Матричный вихретоковый преобразователь
Изобретение может быть использовано в дефектоскопии трубопроводов. Цель изобретения - повышение точности . На соленоидальной катушке 1 индуктивности установлен диэлектрический каркас 2, на котором размещены пьезоэлектрические подложки 3. Число пьезопластин п определяют из соотношения п 2jrR/D, где R - радиус каркаса, D - ширина пьезопластины . На каждой подложке 3 устанавливают через диэлектрические прокладки электродинамический преобра- . зователь 4 и печатную катушку 5 индуктивности . Все электродинамические преобразователи 4 и печатные катушки 5 соединяют последовательно и включают в измерительный тракт, а рабочие поверхности пьезопластин подключают к генератору напряжений калиброванных частот. Частоты напряжений соответствуют резонансным частотам пьезоппастин электрических подложек 3, что позволяет осуществлять циркулярное сканирование объекта контроля посредством изменения частоты генератора возбуждающего напряжения . Преобразователь позволяет измерять две составляющие вектора магнитной индукции вихревых токов и вести по ним классификацию дефектов. 3 ил.. с сл 00 X 00 эо о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
А1 (19) (21) (S2).4 G 01 N 2 0
4; (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н д ВТОРСНОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4152655/25-28 (22) 28.11.86 (46) 15,04,88. Бюл, 11 - 14 (71) Московский энергетический институт (72) С.А.Фнлист (53) 620. 1 79, 14 (088, 8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 1296923, кл. G 01 N 27/90., (54) МАТРИЧНЬ(И ВИХРЕТОКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение может быть использовано в дефектоскопии трубопроводов, Цель изобретения — повышение точности, На соленоидальной катушке 1 индуктивности установлен диэлектрический каркас 2, на котором размещены пьезоэлектрические подложки 3.
Число пьезопластин п определяют из соотношения n = 2ЛК/D, где R — радиус каркаса, D — ширина пьезопластины. На каждой подложке 3 устанавливают через диэлектрические прокладки электродинамический преобразователь 4 и печатную катушку 5 индуктивности. Все электродинамические преобразователи 4 и печатные катушки
5 соединяют последовательно и включают в измерительный тракт, а рабочие поверхности пьезопластин подключают к генератору напряжений калиброванных частот, Частоты напряжений соответствуют резонансным часто. там пьезопластин электрических подложек 3, что позволяет осуществлять циркулярное сканирование объекта контроля посредством изменения частоты генератора возбуждающего напряжения. Преобразователь позволяет измерять две составляющие вектора магнитной индукции вихревых токов и вести по ним классификацию дефектов. 3 ип..
1388780
Изобретение относится к вихретоковой дефектоскопии и может найти применение в качестве первичного преобразователя .в устройствах для неразрушающего контроля электропроводящих объектов цилиндрической формы 4
Цель изобретения — повышение точности за счет использования при 10 определении контролируемого параметра второй составляющей вектора магнитной индукции, На фиг,1 представлен матричный вихретоковый преобразователь, разрез; на фиг.2 — узел I на фиг.1 (уве" личено); на фиг.3 — структурная схема дефектоскопа с использованием матричного преобразователя.
Преобразователь содержит возбуж- 20 дающую катушку I размещенный на ней цилиндрический каркас 2, и пьезоэлектрических подложек 3 с различными резонансными частотами, равномерно размещенные на, каркасе 2 и электродинамических преобразователей
4, выполненных в виде печатных проводников на диэлектрической подложке и установленных на пьезоэлектрических: подложках 3, и печатных катушек 5 30 индуктивности, последовательно соеди" ненных с проводниками электродинамических преобразователей 4 и установленных на этих преобразователях, и генератор 6 напряжения калиброванных 35 частот, значения которых равны резонансным частотам пьезоэлектрических подложек 3, рабочие поверхности которых соединены соответственно параллельно и подключены к выходу генера- 40 тора б калиброванных частот. Число подложек 3 выбирают равным n =
= 2ЛК/D, где R — радиус каркаса 2, D — - ширина подложки 3, Структурная схема дефектоскопа 45 включает генератор 7, соединенный с соленоидальной возбуждающей катушкой 1. Параллельно соединенные рабочие стороны пьезоэлектрических подложек 3 матричного преобразователя 50
8 подключены к управляемому генератору 6 калиброванных частот, а последовательно соединенные печатные катушки 5 индуктивности и электродинамические преобразователи 4 преобразова- 5 теля 8 подключены к входу усилителя
9, выход которого соединен с первым входом синхронного детектора 10 и первым входом сумматора 11, Второй вход синхронного детектора 10 соединен с,выходом генератора 6, а второй вход и выход сумматора 11 соединены соответственно с выходом синхронного детектора 10 и входом полоснопропускающего усилителя 12, выход которого соединен с входом амплитудного детектора 13. Выход амплитудного детектора: 13 соединен с первыми входами цифрового компенсатора 14 и регистратора 15, второй вход которого соединен с выходом цифрового компенсатора 14, который в свою очередь соединен с первым входом блока 16 управления, второй выход которого соединен с входом генератора б, Дефектоскоп работает следующим образом.
Генератор 7 подключен к возбуждающей катушке 1, в результате чего вблизи объекта 17 контроля возникает электромагнитное поле, под действием которого в последнем возникают вихревые токи, генерирующие вторичное электромагнитное поле вблизи печатных катушек 5 индуктивности и элект- родинамических преобразователей 4 матричного преобразователя 8. Так как вихревые токи в цилиндрическом объекте 17 контроля циркулярны при отсутствии дефектов, то взаимоиндуктивность между токовыми контурами в объекте 17 и печатными катушками 5 индуктивности матричного преобразователя 8 равна нулю, и напряжение частоты возбуждения вихревых токов < на входе усилителя 9 близко к нулю.
Блок 16 управления управляет генератором б,таким образом, что на его выходе последовательно во времени возникают напряжения различных частот
F, ...F F„,÷èñëî и которых равно числу пьезоэлектрических подложек 3.
Толщины пьезоэлектрических подложек
3 подобраны таврим образом, чтобы на толщине одной из них уложилось целое число полуволн колебаний, вызванных воздействием на подложки 3 набора напряжений частот Р,...F ...F„. Таким образом, условие резонанса выполняется только для одной подложки
3, наиболее активно потребляет энергию от генератора 6 только она и, следовательно, на определенной частоте из набора Р, ° F> ...Г, колеблется только одна иэ пьезоэлектрических подложек 3, т.е. только одна печатная катушка 5 индуктивности и один элект1388780 родинамический преобразователь .
Расчет колебательной скорости рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 3 на резонансной частоте может быть проделан согласно формуле где е
С (2) E BÄVD.
Как видно из выражений (2) и (1) эта ЭДС промодулирована частотой возбуждения пьезоэлектрической подложки 3, следовательно, она может попасть в амплитудный детектор 13 только после детектирования в синхронном детекторе 10 так как усилитель 9 настроен на частоту ) .
ЭДС, обусловленная нормальной составляющей индукции магнитного поля, - пьеэоконстанта; скорость распространения звука;
Е, Е - характеристические сопротивления воздуха и диэлектрика соответст-а венно, Ч Ч е — напряжение на выходе
f11 генератора 6, лБ — колебание пластины по толщине на резонансной частоте.
Для определения колебательной скорости Ч рабочей поверхности пьезоэлектрической подложки 5 необходимо продифференцировать (1) по времени, учитывая, что функцией времени в нем является только V, Так как ЭДС печатной катушки 5 не зависит от того совершает ли она колебательное движение или нет, то ЭДС на выходе амплитудного детектора 13 определяется только ЭДС соответствующего электродииамического преобразователя 4, которая согласно закону Лоренца рав-. на не зависит от колебательной скорости V пьезоэлектрической подложки 3 и всегда присутствует на входе амплитудного детектора 13. Это позволяет блоку 1б управления разделить нормаль ную и осевую составляющие индукции магнитного поля. В регистраторе 15 происходит сравнение текущих значений ЗДС и набора напряжений, полу ченных на бездефектном участке. Это важно, так как ЭДС, определяющая осевую составляющую индукции магнитного поля, зависит от частоты возбуждающего подложки 3 напряжения, Формула изобретения
Матричный вихретоковый преобраэоZ0 ватель, содержащий цилиндрический диэлектрический каркас, матрицу чувствительных элементов в виде последовательно соединенных и печатных катушек индуктивности, размещенных
25 на диэлектрической подложке, и возбуждающую катушку, расположенную коаксиально матрице, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыше-1 ния точности, он снабжен и пьезоэлектрическими подложками с различными резонансными частотами, равномерно размещенными на. каркасе, электродинамическими преобразователями, выполненными в виде последовательно соединенных с печатными катушками индуктивности печатных проводников на диэлектрической подложке и установленными на пьезоэлектрических подложках, и генератором нап40 pHKe R кброван частот значения которых равны резонансным частотам пьезоэлектрических подложек, печатные катушки индуктивности размещены на электродинамических преобраэо-:
45 вателях, а рабочие поверхности пьезоэлектрических подложек соединены параллельно и подключены к выходу генератора калиброванных частот.
1388780
Составитель И.Рекунова
Техред А. Кравчук
Редактор Т.Парфенова
Корректор Н.Король
Заказ 1574/45
Тираж 847
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5, Подписное
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. !!роектная, 4
