Устройство для ультразвукового контроля металлов

 

Изобретение касается неразрушающего контроля с помощью электромагнитноакустических преобразователей и может найти применение для измерения толщины и выявления дефектов в изделиях из металлов . Целью изобретения является повышение достоверности контроля и снижение потребляемой мощности за счет рекуперации энергии импульсного магнитного поля в накопительном конденсаторе Для этого устройство , содержащее электромагнитноакустический преобразователь с импульсным электромагнитом, снабжено блокивггенератором, коллекторная й -базовзя обмотки которого расположены на общем магнитопроводе с импульсной обмоткой электромагнита, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из тиристоров, в диагональ переменного тока которого включен накопительный конденсатор, в диагональ постоянного тока включена импульсная обмотка электромагнита После каждого импульса подмагничивания накопительный конденсатор перезаряжается током, поддерживающимся в импульсной обмотке электромагнита вследствие самоиндукции, и энергия магнитного поля возвращается в накопительный конденсатор При этом обеспечивается неизменность направления тока в импульсной обмотке электромагнита Подзэряд накопительного конденсатора осуществляется от индуктивно связанной с импульсной обмоткой электромагнита коллекторной цепи блокинг-генератора. 2 ил. сл С 4 N 00 g СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ

К АВТОРСКОМУ CB (21) 4807702/28 (22) 29.01.90 (46) 15,07.92. Бюл. N. 26 (71) Научно-производственное объединение

"Днепрчерметавтоматика" (72) С.К.Заславский, А,И,Ипанов, П.В,Юрьев, Е.В.Холод и Г.И.Пасельник (53) 620.179.16(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 275488, кл. 6 01 И 29/04, 1970.

Авторское свидетельство СССР

N 913247, кл, G 01 N 29/04, 1982, (54). УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение касается неразрушающего контроля с помощью электромагнитноакустических йреббразователей и может найти применение для измерения толщины и выявления дефектов в изделиях из металлов. Целью изобретения является йовышение достоверности контроля и снижение потребляемой мощности за счет рекуперации энергии импульсного магнитного пбля в накопительном конденсаторе, Для этого устройство, содер>кащее электромагнитноИзобретение касается неразрушающего контроля металлов с помощью электромагнитно-акустических преобразователей и может найти применение для измерения толщины и выявления дефектов в изделиях из металлов.

Известны устройства бесконтактного ультразвукового испытания материалов, использующие явление электромагнитно-акустического (Э МА) и реобразования для

„,ДЦ„„1748045 А1 акустический преобразователь с импульсным электромагнитом, снабжено блокийггенератором, коллекторная й- базовая обмотки которого расположены на общем магнитопроводе с импульсной обмоткой электромагнита, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из тиристоров, в диагональ переменного тока которого включен накопительный конденсатор. в диагональ постоянного тока включена импульсная обмотка электромагнита. После каждого импульса подмагничивания накопительный конденсатор перезаряжается током, поддерживающимся в импульсной обмотке электромагнита вследствие самоиндукции, и энергия магнитного поля возвращается в накопительный конденсатор. При этом обеспечивается неизменность направления тока в импул ьсной обмотке электромагнита.

Подзаряд йакопительного конденсатора осуществляется от индуктивно связанной с импульсной обмоткой электромагнита коллекторной цепи блокинг-генератора. 2 ил.

1 возбуждения и приема ультразвука, в которых подмагничивающее поле создается импульсным электромагнитом, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее электрически связанные между собой высокочастотный генератор и схему

его запуска, последовательно соединенные приемник Эхосигнала и индикатор, второй

1748045 вход которого соединен с выходом схемы запуска высокочастотного генератора, триггер Шмитта, генератор импульсов тока, выполненный в виде электрически соединенных в одной точке вентиля, конденсатора, тиристора, подключенного управляющим электродом к выходу триггера Шмитта, Э МА преобразОватель, содержащий электромаг нит и измерительную катушку, которая при соединена к высокочастотному генератору . и приемнику, а электромагнит подключен к выходу генератора импульсов тока", ограничи"гель йапряжения и двухпблупериодный выпрямитель, выход которого подключен к выходу генератора импульсов тока, ограничйтель напряжения и двухполупериодный выпрямитель, выход которого подключен к входу генератора импульсов тока и к входу ограничителя, а выход последнего присоединен к входу триггера Шмитта.

Недостатком этого устройства является высокое энергопотребление схемы возбуждения импульсной обмотки электромагнита, связанное с тем, что энергия магнлтнсго пол", ñîçäàâàåìîãî в каждом импульсе, после окончания действия импульса:полностью преобразуется н тепловую энергично и то не позволяет достигнуть при малых га, баритах импульснол обмотки электромагнита, высокой достоверности контроля за счет увеличения магниткой индукции, создаваемой электромагнитом в импульсе. Недостатком этого устройства я"вляется" также низкая производительность контроля, обусловленная тем; что частота следования импульсов тока в импульсной обмотке электромагнита строго равна удвоенцому значению частоты переменного тока сети, Цель изобретения - повышение достоверности контроля и снижение потребляемой мсщности.

Это достигается тем, что устройстно снабжено блокинг-генератором, коллекторная и базовая обмотки которого расположены на магнитопроводе электромагнита, коллекторная обмотка блокинг-генератора включена согласно по магнитному потоку с импульсной обмоткой электромагнита и формирователем управляющих импульсов, подключенным к коллекторной обмотке блокинг-генератора, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из тиристоров, в диагональ переменного тока которой вквочен накопительный конденсатор; в диаго-наль постоянного тока включена импульсная обмотка электромагнлта, управляющие электроды тиристоров подклю- чены к соответствующим выходам формирователя управляюших импульсов, выводы импульсной обмотки электромагнита присоединены к управляющим входам схемы запуска генератора зондиру1ощих импульсов.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 — зпюры импульсов напряжения и тока, вырабатываемых в процессе работы устройства, Устройство состоит из генератора 1 зон10 дирующлх импульсов и схемы 2 его запуска, приемника 3 эхссигнала и блока 3 обработки сигнала, генератора 5 импульсов тока, содержащего накопительный конденсатор 6 и схему коммутации разрядного тока, выполненную на четырех тиристорах 7 — 10, формирователь 11 упранляющих импульсов, бло кинг-генератор 12, Э MA-n реобразо ватель 13, содержа;ций электромагнит с импульсной обмотксй 14 и высокочастотный приемно-излучающий ийдуктор 15, 15

20 сов, Устройство работает следующим образом.

Блокинг-генератор 12, используемый в устройстве, выполняется по схеме, обеспечивающей автоколебательный режим era рaáoòû, При работе блокинг-генератора 12

Схема 2 запуска генератора зондирующих импульсов последонательнб соединена с генератором 1 зондирующих импульсов, Приемник 3 эхосигнала соединен последо25 нательно с блоком 4 сбрабсткл сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы 2 запуска генератора зондлрующих импульсов. Высокочастотный приемно-излучающий индуктор 15 соединен с выходом

30 "енератора 1 зондирующих импульсов и с входом приемника 3 эхосигнала. Коллекторная обмотка 16 и базовая обмотка 17 блокийг-генератора 12 расположены на общем магнигспроводе 18 с импульсно|л обмоткой.

35 14 электромагнита. Коллекторная обмотка

16 блокинг-генератора 12 включена согласно по магнитному потоку с импульсной обмоткой 14 электромагнита. Четыре тиристора 7 — 10 образуют четырехплечий

40 мост, н диагональ переменного тока которого включен накопительный конденсатор 6, а в диагональ постоянного тока — импульсная обмотка 14 электромагнита. Управляющие электроды тиристоров 7 — 10 присоединены

45 соответственно к четырем выходам формирователя 11 управляющих импульсов (не показано), выводы импульсной обмотки 14 электромагнита присоединены к управляющим входам схемы 2 запуска генератора

50 зондирующих импульсов, а вывод коллекторной обмотки 16 блокинг-генератора 12 подключен к синхронизирующему входу формирователя 11 управляющих ймпуль1748045 лекторной обмотке 16 блокинг-генератора !2. К этому моменту энергия, накопленная в накопительном конденсаторе перед началом цикла, переходит в энергйю магнитного поля, создаваемого импульсной обмоткой

14 электромагнита. каждого цикла работы блокинг-генератора

В следующей фазе цикла происходит соответствует моменту быстрого уменьше- перезаряд накопительного койденсатора 6, ния потенциала коллектора и лавинообраз- переход энергйи магнитйого поля, создаваного нарастания коллекторного тока; 10 емого импульсной обмоткой 14 злектромагЦиклам работы блокинг-генератора 12 соответствуют чередующиеся "четные" и ." Ненита в энергию электрического поля накопительного конденсатбра. При этом четные" циклы работы устройства. По происходит быстрое запирание транзистокаждому спаду 19 напряжения на синхронизирующем входе формирователя 11 управ- 15 ра в блокинг-генераторе 12 и энергия магнитного поля, созданного коллекторной обмоткой 16 блркинг-генератора 12, также ляющих импульсов на выходах формирователя 11 вырабатывается управляющий имйульс, оканчивающ лйся йосле нарастания напряжения 19 на синхронизипереходит в энертию электрического поля накопительHoTQ конденсатора 6, Такйм образом, подзаряд йакопительного" конденсаруюьцем входе формирователя 11, с эадерж- 20,тора 6 и компенсация тепловых потерь кой времени, гарантирующей окончание энергии в процессе работы устройства. пропроцесса исчезновения тока в коллектор- " исходит за счет индукцИоннбто"тока; возниной цепи блокинг-генератора 12. На выхо- ка1ощегб в импульсн о и обмотке 14 дах формирователя 11, связанных с . элвктромагйита при эапйрании трайзистора в блокинг-генератора 12.. За счет последуправляющими электродами тиристоров 7 и

9, указанные управляющие ймпульсы 20 вырабатываются только в "четных" циклах, а нфго проц.есс а про Йс x îä-ит н ак опление установившегося значения заряда "пакопи- на выходах, связанных с управляющими . тельного конденсатора6(втечениенескольэлектродами тиристоров 8 и 10, управляю- кйх циклов) йосле включения устройства и щие импульсы 21 — только в " нечетных" цик30 устройство переУодигтг s устайовившийся режим работы. Открытое c0cToяние тйрйсторов 7 и 9 в этой фазе "четного" цикла лах.

В установившемся режиме работы напряжение на накопительном конденсаторе " гарантируется:задержкой заднего фронта

6 в начале "четных" циклов работы устрой- "управляющих импульсов", вырабатываемых ства является прямым для тиристоров 7 и 9. 35 формирователем 11 управляющих импульПри нарастании коллекторного тока в бло - сов кинг- генераторе 12 в имйульсной обмотке В следующем "нечетном" цикле все про14 электромагнита индуцируется ЭДС, при- цессы. описанные выше; повторяются С изложенная "обратно" по отнбшению к тири-. менением полярности напряжения на сторам 7 и 9, Вследствие этого тиристоры 7 обкладках накопительного конденсатора

40 и 9 отпираются не сразу после пбдачи,уп- . В этом цикле разряд накойительного равляющего импульса 20 на их управляю-: конденсатора происходит через открьваю- щйх электроды, а после того, как в процессе " щйеся тиристоры 8 и 10, на управляющие установления кдллекторного тока "в бло- электроды которым поступают отпйрающие кинг-генераторе 12, ЭДС, индуцируемая в импульсной обмотке 14 электромагнита. ста- ствующих выходах формирователя 11 упнет меньше по величлне, чем напряжение: ., равляющих импульсов. Направление на обкладках йакбпительного конденсатора " разрядного тока 22 в иМпульсной обмотке

6. После отпирания тиристаров 7 и 9 проис- 14 электромагнита одинаково в "четных" и ходит разряд накопительного конденсатора 50

"нечетных" циклах работы устройства. Ток

6 через импульсную обмотку 14 электромаг- 22, протекая по импульсной .обмотке 14 нита, В процессе разряда при нарастания - электромагнита; создает импульс магнитноразрядного тока в базовой обмотке 17 бло- ro поля. Напряжение с выводов импульсной кинг-генератора 12 индуцируется ЭДС,"под- обмотки 14 электромагнита поступает на вход схемы 2 запуска генератора зондируюдерживающая открытое состояние транзистора в блокинг-генераторе. Первая фаза цикла завершается после того, как достигается максимальное значенле тока в щих импульсов, в которой фиксируется момент изменения знака напряжения на выводах обмотки 14, В этот момент, соотимпульсной обмотке 14 электромагнита и при этом максимальное значениетока в колветствующий максимальному току в обмотке, на выходе схемы 2 появляется импульс, в автоколебательном режиме на синхронизирующий вход формирователя 11 управляющих. импульсов, связанный с коллекторной обмоткой блокинг-генератора 12, поступают периодическй,повторяющиеся импульсы 19 напряжения. Начало

45 имйульсы 21, вырабатываемые на соответ7 1748045 8 которым включается генератор 1 зондирую- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я щих импульсов и блок 4 обработки сигнала.

Радиоимпульс, формируемый генератором Устройстводляультразвуковогоконтро1 зондирующих импульсов, проходя по из- ля металлов, содержащее последовательно лучающей катушке высокочастотного при- 5 соединенныесхемузапускагенераторазонемно-излучающего индуктора 15, создает дирующих импульсов и генератор зондир— ндирувихревые токи в контролируемом металле, ющих импульсов, последовательно

При взаимодействии вихревых оков с маг- соединенные, приемник эхосигнала и блок нитным полем импульсной обмотки 14 воз- обработки сйгнала, второй вход которого никают знакопеременные силы Лоренца, 10 подключен к выходу схемы запуска генеракоторые создают в металле ультразвуковые тора зондирующих импульсов, генератор колебания, При обратном 3МА-преобразо- - импульсов тока, состоящий из накопительвании ЭДС наводится в измерительной ка- ного конденсатора и схемы коммутации разтушке высокочастотного приемно-излучаю- рядного тока, в электромагнитно-акусти щего индуктора 15. Эта ЭДС усиливается 15 ческий преобразователь, состоящий из приемником 3 эхосигнала и поступает в электромагнита с ймпульсйой обмоткой и блок 4 обработки сигнала. По величине и высокочастотного приемно-излучающего положению эхОсигналов оцениваются пара- индуктора, включенного между вйходом геметры контролируемого металла,: . : - --: нератора зондирующих импульсов и входом

Таким образом, снйженйе потребляемой 20 приемника эхосигнала, о т л и ч а ю щ e емощности достигается путем рекуперации - с я тем, что, с целью повышения достоверэнертйи магнитного поля в накопительном йости контроля и сйижения потребляемой конденсаторе 6 после каждого его разряда : мощности, оно снабжено блокйнг-генерато(при "инерционном" перезаряде с изменени- ром, коллекторная и базовая обмотки кото ем г,угярности напряжения на обкладках). 25 рого располож

При этом напрдвление разрядного тока в им- электромагнита, коллекторная обмотка пульсной обмотке 14 электромагнита неиз- . блокийг-генератора включена согласно по меннон и первмвгничивания сердечника . . магйитному потоку c Mìïóëüñêîé обмоткой электромагнита не пройсходит. Это позволя- элбктромвгнйта, и формирователем управет"йри малых габаритах устройства достиг- 30 ляющих: импульсов, подключенным: к колйуть больших"значений-магнйтной ийдухции лекторной -обмотке блокинг-генератора, в импульсе подмйтничивания, повысить эф- схема коммутации разрядного тока выполфективность ЭМА-преобразования и, следо- "нейа в виде четырехплечего моста, состоявательно, достоверность контроля, Величина щего из тмристОрОВ, в диагональ магнитной индукции в импульсе повышается 35 переменного тока которого включен нако-, также благодаря тому, что максимальное зна- пительный кбнденсатор, в диагональ посточение тока в коллекторной цепи.блокинг-ге- янного тока включена импульсная обмотка нератора 12 и в импульсной обмотке 14 электромагнита, управляющие электроды электромагйита совпадают по времени. Час- тиристоров подклЮчены к соответствуютота следования импульСбв"тока в импульс- 40 щим выходам формирователя управляющих ной обмотке14электроматнйтаопределяется . импульсов, выводы импульсной обмотки

riàðéìåòðàìé xpîíèðóeùåé цепи блокингге- электромагнита прйсоедийены к управляюйератора и не завйсит от частоты переменно- щим входам схемы запуска генератора зон. го тока питающей сети, . - .: : . дирующих импульсов.

1748045

Составитель С,Заславский

Редактор Н,Федорова Техред M.Mîðãåèòàë Корректор А.Ворович

Заказ 2500 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытилм при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101