СПОСОБ КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD TO CONTROL PROPERTIES OF OBJECT FROM ELECTROCONDUCTIVE MATERIALS

1. Область техники
Изобретение относится к неразрушающему контролю методом вихревых токов и может быть использовано для дефектоскопии и контроля электрических, магнитных и геометрических свойств объектов из электропроводящих материалов.
2. Уровень техники
Известен способ подавления влияния зазора при контроле проводящих объектов вихретоковыми преобразователями, катушка которых включена в колебательный контур [1]. Недостатком способа является узкий диапазон отстройки от влияния зазора и неизбежное падение чувствительности при его увеличении.
Известен способ, использованный в устройстве [2], в котором измерения производятся на существенно отличающихся частотах, а результат измерения мешающего фактора используется для корректировки результатов измерения основного. Недостатком устройства является сложность точного учета величины влияния мешающего фактора на результаты измерений основного из-за нелинейности зависимости и возможной вариации свойств объекта.
В способе [3] используется изменение соотношения активной и реактивной составляющих сопротивления цепи преобразователя, чем достигается ослабление зависимости амплитуды сигнала вихретокового преобразователя от зазора. Недостатком способа является малый диапазон отстройки от зазора и влияние его величины на точность оценки дефекта.
Наиболее близким по технической сущности является способ [4], принятый заявителем за наиболее близкий аналог - прототип, состоящий в том, что контролируемый объект вводят во взаимодействие с вихретоковым преобразователем, выделяют амплитудно-фазовым детектором квадратурные составляющие сигнала вихретокового преобразователя, создают малые приращения мешающего и контролируемого параметров, определяют направления их влияния и судят о наличии полезного или мешающего сигнала по проекции приращения вектора сигнала на оси, ортогональные направлениям влияния, соответственно мешающего и полезного сигнала. Недостатки способа являются следствием использования линейной аппроксимации нелинейного годографа, что приводит либо к сужению диапазона отстройки от мешающего фактора либо недостаточному подавлению его влияния. Дополнительным недостатком способа является отсутствие возможности учета влияния мешающего параметра на чувствительность к измеряемому параметру.
3. Сущность изобретения
3.1. Задача.
Техническая задача - повышение точности контроля.
Технический результат - отстройка от влияния не контролируемых свойств объекта на результаты измерения контролируемых параметров за счет калибровки преобразователя во всем диапазоне изменения мешающего параметра.
3.2. Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлен пример реализации устройства для многопараметрового контроля свойств объекта из электропроводящих материалов, фиг.2 - характерное положение годографов на комплексной плоскости вносимых сигналов при наличии калибровочного дефекта и бездефектного изделия во всем диапазоне изменения зазора между объектом контроля и вихретоковым преобразователем.
3.3. Отличительные признаки
В отличие от способа, принятого за прототип и состоящего в том, что контролируемый объект вводят во взаимодействие с вихретоковым преобразователем, выделяют амплитудно-фазовым детектором квадратурные составляющие сигнала вихретокового преобразователя, создают малые приращения мешающего и контролируемого параметров, определяют направления их влияния и судят о наличии полезного или мешающего сигнала, по проекции приращения вектора сигнала на оси, ортогональные направлениям влияния, соответственно мешающего и полезного сигнала, в предлагаемом способе, контроля изделий из электропроводящих материалов, снимают годограф при вариации зазора на бездефектном участке изделия и на участке, содержащем калибровочный дефект, при изменении зазора до расстояния, на котором влиянием объекта контроля на сигнал вихретокового преобразователя можно пренебречь, изменяют фазу тока возбуждения вихретокового преобразователя так, чтобы сигнал от дефекта совпадал с направлением одной из осей комплексной плоскости, наличие и относительную величину дефекта на контролируемом участке устанавливают по относительной величине приращения сигнала в направлении выбранной оси, от годографа, соответствующего бездефектному участку относительно сигнала калибровочного дефекта, а относительную величину зазора устанавливают по приращению сигнала в ортогональном направлении выбранной оси комплексной плоскости от уровня, соответствующего минимальному зазору, относительно сигнала максимального зазора.
3.4. Описание способа
Технический результат - отстройка от влияния мешающих параметров объекта на результаты измерения контролируемых параметров, во всем диапазоне мешающих параметров, осуществляется за счет перехода от использования ограниченного участка годографа, который с достаточной точностью может считаться прямой линией к годографу влияния мешающего параметра во всем возможном диапазоне его изменения, которые снимаются на бездефектном участке изделия и на участке с калибровочным дефектом. После этого, изменяют фазу тока возбуждения вихретокового преобразователя так, чтобы сигнал от дефекта совпадал с направлением одной из осей комплексной плоскости, наличие и относительную величину дефекта на контролируемом участке устанавливают по относительной величине приращения сигнала в направлении выбранной оси, от годографа, соответствующего бездефектному участку относительно сигнала калибровочного дефекта, а относительную величину зазора устанавливают по приращению сигнала в направлении, ортогональном выбранной оси комплексной плоскости, от уровня, соответствующего минимальному зазору, относительно сигнала максимального зазора.
Повышение точности контроля, по сравнению с другими способами контроля достигается за счет исключения влияния на результаты измерения контролируемого параметра, изменений мешающего параметра, во всем возможном изменении его величины.
4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг.1 представлен пример реализации устройства.
За основу принят измеритель комплексного напряжения 1, выполненный на основе микросхемы измерителя комплексного иммитанса (AD8933 фирмы Analog Device), управление которым осуществляется контроллером 2 (ATmega 168 фирмы ATMEL), подключенным к устройству управления и индикации 3, состоящим из набора кнопок и графического дисплея (МТ-6464А фирмы МЕЛТ). Первичные обмотки вихретокового преобразователя 5 подключены к выходу синтезатора 4 прямого цифрового синтеза (AD5933 фирмы Analog Device) через усилитель мощности 6, а выход подключен к входу измерителя комплексного напряжения 1, через усилитель выходного сигнала вихретокового преобразователя 7. Оба усилителя могут быть выполнены на основе операционного усилителя (AD8615 фирмы Analog Device). Управление частотой и фазой выходного сигнала синтезатора осуществляется по интерфейсу SPI от контроллера. Тактовые импульсы на измеритель иммитанса и синтезатор поступают с выхода тактовых импульсов контроллера.
Устройство работает следующим образом.
Под управлением контроллера 2 на дисплее устройства управления и индикации 3 отображается меню состояния устройства. С помощью кнопок клавиатуры устройства управления и индикации 3 устанавливаются требуемые параметры работы измерителя комплексного напряжения 1: рабочая частота и коэффициент усиления внутреннего усилителя. Устанавливают также и параметры выходного сигнала синтезатора 4: частоту и начальное значение фазы. Далее вихретоковый преобразователь 5 устанавливают на бездефектный участок поверхности изделия и переводят контроллер 2 в режим снятия годографа на бездефектном участке поверхности объекта. Поднимают вихретоковый преобразователь 5 на расстояние, на котором влиянием объекта контроля на сигнал вихретокового преобразователя 5 можно пренебречь. В процессе увеличения зазора измеритель комплексного напряжения 1 производит последовательные измерения, которые передаются по интерфейсу в контроллер 2 и фиксируются в его памяти.
После завершения процесса устанавливают вихретоковый преобразователь 5 на участок поверхности объекта, содержащий калибровочный дефект, а контроллер 2 переводят в режим снятия годографа на участке поверхности объекта, содержащем калибровочный дефект. Поднимают вихретоковый преобразователь 5 на расстояние, на котором влиянием объекта контроля на сигнал вихретокового преобразователя 5 можно пренебречь. В процессе увеличения зазора измеритель комплексного напряжения 1 производит последовательные измерения, которые передаются по интерфейсу в контроллер 2 и фиксируются в его памяти.
Результат снятия годографов будет иметь вид, характер которого изображен на Фиг.2.
Кривая 7 - годограф влияния зазора над бездефектным участком изделия, где точка А соответствует положению преобразователя непосредственно на изделии, а точка Н - на расстоянии, где влиянием ОК можно пренебречь. Кривая 8 - годограф влияния зазора над калибровочным дефектом, где точка В соответствует положению преобразователя непосредственно на поверхности изделия над калибровочным дефектом, а точка Н - на расстоянии, где влиянием ОК можно пренебречь. (Очевидно, что точка Н будет общей для обоих годографов).
При таком расположении годографов линия АВ соответствует сигналу от калибровочного дефекта непосредственно на поверхности изделия.
Далее, изменением фазы выходного сигнала синтезатора добиваются такого положения годографов на комплексной плоскости вносимых сигналов, при котором точки А и В окажутся на прямой, параллельной одной их осей координат. Пусть это будет ось X. Тогда фазу нужно повернуть на угол Ф.
Тогда 7' и 8' годографы влияния зазора, соответственно на бездефектном участке и участке, содержащем калибровочный дефект, после поворота фазы.
Если при обследовании изделия была получена точка F, то относительная величина дефекта будет определяться по приращению сигнала FC относительно сигнала калибровочного дефекта DC.
Дополнительным преимуществом указанного способа является независимость относительной величины обнаруженного дефекта от величины рабочего зазора и привязка результатов контроля к эталонному дефекту.
Аналогичным образом, относительная величина рабочего зазора будет определяться приращением сигнала FE относительно сигнала максимального зазора EG, при котором влиянием ОК на сигнал вихретокового преобразователя можно пренебречь. Следует помнить при этом, что сигнал от зазора связан с его физической величиной существенно нелинейной зависимостью и может быть использован скорее для индикации характера его изменения, чем для измерения его значения.
Все указанные величины вычисляются в контроллере и выводятся на дисплей в цифровом и графическом изображении.
1. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Г. Электромагнитная дефектоскопия: 2-е изд., переработанное и допополненное. - М.: Машиностроение, 1980, с.99-100.
2. Устройство для выявления газонасыщенных слоев на титановых сплавах. RU 2216728, G01N 27/90. Заявка: 2000116074/28, 19.06.2000, опуб. 20.11.2003.
3. Способ отстройки от зазора при вихретоковом контроле. А.С. СССР 1580244. G01N 27/90. Заявка: 4483447 от 19.07.1988. Опубликовано: 23.07.1990.
4. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т.Под общ. ред. В.В.Клюева. Т.2: В 2 кн. - М.: Машиностроение, 2003. 688 с.: ил. Вихретоковый контроль. Книга 2 / Ю.К.Федосенко, В.Г.Герасимов, А.Д.Покровский, Ю.Я.Останин. Стр. 472-473.