Вихретоковые преобразователи

В основе вихретоковых методов лежит зависимость интенсивности и распределения вихревых токов в объекте контроля от его геометрических, электромагнитных (и связанных с ними) параметров и от взаимного расположения измерительного преобразователя и объекта контроля [21]. В простейшем случае вихретоковый преобразователь (ВТП) состоит из генераторной и измерительной обмоток (трансформаторный ВТП) или из одной катушки индуктивности, сочетающей в себе функции генераторной и измерительной обмоток (параметрический Bill). По расположению обмоток огносительно объекта контроля ВТП подразделяются на накладные - торцы обмоток направлены к поверхности объекта, проходные - обмотки либо охватывают объект снаружи, либо находятся внутри объекта, и комбинированные. Переменный ток (синусоидальный или импульсный), действующий в генераторной обмотке ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте контроля. Переменное магнитное поле вихревых токов воздействует на измерительную обмотку трансформаторного преобразователя, наводя в ней ЭДС, или изменяет полное электрическое сопротивление обмотки параметрического преобразователя. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или ее сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

Рисунок 3.3.22 - Матричный вихретоковый преобразователь

Указанный способ использован в электромагнитном интроскопе [60]. Устройство содержит соединенные последовательно многоэлементный вихретоковый преобразователь, дифференциальный усилитель, детектор, блок амплитудной и временной селекции, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, коммутатор, второй вход которого подключен ко второму выходу аналого-цифрового преобразователя, блок памяти, вычислительный блок, второй вход которого подключен к коммутатору, цифро-аналоговый преобразователь и видеоконтрольвый блок. Также устройство содержит макрогенератор, выходы которого подключены к блоку селекции, блоку памяти, блоку управления, цифро-аналоговому преобразователю и блоку развертки, включенному между синхрогенератором и многоэлементным преобразователем. Сигнал многоэлементного преобразователя усиливается дифференциальным усилителем, фильтруется, преобразуется в цифровую форму и через коммутатор поступает в вычислительный блок, где сравнивается с сигналом, записанным в блок памяти при отсутствии контролируемого изделия или при взаимодействии с эталонным образцом. Полученный разностный сигнал преобразуется в аналоговый и поступает в видеоконтрольный блок, где преобразуется в распределение яркости на экране.

Введенная зависимость (5.5.13) дает возможность записать последовательность измерительных и расчетных операций, позволяющих определить совместно три параметра цилиндрического испытательного образца. Образец помещают в вихретоковый преобразователь и изменением частоты генератора добиваются максимального значения фазового угла <ро- По приведенной зависимости (р0тж =/(ж) определяют величину обобщенного параметра х, соответствующего значению Фота*? и определяемых им величин ЯеСм^фФ ) и !т(^^ф ) • Затем из соотношений

63 А. С. 1397820 СССР. МКИ GO 1 N 27/90. Вихретоковый преобразователь / В.В. Клюев, Ю.К. Федосенко, А.А. Абакумов, М.Г. Баширов // О.И.-1988.-№19.

В основе вихретоковых методов лежит зависимость интенсивности и распределения вихревых токов в объекте контроля от его геометрических, электромагнитных (и связанных с ними) параметров и от взаимного расположения измерительного преобразователя и объекта контроля [21]. В простейшем случае вихретоковый преобразователь (Bill) состоит из генераторной и измерительной обмоток (трансформаторный ВТП) или из одной катушки индуктивности, сочетающей в себе функции генераторной и измерительной обмоток (параметрический ВТТГ). По расположению обмоток огносительно объекта контроля ВТП подразделяются на накладные - торцы обмоток направлены к поверхности объекта, проходные - обмотки либо охватывают объект снаружи, либо находятся внутри объект;!, и комбинированные. Переменный ток (синусоидальный или импульсный), действующий в генераторной обмотке ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте контроля. Переменное магнитное поле вихревых токов воздействует на измерительную обмотку трансформаторного преобразователя, наводя в ней ЭДС, или изменяет полное электрическое сопротивление обмотки параметрического преобразователя. Регистрируя напряжение на зажимах катушки или ее сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно него.

Рисунок 3.3.22 - Матричный вихретоковый преобразователь

Указанный способ использован в электромагнитном интроскопе [60]. Устройство содержит соединенные последовательно многоэлементный вихретоковый преобразователь, дифференциальный усилитель, детектор, блок амплитудной и временной селекции, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, коммутатор, второй вход которого подключен ко второму выходу аналого-цифрового преобразователя, блок памяти, вычислительный блок, второй вход которого подключен к коммутатору, цифро-аналоговый преобразователь и видеоконтролъный блок. Также устройство содержит синхрогенератор, выходы которого подключены к блоку селекции, блоку памяти, блоку управления, цифро-аналоговому преобразователю и блоку развертки, включенному между синхрогенератором и много-элементным преобразователем. Сигнал многозлементного преобразователя усиливается дифференциальным усилителем, фильтруется, преобразуется в цифровую форму и через коммутатор поступает в вычислительный блок, где сравнивается с сигналом, записанным в блок памяти при отсутствии контролируемого изделия или при взаимодействии с эталонным образцом. Полученный разностный сигнал преобразуется в аналоговый и поступает в видеоконтрольный блок, где преобразуется в распределение яркости на экране.

Введенная зависимость (5.5.13) дает возможность записать последовательность измерительных и расчетных операций, позволяющих определить совместно три параметра цилиндрического испытательного образца. Образец помещают в вихретоковый преобразователь и изменением частоты генератора добиваются максимального значения фазового угла <ро. По приведенной зависимости <00mai = Доопределяют величину обобщенного параметра х, соответствующего значению <Ротах> и определяемых им величин Redi^) и 1т(р^ ). Затем из соотношений

63 А. С. 1397820 СССР. МКИ GO I N 27/90. Вихретоковый преобразователь / В.В. Клюев, Ю.К. Федосенко, А.А. Абакумов, М.Г. Баширов // О.И.- 1988.-№19.

Вихретоковый преобразователь. Действие вихретоковых (или токовихревых) преобразователей основано на использовании явления электромагнитной индук-__ ции. Если в магнитном поле тока находится про-

Для исследования изменения взаимосвязанных электрофизических и механических свойств образцов при действии механических нагрузок могут быть использованы накладные и проходные вихретоковые преобразователи.

В зависимости от вида неразрушаюшего контроля, в котором они используются, электромагнитные преобразователи традиционно делятся на магнитные и вихретоковые преобразователи. Причем некоторые преобразователи могут использоваться в обоих видах ПК без всяких конструктивных изменений или в составе более сложных преобразователей. Например, одна и та же катушка индуктивности может быть использована в качестве пассивного индукционного преобразователя в магнитных устройствах НК и в качестве параметрического вихретокового преобразователя в вихрето-ковых устройствах. Датчики Холла могут применяться и для измерения

Ко второй группе относятся индукционные пассивные преобразователи и вихретоковые преобразователи без сердечника или с сердечником, предназначенным для концентрации магнитного поля. Магнитные параметры сердечника в рабочем диапазоне изменения магнитных полей считаются постоянными. Выходным сигналом пассивных индукционных преобразователей и трансформаторных вихретоковых преобразователей является ЭДС, наведенная в измерительной обмотке, а выходным сигналом параметрических вихретоковых преобразователей является внесенное комплексное сопротивление. С точки зрения теоретической электротехники наведенная в обмотке ЭДС и внесенное комплексное сопротивление эквивалентны.

Вихретоковые преобразователи. Вихретоковые преобразователи возбуждают в контролируемом объекте электромагнитное поле в диапазоне 1 ГЦ - 500 МГц и преобразуют в электрический сигнал изменения этого поля, вызванные нарушениями сплошности, отклонениями геометрических и электромагнитных параметров объекта. Общие технические требования к вихретоковым преобразователям установлены ГОСТ 23048-83.

Проходные вихретоковые преобразователи. Проходные вихретоко-вые преобразователи обычно делятся на [21]:

Накладные вихретоковые преобразователи. Накладные преобразователи располагаются над поверхностью контролируемого объекта и обладают более широкими возможностями контроля по сравнению с

Экранные накладные вихретоковые преобразователи отличаются тем, что возбуждающие 1 и измерительные 2 обмотки у них разделены контролируемым объектом 3 (рисунок 3.3.4, д). Они предназначены в основном для контроля толщины и электрофизических параметров объектов типа листов, лент, фольги или труб при двустороннем доступе к ним. Их преимущества заключаются в том, что смещения контролируемого объекта вдоль оси преобразователя практически не сказываются на результатах измерений [42].

Комбингфовагтые вихретоковые преобразователи (рисунок 3.3.5) представляют собой комбинацию накладных 2 и проходных 1 вихретоковых преобразователей. К ним относятся также ВТП в виде линейно протяженных витков или рамок, которые можно назвать линейными [43].

Трансформаторные преобразователи имеют отдельные возбуждающие и измерительные обмотки, выходным сигналом вихретокового преобразователя служит напряжение измерительной обмотки. Они обладают более высокой температурной стабильностью, чем параметрические. Включают трансформаторные вихретоковые преобразователи обычно по дифференциальной схеме [42].

Широкое применение вихретоковые преобразователи нашли в виб-рометрии. Контроль вибраций можно осуществлять как контактным способом (рисунок 3.3.8, а, б}, так и бесконтактным (рисунок 3.3.8, в). При контактном способе измерения параметров вибрации используется сейсмическая масса 8 из электропроводящего материала (рисунок 3.3.8, а). В некоторых конструкциях (рисунок 3.3.8, б) измерительная обмотка преобразует колебательные движения промежуточных элементов За, к которым прикреплены пружины 10, в электрический сигнал, что позволяет значительно увеличить чувствительность преобразователя. На рисунке 3.3.8, в схематически изображен преобразователь, который может быть использован как для контактного, так и для бесконтактного контроля. В первом случае измерительная обмотка контролирует колебания сейсмической массы, во втором сейсмическая масса застопорена винтом 9 и осуществляется бесконтактный контроль колебаний электропроводящего объекта 3 [41].

Из этого выражения видно, что процесс перемагничивания, а соответственно и параметры сигнала в измерительной обмотке преобразователя, зависят от активного сопротивления RK и индуктивности L* короткозамкнутой обмотки. Индуктивность короткозамкнутой обмотки меняется при взаимодействии с объектом контроля и характеризует его электрофизические свойства. Активное сопротивление можно изменять внешним магнитным полем при включении в цепь короткозамкнутой обмотки магниточув-ствительного элемента (магнитодиода, магниторезистора и т. д.) или выполнении короткозамкнутой обмотки из материала, активное сопротивление которого зависит от интенсивности магнитного поля (магнитоиндук-тивный эффект) [54]. На основании этого были разработаны миниатюрные локальные вихретоковые преобразователи и магнитные преобразователи с повышенной чувствительностью к внешнему магнитному полю. Важным достоинством данных преобразователей является отсутствие гальванической связи между входными и выходными цепями.