Какие параметры используют в приборах с параметрическими втп для выделения полезной информации

17 Методы выделения полезной информации при вихретоковом методе контроля.

Так как изменение сигнала ВТП связано с изменением мешающего фактора, то логично предположить, что первым способом отстройки (компенсации) является стабилизация условий контроля, другими словами приведение величины мешающего фактора к постоянному значению по всему объему контролируемого объекта. Так если мешающим фактором является шероховатость поверхности, изделие можно обработать,устранив острые кромки, задиры и забоины, наплывы металла в зоне сварки или наплавки до требуемого уровня шероховатости. Если мешающим фактором является зазор, связанный с различной толщиной слоя нетокопроводящего покрытия, такое покрытие необходимо удалить или наоборот восстановить в местах его отсутствия до требуемого значения. Если на работу ВТП влияет изменение магнитной проницаемости объекта, то перед началом контроля изделие необходимо размагнитить. В некоторых случаях контролируемую деталь целесообразно наоборот намагнитить до насыщения, что позволяет получить одинаковое значение магнитной проницаемости по всему объему.

Если известно на какой параметр (амплитуда, частота, фаза…) выходного сигнала влияет мешающий фактор, то возможно применить второй способ отстройки – подавление мешающего фактора или выделение полезной информации.

Амплитудный способ применяется, если изменение мешающего фактора влияет на фазу сигнала ВТП. В состав прибора реализующего такой метод входить амплитудный детектор, позволяющий отслеживать изменение амплитуды сигнала, связанной с контролируемым параметром. Так при достижении порогового уровня амплитуды, соответствующего критическому значению контролируемого параметра, произойдет срабатывание сигнализации дефекта (рис.5,1). При этом изменение фазы или частоты сигнала не будет влиять на показания прибора.

Рисунок 5.1 – Амплитудный способ выделения информации

Фазовый способ наоборот целесообразно применять, в случае если изменение мешающего фактора влияет на амплитуду сигнала. Для реализации данного способа в состав прибора включается фазовый детектор.

Для реализации частотного способа в простейшем случае, в состав прибора включают колебательный контур (рис. 5.2 а). Принцип работы такого детектора основан на увеличении индуктивного сопротивления преобразователя и уменьшении емкостного сопротивления конденсатора, включенных в колебательный контур, при увеличении частоты и наоборот (рис. 5.2 б). При достижении резонансной частоты амплитуда сигнала ВТП резко увеличивается. Так для простейшего последовательного колебательного контура амплитуда (тока) и ширина частоты резонанса (рис. 5.2 в) определяется его добротностью:

, (14)

где R – активное сопротивление контура, L – индуктивность преобразователя, С – емкость конденсатора.

Настроить резонансную частоту можно изменяя емкость конденсатора.

Гораздо сложнее подавить мешающий фактор, если он одновременно влияет сразу на несколько параметров сигнала ВТП. Для этого, например, используют амплитудно-фазовый способ выделения информации. Для пояснения этого и других способов неудобно использовать представление сигналов ВТП временными синусоидальными функциями, так как затруднительно оперировать ими (производить математические операции). Для удобства синусоидальные функции представляют векторами.

Источник

10. Вихретоковый контроль с помощью накладных преобразователей

Накладные ВТП позволяют контролировать объекты с плоской или криволинейной поверхностью (в последнем случае радиус кривизны должен быть много больше диаметра преобразователя). Накладные ВТП позволяют проводить локальный контроль параметров ОК, в то время как проходные ВТП позволяют определять параметры, усредненные по периметру или даже по сечению цилиндрических объектов. Благодаря локальности измерений накладные ВТП имеют хорошую чувствительность к дефектам сплошности.

Рис. 3.25. Накладной ВТП над проводящим листом

Чтобы определить зависимость напряжения накладного ВТП от толщины и электромагнитных свойств (,) плоского ОК, решают задачу о распределении электромагнитного поля витка радиусомс синусоидальным током, расположенного над электропроводящей пластиной толщинойна высоте(рис. 3.25). Для решения этой задачи используются уравнения (3.54) и (3.55) для потенциалов, записанные с учетом аксиальной симметрии задачи в цилиндрической системе координат.

Рис. 3.26. Годографы относительного вносимого напряжения накладного ВТП при контроле неферромагнитного листа

Опуская довольно сложное и громоздкое аналитическое решение указанной задачи, можно записать, что относительное вносимое напряжение накладного ВТП равно , причем начальное напряжение, где

; (3.94)

; ;;и— полные эллиптические интегралы первого и второго рода с модулем.

На рис. 3.26 приведены рассчитанные для неферромагнитного листа годографы . Как видно из рисунка, при размещении ВТП на поверхности ОК (относительная величина зазора ) годографы ограничены с одной стороны (слева) сплошной синей линией, соответствующей бесконечно большой толщине листа (, т.е. проводящее полупространство), с другой – сплошной зеленой полуокружностью радиусом 0,5, являющейся годографом для бесконечно тонкого листа ().

Сплошными темно-оранжевыми линиями показаны годографы относительной толщины листапри. Черными пунктирными линиями показаны годографы при изменении(параметра). Красными пунктирными линиями показаны годографы при изменении зазора. Красные стрелки на комплексной плоскости ВТП указывают величиныипри значениях влияющих параметров, соответствующих точке А. Между направлениями приращений, обусловленных изменениями,и, имеются определенные углы, что позволяет выполнять раздельный контроль указанных параметров.

Расчеты вносимого напряжения накладного ВТП показывают, что оно зависит от отношения . Годографы, приведенные на рис. 3.26 соответствуют. Уменьшениеприводит к увеличению, при этом убывает и, следовательно, уменьшаются абсолютные значения напряжения в измерительной обмотке. Кроме того, с изменением изменяется кривизна годографов зазора . При некоторых значенияхэти годографы приближаются к прямым, что используется для подавления влияния неконтролируемых изменений зазора.

11. Способы ослабления влияния мешающих параметров

Одной из основных особенностей вихретокового контроля (ВТК) является то, что информация, поступающая от ВТП, зависит от большого количества параметров ОК и других влияющих факторов. Все влияющие факторы при вихретоковом контроле делятся на контролируемые параметры и мешающие факторы. При практическом контроле требуется селективное определение одного, двух, реже большего количества параметров. Поэтому важнейшей проблемой реализации ВТК является ослабление мешающих факторов. Причем ослабить влияние внешних факторов (температура окружающей среды, электромагнитные наводки и др.) легче, чем влияние мешающих параметров ОК, поскольку обычно они связаны с контролируемыми параметрами.

Носителем информации о контролируемом параметре является сигнал ВТП. Для трансформаторного ВТП сигналом служит напряжение (э. д. с.) измерительной катушки, а для параметрического – изменение его импеданса. Если ВТП работает на одной частоте, то его выходной сигнал имеет два параметра: амплитуду и фазу напряжения (трансформаторный) или модуль и аргумент комплексного сопротивления (параметрический). Производными этих параметров сигнала могут быть резонансная частота и напряжение колебательного контура, включающего ВТП; частота и амплитуда автогенератора, включающего такой колебательный контур; ёмкости и сопротивления, уравновешивающие мостовую цепь, включающую параметрический ВТП; и др. Выбор и использование той или иной выходной величины определяется поставленной задачей и требованиями к измерительной аппаратуре.

Если влияние контролируемого параметра на выходную величину существенно больше влияния других параметров, то возможно применение однопараметрового контроля. Примером однопараметрового контроля является измерение диаметра цилиндрического ОК (проволоки, прутки и т.п.). Выбрав частоту тока достаточно высокой, можно добиться необходимого ослабления влияния удельной электрической проводимости на сигнал ВТП (см. рис. 3.22).

В случае, когда кроме контролируемого параметра () сильное влияние на сигнал ВТП оказывает еще один, мешающий параметр (), используют двухпараметровые способы выделения информации. Выбор способа ослабления (подавления) мешающего фактора основан на анализе зависимостей выходного сигнала ВТП от контролируемого и подавляемого параметров. При двухпараметровом контроле чувствительность к контролируемому параметру несколько снижается, но чувствительность к мешающему параметру уменьшается в большей степени. В результате возрастает отношение сигнал/помеха.

В основе двухпараметрового контроля лежит различное влияние на параметры сигнала контролируемого и подавляемого факторов. К наиболее распространенным способам выделения информации относятся амплитудный, фазовый и амплитудно-фазовый, основанные на измерении амплитуды, фазы и одновременно амплитуды и фазы выходного напряжения ВТП. Все эти способы используют гармоническое возбуждение ВТП. В результате компенсации части выходного напряжения ВТП начальная рабочая точка устанавливается в определенном месте комплексной плоскости вносимых напряжений ВТП, что изменяет характер влияния параметров ОК на сигналы ВТП.

Источник

10. Вихретоковый контроль с помощью накладных преобразователей

Накладные ВТП позволяют контролировать объекты с плоской или криволинейной поверхностью (в последнем случае радиус кривизны должен быть много больше диаметра преобразователя). Накладные ВТП позволяют проводить локальный контроль параметров ОК, в то время как проходные ВТП позволяют определять параметры, усредненные по периметру или даже по сечению цилиндрических объектов. Благодаря локальности измерений накладные ВТП имеют хорошую чувствительность к дефектам сплошности.

Рис. 3.25. Накладной ВТП над проводящим листом

Чтобы определить зависимость напряжения накладного ВТП от толщины и электромагнитных свойств (,) плоского ОК, решают задачу о распределении электромагнитного поля витка радиусомс синусоидальным током, расположенного над электропроводящей пластиной толщинойна высоте(рис. 3.25). Для решения этой задачи используются уравнения (3.54) и (3.55) для потенциалов, записанные с учетом аксиальной симметрии задачи в цилиндрической системе координат.

Рис. 3.26. Годографы относительного вносимого напряжения накладного ВТП при контроле неферромагнитного листа

Опуская довольно сложное и громоздкое аналитическое решение указанной задачи, можно записать, что относительное вносимое напряжение накладного ВТП равно , причем начальное напряжение, где

; (3.94)

; ;;и— полные эллиптические интегралы первого и второго рода с модулем.

На рис. 3.26 приведены рассчитанные для неферромагнитного листа годографы . Как видно из рисунка, при размещении ВТП на поверхности ОК (относительная величина зазора ) годографы ограничены с одной стороны (слева) сплошной синей линией, соответствующей бесконечно большой толщине листа (, т.е. проводящее полупространство), с другой – сплошной зеленой полуокружностью радиусом 0,5, являющейся годографом для бесконечно тонкого листа ().

Сплошными темно-оранжевыми линиями показаны годографы относительной толщины листапри. Черными пунктирными линиями показаны годографы при изменении(параметра). Красными пунктирными линиями показаны годографы при изменении зазора. Красные стрелки на комплексной плоскости ВТП указывают величиныипри значениях влияющих параметров, соответствующих точке А. Между направлениями приращений, обусловленных изменениями,и, имеются определенные углы, что позволяет выполнять раздельный контроль указанных параметров.

Расчеты вносимого напряжения накладного ВТП показывают, что оно зависит от отношения . Годографы, приведенные на рис. 3.26 соответствуют. Уменьшениеприводит к увеличению, при этом убывает и, следовательно, уменьшаются абсолютные значения напряжения в измерительной обмотке. Кроме того, с изменением изменяется кривизна годографов зазора . При некоторых значенияхэти годографы приближаются к прямым, что используется для подавления влияния неконтролируемых изменений зазора.

11. Способы ослабления влияния мешающих параметров

Одной из основных особенностей вихретокового контроля (ВТК) является то, что информация, поступающая от ВТП, зависит от большого количества параметров ОК и других влияющих факторов. Все влияющие факторы при вихретоковом контроле делятся на контролируемые параметры и мешающие факторы. При практическом контроле требуется селективное определение одного, двух, реже большего количества параметров. Поэтому важнейшей проблемой реализации ВТК является ослабление мешающих факторов. Причем ослабить влияние внешних факторов (температура окружающей среды, электромагнитные наводки и др.) легче, чем влияние мешающих параметров ОК, поскольку обычно они связаны с контролируемыми параметрами.

Носителем информации о контролируемом параметре является сигнал ВТП. Для трансформаторного ВТП сигналом служит напряжение (э. д. с.) измерительной катушки, а для параметрического – изменение его импеданса. Если ВТП работает на одной частоте, то его выходной сигнал имеет два параметра: амплитуду и фазу напряжения (трансформаторный) или модуль и аргумент комплексного сопротивления (параметрический). Производными этих параметров сигнала могут быть резонансная частота и напряжение колебательного контура, включающего ВТП; частота и амплитуда автогенератора, включающего такой колебательный контур; ёмкости и сопротивления, уравновешивающие мостовую цепь, включающую параметрический ВТП; и др. Выбор и использование той или иной выходной величины определяется поставленной задачей и требованиями к измерительной аппаратуре.

Если влияние контролируемого параметра на выходную величину существенно больше влияния других параметров, то возможно применение однопараметрового контроля. Примером однопараметрового контроля является измерение диаметра цилиндрического ОК (проволоки, прутки и т.п.). Выбрав частоту тока достаточно высокой, можно добиться необходимого ослабления влияния удельной электрической проводимости на сигнал ВТП (см. рис. 3.22).

В случае, когда кроме контролируемого параметра () сильное влияние на сигнал ВТП оказывает еще один, мешающий параметр (), используют двухпараметровые способы выделения информации. Выбор способа ослабления (подавления) мешающего фактора основан на анализе зависимостей выходного сигнала ВТП от контролируемого и подавляемого параметров. При двухпараметровом контроле чувствительность к контролируемому параметру несколько снижается, но чувствительность к мешающему параметру уменьшается в большей степени. В результате возрастает отношение сигнал/помеха.

В основе двухпараметрового контроля лежит различное влияние на параметры сигнала контролируемого и подавляемого факторов. К наиболее распространенным способам выделения информации относятся амплитудный, фазовый и амплитудно-фазовый, основанные на измерении амплитуды, фазы и одновременно амплитуды и фазы выходного напряжения ВТП. Все эти способы используют гармоническое возбуждение ВТП. В результате компенсации части выходного напряжения ВТП начальная рабочая точка устанавливается в определенном месте комплексной плоскости вносимых напряжений ВТП, что изменяет характер влияния параметров ОК на сигналы ВТП.

Источник