Способ измерения электропроводности металлических изделий и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю физико-механических свойств изделий и может быть использовано для вихретокового контроля изделий по электропроводности. Цель изобретения - повышение достоверности и производительности контроля за счет измерения фаз вносимых в вихретоковый преобразователь сигналов. При этом изменяют частоту возбуждения указанного преобразователя и выявляют наибольшую чувствительность к определенному физико-механическому свойству изделия. В устройстве, реализующем этот способ контроля, содержатся формирователи дискретных сигналов, коррелирующихся с фазами вносимых в указанный преобразователь сигналов, блоки сравнения и счетчики сигналов, 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧГСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 27/02, 27/90

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870423/28 (22) 02,10.90 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (72) Б.M.Áåðåçþê, Э.А,Кочаров и Л.А,Одновол (56) Патент США ¹ 4095180, кл, 324/233, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 1337753, кл. G 01 N 27/02, 1987. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю физико-механических свойств иэделий и может быть использоваИзобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов, может быть использовано для контроля коррелированных с электромагнитными параметрами физико-механических свойств изделий из ферро- и неферромагнитных материалов в авиационной промышленности, машиностроении и других областях техники.

По известным способам, заключающимся в последовательном сравнении разности фаз между возбуждающим и измерительным сигналаь и вихретокового преобразователя с двумя заданными значениями, сначала автоподстройкой частоты возбуждения обеспечивают совпадение указанной разности фаз с первым заданным значением, измеряют численное зн;;чение периода возбуждающего сигнала, эвтоподстройкой частоты обеспечивают совпадение этой раз„„5U„„1777060 А1 но для вихретокового контроля иэделий по электропроводности. Цель изобретения— повышение достоверности и производительности контроля за счет измерения фаэ вносимых в вихретоковый преобразователь сигналов. При этом изменяют частоту возбуждения указанного преобразователя и выявляют наибольшую чувствительность к определенному физико-механическому свойству изделия, В устройстве, реализующем этот способ контроля, содержатся формирователи дискретных сигналов, коррелирующихся с фазами вносимых в указанный преобразователь сигналов, блоки сравнения и счетчики сигналов, 2 с.ï. ф-лы, 2 ил. ности со вторым заданным значением, измеряют второе численное значение периода возбуждающего сигнала и на основании этих измерений определяют значение электропроводнсоти неферромагнитного материала. C)

Устройство для осуществления способа . О

i%/ содержит блок сравнения фазы, два управляющих выхода которого соединены с входами управляемого генератора возбуждающих сигналов, вихретоковый преобразователь, выход которого соединен с ° ! выходом генератора возбуждающих сигналов, два усилителя-формирователя, входы которых соединены с соответствующими выходами вихретокового преобразователя, а выходы — с входами блока сравнения фаз, с третьим входом которого соединен выход первого триггера, и последовэтельносоединенные генератор образцовой частоты. зле1777060 мент И, счетчик импульсов, информационные выходы которого соединены входами арифметического блока, при этом вход синхронизации первого триггера соединен со сбросовыми входами второго и третьего триггеров и арифметического блока, вход синхронизации второго триггера соединен с входом синхронизации третьего триггера, сбросовым входом четвертого .триггера и .инверсным выходом пятого триггера, прямой вход прямого триггера соединен с четвертым входом блока сравнения фазы и информационным входом третьего триггера, инверсный вход которого соединен со сбросовым входом первого триггера, вход синхронизации четвертого триггера и сбросовый вход счетчика импульсов соединены с третьим выходом блока сравнения фазы, выход четвертого триггера соединен с информационным входом пятого триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а прямой выход — c вторым входом элемента И и управляющим входом арифметического блока.

Данный способ, устройство, а также используемый алгоритм обработки информации не позволяют контролировать ферромагнитные материалы, при контроле которых измерительный сигнал вихретоко-вого преобразователя опережает по фазе возбуждающий сигнал, а заданные значе. ния фазы, соответствующие наибольшей чувствительности преобразователя, лежат в первом квадранте плоскости годографов вносимых сопротивлений.

Целью изобретения является повышение достоверности и производительности контроля ферромагнитных и неферромагнитных материалов по физико-механическим GBQAGTBBM.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения электропроводности металлических изделий вначале определя ют знак фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала преобразователя и в зависимости от полученного знака сравнивают разность фаз между измерительным и возбуждающим сигналами с сдним или другим заданным значением, соответствующим высокой чувствительности преобразователя к обобщенному параметруД; при этом отрицательный знак фазы измерительного сиг нала соответствует неферромагнитному, а положительный — ферромагнитному материалам.

Устройство для измерения электропроводности металлических иэделий, согласно

15

20 информационный вход которого соединен с инверсным выходом, а сбросовый вход счетПосле установки вихретокового преобразователя на поверхность контролируемо45 го изделия при а =и„, определяют знак

40 изобретению. дополнительно содержит мультиплексор-селектор и второй элемент

И, при этом адресные входы мультиплексора-селектора соединены с выходами первого триггера, а его выходы — с вторым и третьим входами блока сравнения фазы, выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым и третьим входами информационными входами мультиплексора-селектора и информационным входом первого триггера, выход второго усилителяформирователя соединен с первым и четвертым информационными входами мультиплексора-селектора и входом синхронизации первого триггера, первый вход второго элемента И соединен с выходом второго триггера, а второй вход — с третьим выходом блока сравнения фазы, а выход— со сбросовым входом четвертого триггера, чика импульсов соединен со счетным входом второго триггера.

По предложенному способу первое заданное значение р1 фазы измерительного сигнала выбирают таким образом, чтобы обеспечить его высокую чувствительность к физико-механическим свойствам неферромагнитного материала, а второе заданное значение pz.— чтобы обеспечить высокую чувствительность к физико-механическим параметрам ферромагнитного материала, Начальное значение частоты в, возбуждения преобразователя выбирают таким образом, чтобы измерительный сигнал вихретакового преобразователя, установленного на поверхность контролируемого материала, по фазе отставал от возбуждающего сигнала, а измерительный сигнал преобразователя, установленного на поверхность ферромагнитного материала, опережает по фазе возбуждающий сигнал. фазы измерительного сигнала по сравнению с фазой возбуждающего сигнала. При отрицательном зНэке фазу измерительного сигнала сравнивают с первым заданным значением р1, а при положительном — со вторым заданным значением pz. В зависимости от знака результата сравнения увеличивают или уменьшают частоту возбуждения до тех riop, пока фаза измерительного сигнала не сравнится с заданным значением, т,е. выполнится условие баланса фаз, При фиксированной частоте во баланса фаз измеряют период возбуждающего сигнала.

1777060

По знаку фазы измерительного сигнала определяют тип материала изделия, а по частоте баланса oh или периоду возбужда-. ющего сигнала судят о физико-механических свойствах изделия.

Оптимальные значения обобщенных параметров Р для неферромагнитного и

Д для ферромагнитного материала и соответствующие им значения р1 и щ опреде.ляют из расчетных характеристик вихретокового преобразователя .

Структурная схема устройства для осуществления способа представлена на фиг.1, а диаграммы, объясняющие его работу, на фиг.2.

Устройство содержит генераторы 1 возбуждающих сигналов и 2 образцовой частоты, преобразователь 3 вихретоковый, усилители-формирователи 4 и 5, мультиплексор-селектор 6, триггеры 7 — 10, элементы И 11 — 12, блок 13 сравнения фазы и счетчик 14 импульсов.

Вход преобразователя 3 соединен с выходом генератора 1, а его выходы с входами усилителей-формирователей 4 и 5. Первый адресный вход мультиплексора-селектора 6 соединен с первым выходом триггера 7 и входом блока 13, второй адресный вход — с инверсным выходом триггера 7, первый и четвертый информационные входы -c выходом усилителя-формирователя 5 и входом синхронизации триггера 7, второй и третий информацибнные входы — с выходом усилителя-формирователя 4 и информационным входом триггера 7. а его выходы — соответственна с вторым и третьим выходами блока

13. Выход триггера 8 соединен с входом эЛемента 11 И, вход синхронизации — со сбросовыми входами триггера 10 и счетчика

14, а сбросовый вход — с выходом триггера

10. Вход синхронизации триггера 9 соединен с выходом усилителя-формирователя 5, а сбросовый вход — с выходом элемента 11

И, а его информационный вход — с инверсным выходом и входом синхронизации триггера 1 О. Вход элемента 12 И соединены соответ твенно с выходом генератора 2 и триггера 9, а его выход — с входом счетчика

14. Два входа блока 13 соединены соответственно с входами генератора 1, а его третий выход — со вторым входом элемента 11

И.

На фиг,2 представлены эпюры напряжений на выходах следующих элементов:

U> — клеммы "Пуск" (а); 04. Ug — соответственноо усилителей-формирователей 4 и 5 (б . и в); 0в-1. 0в-2 — соответственно на первом и втором выходах мультиплексора-селектора

6 (г и.д); 07, Ue, Ue, 01п — соотвегственно на

10 прямых выходах триггеров 7, 8, 9 и инверсном выходе триггера 10 (е, ж, з, и); U<2— элемента 12 И (к).

На фиг.2 приняты следующие обозначения: t<, тф — временные сдвиги между прямоугольными импульсами измерительного и образцового сигнала при контроле соответственно неферромагнитного и ферромагнитного материалов; t<, ta — моменты поступления сигнала "Пуск" при контроле неферромагнитного и ферромагнитного материалов; 1, ts — моменты начала квантования периода возбуждающего сигнала при контроле соответственно неферромагнит15 ного и магнитного материалов; тз, t4 — соот. ветствующие концу квантованик

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в блок 13 сравне20 ния фазы вводят заданные значения фазы для неферромагнитного (pe и ферромагнитного щ материалов однозначно связанные с обобщенными параметрами P MP<, обеспечивающими наивысшую чувствительность преобразователя к соответствующему типу материала, Бистабильные элементы устройства устанавливают в исходное положение, Вихретоковый преобразователь 3, возбуждаемый синусоидальными сигналами генератора 1 частотой в„, устанавливают на поверхность контролируемого. изделия. На выходах преобразователя устанавливаются две последовательности синусоидальных сигналов, сдвиг фаз между которыми при постоянном зазоре между преобразователем и поверхностью контролируемого иэделия будет зависеть от его

-электромагнитных параметров, В случае контроля неферромагнитного материала

40 прямоугольная последовательность образцовых сигналов на выходе усилителяформирователя 5 будет опережать прямоугольную последовательность измерительных сигналов на выходе усилителя45 формирователя 4, на временной сдвиг ти и триггер 7 установится в нулевое состояние (фиг.2 б, в, е). С первого и второго выходов . мультиплексора-селектора 6 прямоугольные последовательности соответственно образцового и измерительного сигналов поступают на входы блока 13 сравнения фазы (фиг:2 г, д), Блок 13 с учетом нулевого потенциала с выхода триггера 7 преобразует пер. вое заданное значение фазы pi в эквивалентный временной интервал и сравнивает его с выделенным интервалом ти, В зависимости от знака результата сравнения соответствующий сигнал с первого или второго выхода блока 13 увеличивает или

1777060

8 уменьшает частоту возбуждения до выполнения условия баланса фаз.

Сигнал "Пуск", поступивший на вход ус тройства. в момент времени ti, нулевым уровнем устанавливает в нулевое состояние 5

- триггер 10 и счетчик 14 и задним фронтом— в единичное состояние триггер 8 (фиг.2 а, ж, и). С поступлением на входы элемента 11 И единичного потенциала с третьего выхода блока -13, свидетельствующего о выполне- 10 нии условия баланса фаз, с выхода триггера

8 на сбросовый вход триггера 9 поступает разрешающий потенциал. Передний фронт образцового сигнала, поступившего на вход синхронизации триггера 9 в момент тз уста- 15 навливает последний в единичное состоя.ние и счетчик 14 начинает подсчитывать поступающие на его вход с выхода элемента

12 И импульсы образцовой частоты (фиг.2 з, к). В момент ta передний фронт очередного 20 сигнала с выхода усилителя-формирователя

5 устанавливает триггер 9 в нулевое состояние, вследствие чего триггер 10 устанавливается в единичное, а триггер 8 — в нулевое состояние (фиг.2 в, ж, з, и). На выходе уст- 25 . ройства появляется нулевой сигнал Тотоао". При этом в сЧетчике 14 окажется зафиксированным число =Тв fo, .30 где TB — значение периода возбуждающего сигнала при выполнении условия баланса фаз;

f0 — значение образцовой частоты.

При установке преобразователя 3 на 35 . поверхность изделия из ферромагнитного материала последовательность измерительных сигналов будет опережать последо, вательность образцовых сигналов, Триггер.

7 s этом случае устанавливается в единич- 40 ное состояние(фиг.2 е) и на первом и втором выходах мультиплексоРа-селектора 6 появляются прямоугольные последовательности соответственно измерительных и образцо.вых сигналов (фиг.2 r, д). Блок 13 начинает 45 сравнивать временной сдвиг тф с временным эквивалентом второго заданного значения фазы д . В остальном процесс . контроля изделия из ферромагнитного материала аналогичен процессу контроля из- 50 делий из неферромагнитного материала, Нулевой уровень сигнала "ферромагнетик", поступающего с триггера 7 на выход устройства, свидетельствует, что изделие 55 выполнено из неферрамагнитного, а единичный — ферромагнитного материала.

На основании кода, зафиксированного в счетчике 14, с учетом сигнала "ферромагнетик" судят о физико-механических свойствах контролируемого изделия.

Формула изобретения

1; Способ измерения электрапровадности металлических изделий, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь вводят во взаимодействие с измеряемым изделием, изменяют частоту возбуждения этого преобразователя, и при этом фиксируют разность фаз между возбуждающим и измерительными сигналами, соответствующую максимальной чувствительности к обобщенному параметру Д и коррелирую щимся с ним физико-механическим свойствам материала изделия, о т л и ч а ю щ и й-с я тем, что, с целью повышения достоверности и производительности контроля ферромагнитных и неферромагнитных материалов по физико-механическим свойствам, определяют знак фазы измерительного сигнала по отношению к фазе возбуждающего сигнала преобразователя, и в зависимости от полученного знака фиксируют указанную разность фаз между измерительным и возбуждающими сигналами, при этом отрицательный знак фазы измерительного сигнала соответствует неферромагнитному, а положительный — ферромагнитному материалам.

2. Устройство для измерения электропроводности металлических изделий, содержащее блок сравнения фазы, два управляющих выхода которого соединены с входами управляемога генератора возбуждающих сигналов, вйхретокавый преобразователь, вход которого соединен с выходом генератора возбуждающих сигналов, а выходы — соответственно с входами первого и второго усилителей-формирователей, первый триггер, прямой выход которого соединен с первым входом блока сравнения фазь, второй триггер, два входа которого соответственно соединены с входом и выходом третьего триггера, четвертый триггер, вход синхронизации которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а инверсный вход — с входам третьего триггера, и элемент И, первый вход которою соединен с прямым выходам четвертого триггера, второй вход — c выходом генератора образцовой частоты, а выход — с входом счетчика импульсов, о т л и ч а ющ е- е с я тем, что, с целью повышения достоверности и производительности контроля физико-механических свойства изделий, оно снабжено мультиплексором-селектором и вторым элементом И, при этом адресные входы мультиплексора-селектора соединены с выходами первого триггера, а выходы — с

1777060

4 4 гХ ".Г

Фиг.2.

Составитель Б.Березюк

Техред М.Моргентал

Редактор О.Стенина

Корректор И.Шулла

Заказ 4119 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вторым и третьим входами блока сравнения фазы, выход первого усилителя-формирователя соединен с вторым и третьим информационными входами мультиплексора-селектора и информационным входом первого триггера, выход второго усилителяформирователя соединен с первым и четвертым входами мультиплексора-селектора и входом синхронизации первого триггера, о

Щ

Ю

Ц в

Ъ г

Us

U, е в

Уу

U» и 4 к первый вход второго элемента И соединен с выходом второго триггера, а его второй вход — с третьим выходом блока сравнения фазы, а выход — со сбросовым входом чет5 вертого триггера, информационный вхОд которого соединен с инверсным выходом, в сбросовый вход счетчика импульсов соединен со счетным входом второго триггера.