ВИХРЕТОКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ В СЛАБОПРОВОДЯЩИХ СРЕДАХ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для регистрации мелких металлических тел и частиц в непроводящих и слабопроводящих средах, например в рабочих жидкостях гидравлических систем изделий авиационной техники, а также в смазочных и охлаждающих жидкостях.
Известно устройство для обнаружения металлических частиц в потоке неэлектропроводящей жидкости, содержащее генератор возбуждения, вихретоковый преобразователь, усилитель, синхронный детектор, импульсный генератор, ключ, первый и второй формирователи импульсов, источник опорного напряжения, реверсивный счетчик, генератор импульсов сброса (А.С. №1179792, МПК G01V 3/II, опубликовано 15.08.1985).
Недостаток данного устройства - большая погрешность при измерении.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели по технической сущности является вихретоковое устройство для измерения размеров и концентрации металлических частиц в жидкости. Устройство содержит последовательно соединенные генератор высокочастотного сигнала, усилитель мощности, вихретоковый преобразователь, амплитудный детектор, блок измерения частоты импульсов, блок управляемых ключей (А.С. №1522085, MПK G01N 27/74, опубликовано 15.07.1989).
Однако известное устройство обладает недостатком, заключающимся в ограниченной возможности значительного повышения точности измерения параметров электропроводящих частиц за счет увеличения числа датчиков. Кроме того, чувствительность вихретоковых датчиков зависит от координаты прохождения частицы относительно измерительных обмоток и возбуждающей обмотки датчика вследствие неоднородности магнитного поля возбуждающей обмотки, и при больших диаметрах возбуждающей обмотки возникает дополнительная погрешность за счет увеличения неоднородности магнитного поля обмотки.
В основу полезной модели поставлена задача - снизить порог чувствительности и повысить точность определения параметров частиц.
Задача решается за счет того, что вихретоковое устройство для контроля металлических частиц в слабопроводящей жидкости, содержащее последовательно соединенные генератор высокочастотного сигнала, усилитель мощности, вихретоковый преобразователь, согласно полезной модели, снабжено блоками выделения и преобразования квадратурных составляющих сигналов с ВТП, блоком аналого-цифрового преобразования, блоком обработки информации, вихретоковый преобразователь состоит из одной возбуждающей обмотки и n пар измерительных обмоток, причем внутри каждой измерительной пары обмотки включены встречно, расположенных на наружной поверхности канала ВТП из немагнитного диэлектрического корпуса так, что их оси совпадают с осью канала ВТП и осью возбуждающей обмотки ВТП, при этом выходы каждой из измерительных обмоток ВТП через усилители соединены с соответствующими входами блоков выделения и формирования квадратурных составляющих сигналов, выходы которых соединены со входами блока аналого-цифрового преобразования, выход которого подключен ко входу блока обработки информации. Выход блока обработки информации подключен ко входу индикаторного устройства.
Устройство поясняется чертежом.
Устройство содержит высокочастотный генератор гармонического сигнала 1, усилитель мощности 2, воронку 3, набор дифференциальных вихретоковых преобразователей 4.1…4.N, канал 5 BTП, возбуждающую обмотку ВТП 6, набор усилителей с сигналов с вихретоковых датчиков 7.1…7.N, набор блоков выделения и преобразования квадратурных составляющих вихретоковых преобразователей 8.1…8.N, блок аналого-цифрового преобразования 9, блок обработки информации 10, индикаторное устройство 11.
Устройство работает следующим образом.
1
1
N
N
1
1
N
N
,
Исследуемая проба жидкости с металлическими частицами заливается в воронку 3 и протекает по каналу 5 вихретокового преобразователя. При этом генерируемое возбуждающей катушкой 6 ВТП электромагнитное поле взаимодействует с металлическими частицами, что приводит к появлению вторичного электромагнитного поля, измененного по амплитуде и фазе по отношению к первичному электромагнитному полю. Величина ЭДС, наводимая вторичным электромагнитным полем в измерительных катушках 4.1-4.N ВТП, зависит от параметров ВТП и контролируемой среды. Так как форма возбуждающей катушки 6 ВТП близка к соленоидальной, то формируемое ей электромагнитное поле можно считать однородным, при этом сигнал, наводимый возбуждающей катушкой 6 ВТП в различных парах измерительных катушек 4.1-4.N ВТП, одинаков. При условии ламинарности потока жидкости внутри чувствительного объема датчика сигналы с каждой из измерительных обмоток 4.1-4.N ВТП от одной и той же частицы будут одинаковы. Высокочастотные сигналы с выходов измерительных обмоток 4.1-4.N BTП поступают на входы промежуточных усилителей 7.1-7.N. Выходы усилителей подключены к первым входам блоков выделения и формирования квадратурных составляющих 8.1-8.N, на вторые входы которых подается сигнал с усилителя мощности 2. На выходах блоков 8.1-8.N формируются квадратурные сигналы I(t)Q(t)…I(t), Q(t), содержащие полную информацию о комплексной огибающей сигналов с пар измерительных катушек 4.1-4.N ВТП. При этом амплитуду комплексной огибающей можно найти по формуле , а мгновенную фазу поформуле . Квадратурные составляющие I(t), Q(t)…I(t), Q(t) поступают на входы блока аналого-цифрового преобразования, на выходе которого формируются соответствующие цифровые сигналы, поступающие в блок обработки информации 10. В блоке обработки информации 10 осуществляется когерентное усреднение сигналов квадратурных составляющих, после чего выделяется информация о типе материала частицы износа по признаку магнитный/немагнитный на основании мгновенной фазы сигнала с пар измерительных катушек 4.1-4.N ВТП, о размерах частицы износа на основании амплитуды сигнала с пар измерительных обмоток 4.1-4.N ВТП. Выход блока обработки информации 10 соединен со входом индикаторного устройства 11, на котором отображается информация о дисперсном составе анализируемой пробы жидкости.
Снижение порога чувствительности достигается за счет когерентного накопления и усреднения сигналов от одной и той же частицы износа, которая при движении по измерительному каналу 5 ВТП последовательно проходит нескольких пар измерительных катушек ВТП. При этом удается при сохранении мощности полезного сигнала уменьшить дисперсию шума и повысить отношение сигнал/шум.