а также из последовательносоединенных модулятора 7 и генератора 8, выход которого подключен к катушке 4, последовательно соединенныхпервого усилителя 9, вход которогоподключен к катушке 5, первого амплитудного детектора 10, первого полосового фильтра 11 второго амплитудногоФ50детектора 12, блока 13 возведения вквадрат, блока 14 деления, регулируемого масштабного преобразователя 15и индикатора 16, последовательно соединенных второго усилителя 17, входкоторого подключен к катушке 6, третьеть его амплитудного детектора 18, второго полосового фильтра 19, четвертогоамплитудного детектора 20, второго руется сигнал, пропорциональный измеряемой удельной электрической проводимости, поступающий на индикатор16. Толщина диэлектрического покрытия 31 считывается по разности показаний индикатора 29 для точки балансаи начальной точки. 2 ил. блока 21 деления, блока 22 вычитанияи индикатора 23 нуля. Выход блока 21деления через последовательно включенные первый ключ 24 и первый блок 25памяти соединен с вторым входом блока 22 вычитания, выход блока 13 возведения в квадрат через последовательно соединенные второй ключ 26 и второй блок 27 памяти соединен с вторымвходом блока 14 деления, второй входблока 21 деления соединен с выходомамплитудного детектора 12.Устройство содержит также микрометрический винт 28 и механический индикатор 29 перемещений. С помощьюмикрометрического винта 28 каркас 3может перемещаться внутри корпуса 2,а величину этого перемещения измеряют индикатором 29, корпус которогозакреплен в корпусе 2 преобразователя 1, а подвижный шток касается поверхности каркаса 3, На фиг. 1 такжепоказано контролируемое изделие 30и диэлектрическое покрытие 31 на немтолщиной Нэ,Способ осуществляется следующимобразом,Вихретоковый преобразователь 1питают переменным током с частотой Я,которая изменяется во времени по синусоидальному закону Я =Я,(1 ++з 1 п 0 ), где- время, 2 - частота модуляции (ЯЯ),- глубинамодуляции (( 1).В процессе калибровки вихретоковыйпреобразователь 1 устанавливают наобразцовое изделие (не показано) сзазором между вихретоковым преобразователем 1 и проводящей поверхностьюобразцового изделия, который долженбыть равен величине максимально возможного зазора в процессе контролямежду вихретоковым преобразователем1 и проводящей поверхностью контролируемого изделия 30. Выходное напряжение вихретокового преобразователя 1+ 1 екпкк к. ик к 1 б РО) 30 Из информативнойвыделяют и измеряютс частотой Г = 2 Яинформативной состав с тавляюще и периодические риращения Ь, Б ляющей, амплиту- (2) равна да которых согласи2 шгде а = С(Нкоэфф Н + ЬН) иента а,- величина при зазоре Учитывая, ЬНкЬНк одят вели то величин значительноимеем С(Н + Н,)ЬНкЬ 0ЬНэ роцессеьше, чем Сравнив величинь усиливают и выделяют путем детектирования информативную составляющуюБ усиленного выходного напряженияпреобразователя 1, величина которойбудет равна КйюОУэ значение параметрав момент, когдаО=(о фвеличина удельной электрической проводимости материала образцового иэделия;радиус возбуждающей катушки 4 Х Х 2, 11 + р; -- з 1 пХ = - (1 - соз 2 Х) 8 2 и выражение (1), получим Нэ К а 16 РаэВеличина ЬБ не зависит от вели чины коэффициентов а и а и прямо пропорциональна величинеВеличину ЬН э запоминают, задают фиксированное приращение зазора Ь Н и снова измеряют периодические с ча тотой Г = 2 Я приращения ЬБ информативной составляющей. Амплитуда этих приращений равнаАБэ = К а, - аэ е а - величина коэффициента а при зазоре На + Ь Н. сле этого находят и запоминаю ЬПвеличину - , учитывая, что величиЭ ны К,иизменяютс калибровки значительнвеличина а имеем КБэ а, С(Н+ Ь Н)а Г(Н )где С(Н) - функция, описывающая зависимость величины а от Н. На этом операции, связанные скалибровкой, заканчиваются.В процессе контроля вихретоковыйпреобразователь 1 устанавливают надконтролируемым изделием, в общемслучае имеющим диэлектрическое покрытие толщиной Нкз с некоторым первоначальным зазором Н между поверхностью покрытия и вихретоковым преобразователем 1. Величина зазора Нмежду вихретоковым преобразователем1 и проводящей поверхностью изделиябудет равна Н = Н + Н. Из информа-.тивной составляющей Б выделяют и измеряют периодические с частотой Р == 2 2 приращения Ь 1) информативнойсоставляющей. Амплитуда этих прираще ний аналогично (2), равна где )э,к = КбоУо к ф(- величина удельной электрической проводимости материала контролируемого изделияеа = С(Н + Н ) - величина коэфф 2.фициента а, при зазоре Н = 5Н+ НВеличину Ь Б запоминают, задаютфиксированное приращение зазора Ь Ни снова измеряют периодические с час- Ототой Р = 2 2 приращения ЬБ информативной составляющей, амплитуда этихприращений равнаЬц = к а",. 16 Р,. (6)и Р изменяются ныне, чем величина аз,1543338 8ЭРЕсли они отличаются друг от друга, дН ( О, Таким образом, величинато изменяют величину Н. Снова изме- , Нряют величины У и ЬБк, находятС 2 (Н)новую величину - и сравнивают с 5611И 1 к должна быть или больше, или меньшес величиной . э . Если сравниваемые нуля. Числитель этого выражения равенБиэ (Н + ЬН)С(Н) - С (Н)С(Н + ЬН) =величины отличаются друг от друга, то -(С (Н + С (Н) ЕН)С(Н) - С(Н)С(Н) +величину Н итерационно измеюют до 10 + С (Н) Н = НС (Н)С(Н) - С(Н)2.2тех пор, пока не будет соблюдаться Величины С (Н)О, (С (Н ) О,равенствоЭР1 ЬН ) О, поэтому - ( О, если выполИ бц днк "э 15 няется условиеС (Н) С(Н)0 с заданной степенью точности. При этом с учетом (7) и (4) имеем(н + н) с(н + н, + ьн) с(н ) ФАнализ известных зависимостей величины выходного наряжения вихретокового преобразователя от величины Р позволяет сделать вывод, что условие (11) выполняется для трансформаторных преобразователей с определенным значеием величины параметра енство (8) выпопри выполненииаточно (но неС(Н 1 ра лишь нялось Чтотольк равенстеобходим еньшей кат маторного до двухкатушечно= 0,5 относиого напряжедпя трансфор го преобразо тельная вел ния в. диапаз проксимации жет аппроксим выражениями: вателя с 1ичина выходи оне = 0-1 чтобы унк ыл 30 точки ап-" 10) момонотонна в рабочем диапаз ния Н, Для этого достаточн е ватьс чтоб лось словие - )ЭН О, 11 О 3 + О, 0025 6 (;0,106+ 0,00282;0,0908 + 0,002933, = С(06) п 2 изображежен- величина обобщенногозначения зазора Н;амплитуда выходного напряжения преобразователя в воздухе (3 = 0) азом, при ОС = 0,0; Ы = ,3; о = 0,5 значения сох коэффициентов а равны 06 -0,0908; -0,0695, По ям построена зависимость ри= 05, которая изоб г, 2. На фигтакже аналогичные зависимостипри= 0,1 и у = 0,75. Из этих зависимостей видно, что при 1 = 0,5-0,75в диапазоне М = 0-0,5 функция С(ОС)выпукла вниз, т.е. С"(00ОС(р) ( О, следовательно, условие (10)выполняется, а функция Р(о) - монотонно убывающая в диапазоне изменения 5с,= 0 0-0 5Поэтому при выполнении условия (8)за счет изменения величины Н (а следовательно, и Н) справедливо равенство (11) .(14) ны 50 Условие (11) является достаточным, но не необходимым, поэтому условие (8) выполняется только при достижении равенства (10) в более широком диапазоне изменения параметров ю и 1, чем это следует из условия (11) и зависимостей, изображенных на фиг.2. После достижения равенства (10), измерив величину Н к - величину окончательного зазора Н, при котором выполняется условие (8), толщину диэлектрического покрытия можно найти по формуле(12)Если в процессе контроля величи-, ны коэффициентов передачи блоков, реализующих способ, не изменяются,И то величина коэффициента а, определяется величиной зазора Н. При выполнении условия (8) величина зазора Н =. Н + Нравна зазору Н, которыйи жеется при калибровке, поэтому а, = а, С учетом этого и выражений (2) и (5) имеем(13)аЦ, Р.эотсюда величину ( можно найти в ви- де Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.Перед началом калибровки оператор замыкает ключи 24, 26 и, вращая микрометрический винт 28, заставляет перемещаться каркас 3 вихретокового преобразователя 1 до момента совпадения установочных торцов корпуса 2 и каркаса 3 (до упора). На индикаторе 29 при этом устанавливают значение Нд.В процессе калибровки на образцовое изделие (без диэлектрического покрытия) устанавливают диэлектрическую пластину (не показана) толщиной Н, а на нее - вихретоковый преобразователь 1, при этом расстояние между катушками 4 и 5 и проводящей поверхностью изделия 30 равно величине Н ОВ течение всей работы устройства возбуждающая катушка 4 запитывается с помощью генератора 8 и модулятора 7 переменным током с частотой И = =Яо(1 +здпЯ). С измерительных катушек 5 и 6, расположенных соосно на расстоянии Ь Н друг от друга,5 10 15 20 25 30 35 40 45 сигналы поступают на входы усилителей 9 и 17 соответственно и усиливаючся ими, С помощью амплитудных детекторов 10 и 18 выделяются информативные составляющие Н усиленных сигналов,снимаемых с измерительных катушек 5и 6. С помощью полосовых фильтров 11и 19, которые пропускают сигналы счастотой Р = 2 Я, из информативныхсоставляющих выделяют периодическиес частотой Р = 2 Я приращения 5 Бэи В Б соответственно. На выходеамплитудных детекторов 12 и 20 формирую 1 ся сигналы, численно равные величинам 6 У и 5 13 соответственно, Навыходе блока 21 деления формируетсяЬНэсигнал в , который через замкнуалый ключ 24 поступает и запоминаетсяв блоке 25 памяти. Сигнал (Щ ) с выхода блока 13 возведения в квадратчерез замкнутый ключ 26 поступает изапоминается в блоке 27 памяти. Приэтом на оба входа блока 14 деленияпоступает сигнал (Ьц), поэтому наего выходе формируется сигнал, численно равный единице, Изменяя величину коэффициента передачи регулируемого масштабного преобразователя 15,оператор добивается, чтобы индикатор16 показал величину(3 . При этом установленное в процессе калибровкизначение Кполучается равным величи-не бэ, т. е. К =бэ,Не снимая с эталонного изделияпреобразователь 1, оператор размыкает ключи 24 и 26. В дальнейшем положение этих ключей не изменяется, а вблоках памяти 25 и 27 хранятся величи 1Ии ЬИ )соответственно. НаЭэтом калибровка устройства заканчиваетсяВ процессе контроля оператор уста.навливает вихретоковый преобразователь 1 на контролируемое изделие 30, которое в общем случае имеет диэлектрическое покрытие 31 толщиной НАналогично процессу калибровки йа выходе блоков 21 и 13 формируютсяНксигналы и (У 3) соответственно."к Изменяя с помощью микрометрического винта 28 положение каркаса 3, то есть изменяя величину зазора Н , оператор, следя за показаниями индикатора 23 нуля, добивается, чтобы на вы 1543338 12ходе блока 22 вычитания формировался сигнал Б , равный нулю. При Б = ОУвыполняется равенство сигналов1--- и равенство (11). При пере фк ДНэ11Ь "эмещении каркаса 3 ча величину Н = Н показания индикатора 29 увеличатся на величину Н, поскольку при калибровке на индикаторе 29 выставлено 10 Значение -Н , то согласно (12), он показывает величину -Но + Нк = -Н При Н = О индикатор 29 также будет показывать величину О.Сигнал (ЬБ)2 с блока 13 воэведе Ния в квадрат поступает на первый Вход блока 14 деления, на второй вход которого поступает сигнал (Ьбэ)/ Дн йС блока 27 памятиСигналпоИ, 20Ступает на вход масштабного преобразователя 15 с К = б . Сигнал6 эЫЗк)б =Споступает на индикатор 16,25 который показывает величину (7.Использование величины приращенияУ информативной составляющей Ц с частотой 2 ц позволяет получить линейную зависимость величины 6 Б от 30 Величиныи исключить влияние величин коэффициентов ао и а на точность измерения 6. Совместное измерение Величины Ь П и итерационное изменеНие зазора. в процессе контроля до 35 Получения определенного равенства позволяет контролировать толщину Н диэлектрического покрытия на контролируемом изделии и исключить влияние Величины зазора на точность измере нияб . Так как для определения величин контролируемых, параметров используются величины, и1У 45- то результат измерения не завиДцсит от величины коэффициентов преобразования устройств, реализующих, Способ, необходимо только, чтобы в процессе контроля эти величины неизменялись.Формула изобретенияСпособ вихретокового измеренияпараметров электропроводящих изделий,заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь питают переменным током с частотой Я , модулируют ее по гармоническому закону с частотой Я, усиливают выходное напряжение преобразователя, выделяют информативную составляющую У усиленного выходного напряжения преобразователя, выделяют периодические с частотой Р приращения ЬБ выделенной информатив- ной составляющей, в процессе контроля измеряют величину приращения 111 информативной составляющей и корректируют результат измерения, о т л и- чающий с я тем, что, с целью увеличения точности измерения удельной электрической проводимости и повышения информативности за счет измерения также и толщины диэлектрического покрытия, величину Г выбирают равной 2 Д предварительно преобразователь устанввливают на образцовое изделие с зазором Но, соответствующим верхнему пределу рабочего зазора между торцом преобразователя и поверхностью изделия в процессе контроля, измеряют величину Ю, приращения информативной составляющей, задают фиксированное приращение зазора Ь,Н и снова измеряют величину приращения Ю информативной составляющей, опре 1 деляют и запоминают величину ЬНэ/Днэ, а в процессе контроля задают фиксированное приращение зазора ДН измеряЭют величину приращения ДУк информативной составляющей определяют вели 1Учину Ь Б/Дц к, сравнивают величины ЬБ/6 У и ДБэ/Юэ, изменяют величину зазора Н вплоть до получения равенства ДБ/ДУк = Щ/Щ, после чего определяют величину ЬУ/Бэ и перемещение Н преобразователя, а удельную электрическую проводимость контролируемого изделия и толщину Нч диэлектрического покрытия на контролируемом изделиии находят из соотношений где б э, б. - удельная электрическаяпроводимость контролиру- емого и образцового изделий соответственно,-очаг -Ой ОДСоставитель П. Шкатовактор М. Недолуженко Техред А,Кравчук Корректор И. Самборская Заказ 398 Тираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенйям и открытиям при ГЕНТ СССР113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101