RU2115934C1 - Process testing purity of material of conductive article ( versions ) - Google Patents
Process testing purity of material of conductive article ( versions ) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115934C1 RU2115934C1 RU96124334A RU96124334A RU2115934C1 RU 2115934 C1 RU2115934 C1 RU 2115934C1 RU 96124334 A RU96124334 A RU 96124334A RU 96124334 A RU96124334 A RU 96124334A RU 2115934 C1 RU2115934 C1 RU 2115934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- current
- value
- frequency
- signal
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к исследованию и анализу материалов с помощью электрических средств и может быть использовано в контроле неоднородности электропроводного изделия по толщине материала, например, при проверке возможной подделки изделия в форме слитка из драгоценного или редкого металла. The invention relates to the study and analysis of materials using electrical means and can be used to control the heterogeneity of an electrically conductive product by the thickness of the material, for example, when checking for possible fake products in the form of an ingot of precious or rare metal.
Существующие способы определения неоднородности материала изделия, заключающиеся в получении пробы материала по его глубине путем высверливания изделия или среза его материала не приемлемы для изделий из благородных или редких металлов. В отношении этих металлов необходимо использовать неразрушающие методы контроля, которые, однако, пригодны для получения характеристики неоднородности материала изделия в виде размеров и глубины локальных дефектов, образующихся на поверхности изделия, и не позволяют судить о наличии в глубине материала изделия поверхности перехода от одного металла к другому. Однако именно эту информацию необходимо получить при идентификации чистоты изделия, изготовленного из драгоценного или редкого металла, для того, чтобы отличить слиток, например, чистого золота от позолоченного слитка из простого металла. Existing methods for determining the heterogeneity of the material of the product, which consists in obtaining a sample of the material by its depth by drilling the product or cutting its material, are not acceptable for products made of noble or rare metals. With regard to these metals, it is necessary to use non-destructive testing methods, which, however, are suitable for characterizing the heterogeneity of the product material in the form of sizes and depths of local defects formed on the product surface and do not allow judging about the presence of a transition surface from one metal to to another. However, it is this information that needs to be obtained when identifying the purity of an item made of precious or rare metal in order to distinguish an ingot, for example, pure gold, from a gold-plated ingot of simple metal.
Среди неразрушающих способов контроля изделий из электропроводного материала наиболее близкими к изобретению являются способы исследования с применением электромагнитных средств. Among non-destructive methods of testing products from electrically conductive material, the closest to the invention are research methods using electromagnetic means.
Известен способ обнаружения дефектов металлического изделия с помощью вихревых токов, генерируемых в материале изделия индукционной катушкой, по которой пропускают переменный ток по меньшей мере двух разных частот (US, патент 4646013, G 01 N 27/90, 1987). В зависимости от частоты переменного магнитного поля катушки изменяется величина вихревых токов и глубина их проникновения в металл изделия. При этом величину наводимых вихревых токов измеряют путем измерения сигнала отклика, фиксируя обратное действие поля вихревых токов на возбуждающую катушку, и по измеренным величинам вихревых токов определяют расположение и глубину дефекта. A known method for detecting defects in a metal product using eddy currents generated in the material of the product by an induction coil, through which an alternating current is passed at least two different frequencies (US patent 4646013, G 01 N 27/90, 1987). Depending on the frequency of the alternating magnetic field of the coil, the magnitude of the eddy currents and the depth of their penetration into the metal of the product changes. In this case, the magnitude of the induced eddy currents is measured by measuring the response signal, fixing the reverse effect of the eddy current field on the exciting coil, and the location and depth of the defect are determined from the measured eddy currents.
Известный способ применим главным образом для обнаружения локальных дефектов на поверхности изделия, однако малоэффективен для исследования неоднородности изделия по толщине металла, так как не позволяет надежно выявлять дефект в его глубине. Причиной этого является недостаток способов возбуждения вихревых токов и снятия сигнала отклика. Чувствительность системы измерения зависит от ЭДС, наводимой в измерительной катушке вихревыми токами, которая пропорциональна индуктивности катушки и частоте изменения тока. Увеличение последних приводит к повышению чувствительности измерений, однако увеличение частоты тока снижает глубину его проникновения в металл, а увеличение индуктивности ограничено размерами катушки и явлением самоиндукции, что вносит возмущающие воздействия на измеряемый параметр. The known method is mainly applicable for detecting local defects on the surface of the product, however, it is ineffective for studying the heterogeneity of the product over the thickness of the metal, since it does not allow reliable detection of the defect in its depth. The reason for this is the lack of methods for exciting eddy currents and taking a response signal. The sensitivity of the measurement system depends on the EMF induced by eddy currents in the measuring coil, which is proportional to the coil inductance and the frequency of the current change. An increase in the latter leads to an increase in the sensitivity of measurements, however, an increase in the frequency of the current decreases the depth of its penetration into the metal, and an increase in the inductance is limited by the dimensions of the coil and the phenomenon of self-induction, which introduces disturbing effects on the measured parameter.
Известен способ контроля неоднородности материала электропроводного изделия, включающий пропускание через изделие электрического тока двух разных частот, измерение сигнала отклика материала изделия на пропускаемый ток в виде наводимых в измерительном преобразователе (индукционной катушке) ЭДС и магнитных потоков через сечение контролируемого участка изделия, обработку измеренного сигнала и последующее получение характеристик неоднородности материала изделия (SU, авт. св. 1295315, G 01 N 27/82, 1987). A known method of controlling the heterogeneity of the material of an electrically conductive product, including passing through the product an electric current of two different frequencies, measuring the response signal of the product material to the transmitted current in the form of the emf induced in the measuring transducer (induction coil) and magnetic fluxes through the section of the controlled part of the product, processing the measured signal and subsequent obtaining the characteristics of the heterogeneity of the material of the product (SU, ed. St. 1295315, G 01 N 27/82, 1987).
Способ в соответствии с последним аналогом более эффективен для определения неоднородности изделия по толщине металла, чем первый аналог, так как допускает использование более чувствительной системы измерений и позволяет обнаружить дефекты на большей глубине материала изделия. Однако применение этого способа так же, как и в первом случае, ограничено возможностью контроля только локальной неоднородности металла и только в поверхностном его слое, что не обеспечивает получение информации о степени неоднородности по всей толщине металла. Поэтому способ не применим для установления, например, подлинности золотого слитка в отличии от позолоченного, так как граница неоднородности материала изделия (между золотым покрытием и простым металлом) не имеет свойств локального поверхностного дефекта, что не позволяет идентифицировать такую неоднородность. Кроме того, указанный способ может быть реализован только для ферромагнитных изделий и не осуществим для изделий из материала с иными магнитными свойствами, к которым большей частью относятся благородные и редкие металлы. The method in accordance with the last analogue is more effective for determining the heterogeneity of the product by the thickness of the metal than the first analogue, as it allows the use of a more sensitive measurement system and allows to detect defects at a greater depth of the material of the product. However, the application of this method, as in the first case, is limited by the ability to control only local heterogeneity of the metal and only in its surface layer, which does not provide information on the degree of heterogeneity over the entire thickness of the metal. Therefore, the method is not applicable for establishing, for example, the authenticity of a gold ingot, in contrast to a gold one, since the boundary of the inhomogeneity of the product material (between the gold coating and simple metal) does not have the properties of a local surface defect, which does not allow identifying such heterogeneity. In addition, this method can be implemented only for ferromagnetic products and is not feasible for products made of material with other magnetic properties, which for the most part include precious and rare metals.
Задачей изобретения является разработка такого способа (вариантов) неразрушающего контроля изделия из электропроводного материала, который с помощью простых и известных средств позволил бы получить по всей его толщине информацию о неоднородности в виде наличия слоя, свойства которого отличаются от свойств основного материала, а также глубину расположения такого слоя. Это в свою очередь применительно к изделиям из благородных или редких металлов и позволяет с помощью простых технических средств надежно идентифицировать не только нарушение чистоты материала изделия, но и определить количественную характеристику этого нарушения, т.е. установить как факт подделки изделия, так и ее характер. The objective of the invention is the development of such a method (options) non-destructive testing of products from conductive material, which using simple and well-known means would allow to obtain information on the heterogeneity in the entire thickness of the layer in the form of a layer whose properties differ from the properties of the base material, as well as the depth such a layer. This, in turn, applies to products made of precious or rare metals and allows using simple technical means to reliably identify not only a violation of the purity of the material of the product, but also to determine the quantitative characteristic of this violation, i.e. establish both the fact of a fake product and its nature.
Поставленная задача решается тем, что в способе контроля неоднородности материала электропроводного изделия, включающем пропускание через изделие электрического тока, измерение сигнала отклика материала изделия на пропускаемый ток и последующую обработку измеренного сигнала, согласно изобретению через изделие пропускают переменный ток с заданным диапазоном частот, в качестве сигнала отклика измеряют для каждого значения частоты тока напряжение или силу тока на исследуемом участке изделия, в процессе обработки измеренного сигнала его величину сравнивают с величиной эталонного сигнала той же частоты из банка полученных ранее величин сигналов, соответствующих определенному типоразмеру изделия, и в случае не совпадения сравниваемых величин определяют присутствие нарушения однородности материала. The problem is solved in that in a method for controlling the heterogeneity of the material of an electrically conductive product, including passing an electric current through the product, measuring the response signal of the product material to the transmitted current and subsequent processing of the measured signal, according to the invention, an alternating current with a predetermined frequency range is passed through the product as a signal The response is measured for each value of the current frequency voltage or current strength in the studied area of the product, in the process of processing the measured signal the first value is compared with the value of the reference signal of the same frequency from the bank previously obtained values of the signals corresponding to a standard size products, and in case of no coincidence of the compared values is determined presence violation of homogeneity of the material.
Измеряемым параметром сигнала отклика для каждого значения частоты может быть амплитудное значение напряжения или амплитудное значение силы тока. The measured parameter of the response signal for each frequency value may be the voltage amplitude value or the current amplitude value.
Целесообразно, чтобы диапазон частот пропускаемого через изделие переменного тока, соответствовал возрастающей последовательности, в которой минимальное значение частоты близко к нулю, максимальное значение определяет заданную минимальную толщину слоя проникновения переменного тока внутрь материала изделия, а промежуточные частоты соответствуют значениям проникновения тока на заданные глубины материала изделия. It is advisable that the frequency range of the AC current passed through the product corresponds to an increasing sequence in which the minimum frequency value is close to zero, the maximum value determines the specified minimum thickness of the AC penetration layer into the product material, and the intermediate frequencies correspond to the values of current penetration to the specified depths of the product material .
Поставленная задача решается также и тем, что в способе контроля неоднородности материала электропроводного изделия, включающем пропускание через изделие электрического тока, измерение сигнала отклика материала изделия на пропускаемый ток и последующую обработку измеренного сигнала, согласно изобретению через изделие пропускают переменный ток с заданным диапазоном частот, в качестве сигнала отклика измеряют для каждого значения частоты тока напряжение и силу тока на исследуемом участке изделия, в процессе обработки измеренного сигнала получают значение резистивной характеристики в виде сопротивления или удельного сопротивления каждого слоя материала изделия, расположенного на глубине, соответствующей значениям двух смежных частот заданного диапазона, и по распределению резистивной характеристики по толщине материала изделия определяют присутствие нарушения однородности материала. The problem is also solved by the fact that in the method of controlling the heterogeneity of the material of an electrically conductive product, including passing an electric current through the product, measuring the response signal of the product material to the transmitted current and subsequent processing of the measured signal, according to the invention, an alternating current with a predetermined frequency range is passed through the product, the quality of the response signal is measured for each value of the current frequency voltage and current strength in the studied area of the product, in the process of processing the measured signal They obtain the value of the resistive characteristic in the form of resistance or specific resistance of each layer of the product material located at a depth corresponding to the values of two adjacent frequencies of a given range, and the presence of a material homogeneity violation is determined by the distribution of the resistive characteristic over the thickness of the product material.
Измеряемым параметром сигнала отклика так же, как и в первом варианте способа, могут быть амплитудные значение напряжения или силы тока и, кроме того, эти же амплитудные значения, но при условии неизменного амплитудного значения силы тока между контактами подвода для всех частот или амплитудного значения силы тока при неизменном амплитудном значении напряжения между контактами подвода для всех частот. The measured parameter of the response signal, as in the first embodiment of the method, can be the amplitude value of the voltage or current strength and, in addition, the same amplitude values, but provided the amplitude of the current between the supply contacts is constant for all frequencies or the amplitude value of the force current at a constant amplitude value of the voltage between the supply contacts for all frequencies.
Приведенные выше признаки, характеризующие изобретения, существенны, так как каждый из них влияет на соответствующий технический результат, который в совокупности с другими техническими результатами обеспечивает решение поставленной задачи. The above features characterizing the invention are significant, since each of them affects the corresponding technical result, which, together with other technical results, provides a solution to the problem.
Так измерение в качестве сигнала отклика напряжения или силы тока на исследуемом участке изделия позволяет для каждого значения его частоты с помощью широко используемых средств, например теплового или электромагнитного гальванометра, произвести в материале изделия зондирование скин-слоя, толщина которого соответствует текущему значению частоты переменного тока (например, Калашников С.Г., Электричество, -М: Наука, 1970, с. 325 - 327). Сравнение величины измеренного сигнала с величиной эталонного сигнала той же частоты из банка полученных ранее значений сигналов, соответствующих определенному типоразмеру изделия из однородного материала, позволяет по степени несовпадения сравниваемых величин получить информацию как о нарушении однородности материала, так и оценить глубину залегания неоднородности и ее размеры. So, measuring the voltage or current strength as a response signal in the studied area of the product allows for each value of its frequency using widely used means, for example, a thermal or electromagnetic galvanometer, to probe the skin layer in the product material, the thickness of which corresponds to the current value of the frequency of the alternating current ( for example, Kalashnikov S.G., Electricity, -M: Nauka, 1970, p. 325 - 327). Comparison of the measured signal with the value of the reference signal of the same frequency from the bank of previously obtained signal values corresponding to a certain size of the product from a homogeneous material allows us to obtain information about the violation of the homogeneity of the material and to evaluate the depth of the heterogeneity and its size by the degree of mismatch of the compared values.
Возможность измерения в качестве сигнала отклика амплитудных значений напряжения и силы тока расширяет арсенал используемых для осуществления способа средств, позволяя применять из них наиболее простые и надежные в работе. The ability to measure the amplitude values of voltage and current as a response signal expands the arsenal of means used to implement the method, making it possible to use the simplest and most reliable ones from them.
Наконец, выбор диапазона частот переменного тока в виде возрастающей последовательности, в которой минимальное значение частоты близко к нулю, максимальное значение определяет заданную минимальную толщину слоя проникновения переменного тока внутрь материала изделия, а промежуточные частоты соответствуют значениям проникновения тока на заданные глубины материала изделия, позволяет зондировать изделие по толщинам скин-слоев. Finally, the choice of the frequency range of the alternating current in the form of an increasing sequence in which the minimum frequency value is close to zero, the maximum value determines the specified minimum thickness of the AC penetration layer into the product material, and the intermediate frequencies correspond to the values of current penetration to the specified depths of the product material, the product by the thickness of the skin layers.
Во втором варианте способа измерение для каждого значения частоты двух параметров тока: напряжения и силы тока на исследуемом участке изделия позволяет определить резистивную характеристику каждого слоя материала изделия, расположенного на глубине, соответствующей значениям двух смежных частот заданного диапазона. Это означает возможность получения информации о нарушении однородности материала изделия в более тонкой, чем скин-слой, прослойке материала, что обеспечивает более точное зондирование материала по его глубине. При этом отпадает необходимость в предварительном формировании банка значений эталонных сигналов. К тому же полученная информация в отличие от первого варианта способа позволяет определить также электрические свойства материала слоя неоднородности и тем самым установить вид этого материала. In the second variant of the method, the measurement for each frequency value of two current parameters: voltage and current strength in the studied area of the product allows you to determine the resistive characteristic of each layer of material of the product located at a depth corresponding to the values of two adjacent frequencies of a given range. This means the possibility of obtaining information about the violation of the homogeneity of the material of the product in a thinner than the skin layer layer of the material, which provides more accurate sounding of the material along its depth. In this case, there is no need for preliminary formation of a bank of values of reference signals. In addition, the information obtained, unlike the first variant of the method, also allows you to determine the electrical properties of the material of the heterogeneity layer and thereby establish the form of this material.
Возможность измерения в качестве сигнала отклика как амплитудного значения напряжения при неизменном амплитудном значении силы тока, так и амплитудного значения силы тока при неизменном амплитудном значении напряжения позволяет сократить число измеряемых параметров сигнала. The ability to measure as a response signal both the amplitude value of the voltage at a constant amplitude value of the current, and the amplitude value of the current at a constant amplitude value of the voltage, reduces the number of measured signal parameters.
Обоснование существенности признаков изобретения свидетельствует, что в отношении первого способа одна совокупность признаков позволяет с помощью простых средств установить нарушение однородности материала изделия, а в отношении второго способа другая совокупность свидетельствует о возможности получения, кроме того, информации о глубине расположения слоя, где имеет место обнаруженная неоднородность, и природу материала неоднородности. Таким образом оба способа решают задачу изобретения и обеспечивают достижение общего совокупного технического результата - обнаружение неоднородности материала электропроводного изделия, что позволяет отнести предложенные технические решения к вариантам способа. The substantiation of the materiality of the features of the invention indicates that, with respect to the first method, one set of features allows using simple means to establish a violation of the homogeneity of the product material, and with respect to the second method, another set indicates the possibility of obtaining, in addition, information about the depth of the layer where the detected heterogeneity, and the nature of the material heterogeneity. Thus, both methods solve the problem of the invention and ensure the achievement of a common overall technical result - the detection of heterogeneity of the material of the electrically conductive product, which allows us to relate the proposed technical solutions to the variants of the method.
Оба варианта способа основаны на скин-эффекте - явлении, в соответствии с которым толщина вытеснения переменного тока к поверхности проводника (толщина скин-слоя) зависит от частоты тока (см. указанный выше литературный источник). Поэтому, если на участке проводника, через который пропускают ток, поддерживать для любой частоты постоянными значения одного из параметров: силы тока или напряжения, то значение другого параметра будет зависеть от толщины скин-слоя и свойств его материала. Существование такой зависимости позволяет выявить изменение свойств материала изделия при переходе от одного скин-слоя к другому. Both versions of the method are based on the skin effect - a phenomenon in which the thickness of the displacement of alternating current to the surface of the conductor (skin layer thickness) depends on the frequency of the current (see the above literature source). Therefore, if in the section of the conductor through which the current is passed, the values of one of the parameters are constant for any frequency: current or voltage, then the value of another parameter will depend on the thickness of the skin layer and the properties of its material. The existence of such a dependence makes it possible to detect a change in the properties of the material of the product during the transition from one skin layer to another.
Для обеих вариантов способа часть операций является общей, выполняемой для каждого варианта. Поэтому осуществление способа контроля неоднородности материала электропроводного изделия приводится ниже, начиная с описания этой общей части операций. For both variants of the method, part of the operations is general, performed for each variant. Therefore, the implementation of the method of controlling the heterogeneity of the material of the electrically conductive product is given below, starting with a description of this common part of the operations.
Через электропроводное, например, металлическое изделие пропускают переменный ток заданного диапазона частот, вырабатываемого, например, с помощью генератора частот известной конструкции. Наиболее удобным является диапазон частот, соответствующий возрастающей последовательности, в которой минимальное значение частоты близко или равно нулю (переменный ток вырождается в постоянный), максимальное значение определяет заданную минимальную толщину скин-слоя, а промежуточные частоты соответствуют значениям проникновения тока на заданные глубины материала изделия. Получение числовых значений частот в соответствии с указанным условием может быть выполнено с использованием известных математических соотношений, определяющих функциональную связь между значением частоты переменного тока и толщиной скин-слоя (см. выше ссылку на литературный источник). An alternating current of a predetermined frequency range generated, for example, using a frequency generator of known design, is passed through an electrically conductive, for example, metal product. The most convenient is the frequency range corresponding to the increasing sequence, in which the minimum frequency value is close to or equal to zero (alternating current degenerates into direct current), the maximum value determines the specified minimum skin layer thickness, and intermediate frequencies correspond to the values of current penetration to the given depths of the product material. Obtaining numerical values of frequencies in accordance with the specified condition can be performed using well-known mathematical relations that determine the functional relationship between the value of the frequency of the alternating current and the thickness of the skin layer (see the link to the literature above).
Переменный ток с помощью контактов подвода подают к участкам изделия, ограничивающим исследуемую его часть. Такие участки могут принадлежать частям поверхности изделия, определяющим его габариты, например его торцам (в случае изделия в форме слитка). В контактах съема измеряют сигнал отклика для каждой из частот в виде напряжения или силы тока на исследуемом участке изделия. Причем при определении напряжения контакты съема размещают на тех же участках изделия, что и контакты подвода (параллельное подсоединение измерительного прибора к исследуемому участку изделия). Если измеряют силу тока, то контакты съема располагают перед одним или за другим из контактов подвода (последовательное подсоединение измерительного прибора). Alternating current with the help of the supply contacts is applied to the product sections that limit the part under study. Such areas may belong to parts of the surface of the product, determining its dimensions, for example, to its ends (in the case of the product in the form of an ingot). In the pick-up contacts, a response signal for each of the frequencies is measured in the form of voltage or current strength in the studied area of the product. Moreover, when determining the voltage, the removal contacts are placed on the same sections of the product as the supply contacts (parallel connection of the measuring device to the studied section of the product). If the current is measured, then the removal contacts are placed in front of one or the other of the supply contacts (serial connection of the measuring device).
Измеренный сигнал отклика после его усиления и частотной фильтрации направляют в детектор и далее в блок обработки. The measured response signal after its amplification and frequency filtering is sent to the detector and then to the processing unit.
Генератор одновременно может вырабатывать несколько частот, при этом используют перестраиваемый фильтр, который может отслеживать последовательно все частоты, либо одновременно всю сетку частот, работая в этом случае в режиме параллельного включения нескольких фильтров. В первом случае величину сигнала отклика определяют послойным сканированием по всей толщине материала изделия, во втором случае сканирование выполняют одновременно. The generator can simultaneously produce several frequencies, while using a tunable filter that can track all frequencies sequentially, or simultaneously the entire frequency grid, working in this case in the mode of parallel connection of several filters. In the first case, the value of the response signal is determined by layer-by-layer scanning over the entire thickness of the product material, in the second case, scanning is performed simultaneously.
Для осуществления первого варианта способа в базе данных, размещенной в блоке обработки сигнала и связанной с процессором, содержится банк значений эталонных сигналов для той же сетки частот, что и вырабатываемой генератором при осуществлении способа. Банк значений эталонных сигналов может быть сформирован заранее до осуществления способа по расчетным данным либо в результате экспериментальных исследований. Цель обоих подходов к формированию банка состоит в определении для каждого исследуемого типоразмера изделия или его фрагмента (эталонного образца) величины напряжения или силы тока на тех же участках изделия, что и подлежащих исследованию, в зависимости от частоты пропускаемого через изделие переменного тока и последующего размещения полученных величин в базе данных. To implement the first variant of the method, the database located in the signal processing unit and associated with the processor contains a bank of values of the reference signals for the same frequency grid as that generated by the generator during the implementation of the method. The bank of values of the reference signals can be formed in advance before the implementation of the method according to the calculated data or as a result of experimental studies. The goal of both approaches to the formation of the bank is to determine, for each type of product under investigation or its fragment (reference sample), the voltage or current in the same parts of the product that are to be studied, depending on the frequency of the alternating current passed through the product and subsequent placement of the received values in the database.
В блоке обработки процессор, используя базу данных, производит сравнение величины сигнала отклика с величиной эталонного сигнала и формирует сигнал рассогласования, пропорциональный разности величин сигнала отклика и эталонного сигнала. По величине сигнала рассогласования определяют присутствие нарушения однородности материала изделия и степень неоднородности. Так, если величина сигнала рассогласования близка к нулю, то это свидетельствует об однородности материала изделия в пределах скин-слоя, соответствующего данной частоте тока. Заметная величина сигнала рассогласования свидетельствует о присутствии в исследуемом скин-слое неоднородности в материале. Значительная величина сигнала рассогласования позволяет заключить о присутствии неоднородности со свойствами, значительно отличающимися от свойств остального материала изделия. Наконец, увеличение сигнала рассогласования при уменьшении частоты тока означает, что очаг неоднородности распространяется вглубь материала изделия. In the processing unit, the processor, using the database, compares the value of the response signal with the value of the reference signal and generates a mismatch signal proportional to the difference between the values of the response signal and the reference signal. The magnitude of the error signal determines the presence of a violation of the homogeneity of the material of the product and the degree of heterogeneity. So, if the value of the mismatch signal is close to zero, then this indicates the homogeneity of the product material within the skin layer corresponding to a given current frequency. A noticeable value of the mismatch signal indicates the presence of inhomogeneities in the material in the studied skin layer. A significant value of the mismatch signal allows us to conclude the presence of heterogeneity with properties significantly different from the properties of the rest of the product material. Finally, an increase in the mismatch signal with a decrease in the current frequency means that the center of heterogeneity extends deep into the material of the product.
Во втором варианте способа в блоке обработки процессор по величине сигнала отклика осуществляет расчет резистивной характеристики каждого слоя материала изделия, расположенного на глубине, соответствующей значениям f1 и f2 (f1<f2) двух смежных частот заданного диапазона. Толщина h такого слоя (далее дельта-слоя) определяется разностью толщин d(f) двух скин-слоев, каждый из которых характеризуется одним из значений f1 или f2 указанных частот в соответствии с выражением: h = d(f1)-d(f2). Резистивной характеристикой является сопротивление или удельное сопротивления исследуемого дельта-слоя проводника, причем для получения удельного сопротивления должна использоваться информация о габаритных параметрах изделия (для изделия в виде слитка такими параметрами являются длина, ширина и толщина слитка).In the second variant of the method, in the processing unit, the processor calculates the resistive characteristic of each layer of the product material located at a depth corresponding to the values f 1 and f 2 (f 1 <f 2 ) of two adjacent frequencies of a given range by the value of the response signal. The thickness h of such a layer (hereinafter referred to as the delta layer) is determined by the difference in thicknesses d (f) of two skin layers, each of which is characterized by one of the values f 1 or f 2 of the indicated frequencies in accordance with the expression: h = d (f 1 ) -d (f 2 ). The resistive characteristic is the resistance or resistivity of the investigated delta-layer of the conductor, and to obtain the resistivity, information on the overall parameters of the product should be used (for a product in the form of an ingot, such parameters are the length, width and thickness of the ingot).
В общем случае определение резистивной характеристики дельта-слоя осуществляют по следующему алгоритму. In the General case, the determination of the resistive characteristics of the delta layer is carried out according to the following algorithm.
По значениям U1 и U2 напряжения и 11 и 12 силы тока, полученным в качестве сигнала отклика между измерительными контактами изделия для двух смежных частот f1 и f2 переменного тока, процессор осуществляет расчет сопротивления R дельта-слоя в соответствии с математическим выражением:
R = (U1•U2))/(U2•11 - U1•12).According to the values of U 1 and U 2 voltage and 11 and 12 current strength, obtained as a response signal between the measuring contacts of the product for two adjacent frequencies f 1 and f 2 alternating current, the processor calculates the resistance R of the delta layer in accordance with the mathematical expression:
R = (U 1 • U 2) ) / (U 2 • 11 - U 1 • 12).
Приведенное выражение получено, исходя из очевидной предпосылки, что в проводнике скин-слой, толщина d(f2) которого соответствует частоте f2<f1, и дельта-слой h = d(f1)) - d(f2) (см. выше) можно рассматривать как параллельно соединенные проводники.The above expression is obtained on the basis of the obvious premise that in the conductor there is a skin layer whose thickness d (f 2 ) corresponds to the frequency f 2 <f 1 and the delta layer h = d (f 1 )) - d (f 2 ) ( see above) can be considered as parallel conductors.
Способ осуществляется наиболее просто, если в контактах съема измеряют сигнал отклика в виде напряжения при фиксированном значении силы тока для любой его частоты либо силы тока при фиксированном значении напряжения также для каждой из частот. В этом случае отпадает необходимость в измерении для каждого значения частоты тока одного из параметров: либо силы тока, либо напряжения, так как этот параметр достаточно измерить лишь один раз. Понятие "фиксированное" означает, что между контактами подвода тока для любого значения его частоты в одном случае не должна изменяться амплитудная величина силы тока, а в другом случае при изменении частоты тока не должна изменяться амплитудная величина напряжения. В этом случае генератор частот настраивают на режим выработки либо тока, либо напряжения с постоянными соответствующими амплитудными значениями для всей вырабатываемой сетки частот. The method is carried out most simply if the response signal in the form of a voltage is measured at the pick-up contacts at a fixed value of the current strength for any frequency thereof or current at a fixed voltage value also for each frequency. In this case, there is no need to measure for each value of the current frequency one of the parameters: either the current strength or the voltage, since this parameter is sufficient to measure only once. The term “fixed” means that between the contacts of the current supply for any value of its frequency, in one case, the amplitude value of the current strength should not change, and in the other case, when the current frequency is changed, the amplitude value of the voltage should not change. In this case, the frequency generator is set to generate either current or voltage with constant corresponding amplitude values for the entire generated frequency grid.
Измеряемыми параметрами сигнала отклика так же, как и в первом варианте способа, могут быть как переменные значения напряжения или силы тока между контактами съема, так и их амплитудные значения. The measured parameters of the response signal, as in the first embodiment of the method, can be both variable values of voltage or current between the pickup contacts, and their amplitude values.
В частном случае выполнения способа, когда между контактами подвода тока к изделию фиксируется сила тока 1, процессор для расчета сопротивления R дельта-слоя использует математическое выражение:
R = 1/I•(U1•U2)/(U2 - U1).In the particular case of the method, when the current strength 1 is fixed between the contacts of the current supply to the product, the processor uses the mathematical expression to calculate the resistance R of the delta layer:
R = 1 / I • (U 1 • U 2 ) / (U 2 - U 1 ).
Если фиксируется напряжение U, то процессор проводит расчет в соответствии с выражением:
R = U/(I1 - I2).If the voltage U is fixed, then the processor calculates in accordance with the expression:
R = U / (I1 - I2).
Оба выражения являются следствием приведенного выше соотношения для определения величины сопротивления дельта-слоя в общем случае. Both expressions are a consequence of the above relation for determining the resistance value of the delta layer in the general case.
Расчет другой резистивной характеристики - удельного сопротивления Ro процессор выполняет в соответствии с математическим выражением:
Ro = b•h/l•R,
где
b и l являются шириной и длиной изделия (для изделия в форме слитка).The calculation of another resistive characteristic - resistivity R o the processor performs in accordance with the mathematical expression:
R o = b • h / l • R,
Where
b and l are the width and length of the product (for an ingot-shaped product).
Принцип действия генератора частот, работающего в режиме фиксированного амплитудного значения силы тока или напряжения между контактами подвода к исследуемому участку изделия, основан на существенном различии его внутреннего сопротивления и сопротивления внешней цепи. Так, если внутреннее сопротивление генератора много больше сопротивления внешней цепи, то генератор обеспечивает цепь током, амплитудное значение которого между контактами подвода практически не изменяется при изменении частоты и, как следствие, изменении сопротивления скин-слоя. Если внутреннее сопротивление генератора много меньше сопротивления внешней цепи, то во внешней цепи между контактами подвода остается неизменным амплитудное значение напряжения независимо от сопротивления исследуемого участка изделия. The principle of operation of a frequency generator operating in the mode of a fixed amplitude value of the current or voltage between the supply contacts to the studied section of the product is based on a significant difference in its internal resistance and the resistance of the external circuit. So, if the internal resistance of the generator is much greater than the resistance of the external circuit, the generator provides the circuit with current, the amplitude value of which between the supply contacts practically does not change when the frequency changes and, as a result, the skin layer resistance changes. If the internal resistance of the generator is much less than the resistance of the external circuit, then in the external circuit between the supply contacts the amplitude value of the voltage remains unchanged regardless of the resistance of the investigated section of the product.
Получив распределение резистивной характеристики по толщине материала изделия, определяют присутствие нарушения однородности материала изделия и глубину залегания слоя неоднородности. Так, если в указанном распределении имеет место локальное отклонение от среднего значения резистивной характеристики, то это свидетельствует о нарушении однородности материала изделия. Для изделий с примерно постоянной величиной поперечного сечения, например слитков, колец, сплошных и полых цилиндров и др., глубину H расположения слоя неоднородности можно с достаточной точностью оценить соотношением:
H = (d(f1) + d(f2))/2,
где числовое значение функции d(f), выражающей зависимость толщины скин-слоя от частоты переменного тока, может быть получено из известных соотношений (см. указанный выше литературный источник).Having obtained the distribution of the resistive characteristic over the thickness of the product material, the presence of a violation of the homogeneity of the product material and the depth of the heterogeneity layer are determined. So, if in the indicated distribution there is a local deviation from the average value of the resistive characteristic, then this indicates a violation of the homogeneity of the material of the product. For products with an approximately constant cross-sectional value, for example, ingots, rings, solid and hollow cylinders, etc., the depth H of the location of the heterogeneity layer can be estimated with sufficient accuracy by the ratio:
H = (d (f 1 ) + d (f 2 )) / 2,
where the numerical value of the function d (f), which expresses the dependence of the thickness of the skin layer on the frequency of the alternating current, can be obtained from known relations (see the above literature source).
Если в качестве резистивной характеристики используют удельное сопротивление, то величина локального отклонения распределения удельного сопротивления по дельта-слоям от среднего значения резистивной характеристики позволяет определить природу материала неоднородности. Так, например, можно установить наличие в золотом слитке слоя из вольфрама, имеющего с золотом приблизительно одну величину плотности, но значительно большее удельное сопротивление. If resistivity is used as the resistive characteristic, then the local deviation of the distribution of resistivity across the delta layers from the average value of the resistive characteristic allows you to determine the nature of the material heterogeneity. So, for example, it is possible to establish the presence of a tungsten layer in a gold bullion, which has approximately the same density with gold, but a significantly higher resistivity.
Приведенный выше материал свидетельствует о промышленной применимости предложенного способа, так как показана его осуществимость с помощью известных средств. The above material indicates the industrial applicability of the proposed method, as shown by its feasibility using known means.
Следует отметить, что область применения предложенного способа не ограничена только его использованием для определения подделки изделия из драгоценного или редкого металла. Очевидно, что способ с успехом может применяться для определения неоднородностей, имеющих функциональное назначение, например для неразрушающего контроля толщины покрытия, нанесенного на объект плакированием, гальваникой, измерения параметров бронзовых (баббитовых) втулок, впрессованных в стальные обоймы подшипников скольжения и т.д. It should be noted that the scope of the proposed method is not limited only to its use to determine the fake product from a precious or rare metal. Obviously, the method can be successfully used to determine heterogeneities having a functional purpose, for example, for non-destructive testing of the thickness of a coating deposited on an object by cladding, electroplating, measuring the parameters of bronze (babbit) bushings pressed into steel bearings of sliding bearings, etc.
Claims (6)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96124334A RU2115934C1 (en) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Process testing purity of material of conductive article ( versions ) |
| AU55012/98A AU5501298A (en) | 1996-12-20 | 1997-12-19 | Process for testing the purity of the constituent material of an electrically conducting item |
| PCT/RU1997/000415 WO1998028628A1 (en) | 1996-12-20 | 1997-12-19 | Process for testing the purity of the constituent material of an electrically conducting item |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96124334A RU2115934C1 (en) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Process testing purity of material of conductive article ( versions ) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2115934C1 true RU2115934C1 (en) | 1998-07-20 |
| RU96124334A RU96124334A (en) | 1999-01-27 |
Family
ID=20188556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96124334A RU2115934C1 (en) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Process testing purity of material of conductive article ( versions ) |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU5501298A (en) |
| RU (1) | RU2115934C1 (en) |
| WO (1) | WO1998028628A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2734061C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-10-12 | Владимир Владимирович Малеронок | Method of measuring total electrical resistance of a reinforced layer of articles made from metals using high frequency signals |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1103358A (en) * | 1965-12-11 | 1968-02-14 | Richards Foundries Ltd | System for checking the composition of ferrous metallic bodies |
| US4048558A (en) * | 1975-08-06 | 1977-09-13 | Clark Goodman | Method and apparatus for detecting metal failures in situ |
| GB8415747D0 (en) * | 1984-06-20 | 1984-07-25 | Secr Defence | Alternating current potential drops |
| DE3501614A1 (en) * | 1985-01-18 | 1986-07-24 | INTERATOM GmbH, 5060 Bergisch Gladbach | Method for material testing by measuring electrical variables, and a device and measurement head for carrying out the method |
-
1996
- 1996-12-20 RU RU96124334A patent/RU2115934C1/en active
-
1997
- 1997-12-19 WO PCT/RU1997/000415 patent/WO1998028628A1/en active Application Filing
- 1997-12-19 AU AU55012/98A patent/AU5501298A/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US, патент 4646013, G 01 N 27/90, G 01 R 33/12, 24.02.87. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2734061C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-10-12 | Владимир Владимирович Малеронок | Method of measuring total electrical resistance of a reinforced layer of articles made from metals using high frequency signals |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU5501298A (en) | 1998-07-17 |
| WO1998028628A1 (en) | 1998-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4528856A (en) | Eddy current stress-strain gauge | |
| KR100218653B1 (en) | Electronic induced type test apparatus | |
| Ditchburn et al. | Eddy-current nondestructive inspection with thin spiral coils: Long cracks in steel | |
| US7443177B1 (en) | Characterization of conductor by alternating current potential-drop method with a four-point probe | |
| JPH0778489B2 (en) | Non-contact method and measuring device for measuring the magnitude of parameters relating to conductive materials | |
| WO2001067085A1 (en) | Probe for eddy current testing | |
| CN1013461B (en) | Nondestructive test to the ferromagnetic workpiece creep impairment | |
| Pasadas et al. | Detection and classification of defects using ECT and multi-level SVM model | |
| Underhill et al. | Eddy current analysis of mid-bore and corner cracks in bolt holes | |
| Tsukada et al. | Low-frequency eddy current imaging using MR sensor detecting tangential magnetic field components for nondestructive evaluation | |
| Ribeiro et al. | Inductive probe for flaw detection in non-magnetic metallic plates using eddy currents | |
| EP0076617B1 (en) | Process and apparatus for identifying coins | |
| Beissner et al. | Detection and analysis of electric-current perturbation caused by defects | |
| Dobmann et al. | Magnetic leakage flux testing with probes: physical principles and restrictions for application | |
| Allweins et al. | Defect detection in aluminum laser welds using an anisotropic magnetoresistive sensor array | |
| RU2115934C1 (en) | Process testing purity of material of conductive article ( versions ) | |
| Burke et al. | Transient eddy-current NDE for hidden corrosion in multilayer structures | |
| JP4551035B2 (en) | Conductor thickness measuring device | |
| WO1995027896A1 (en) | Measurement | |
| JP2000009414A (en) | Method for measuring thickness of surface layer | |
| GB2186372A (en) | Eddy current testing | |
| Dziczkowski | Effect of eddy current frequency on measuring properties of devices used in non-destructive measurements of non-ferromagnetic metal plates | |
| Sasi et al. | Eddy current giant magnetoresistive (GMR) sensor for non-destructive detection of deep-surface defects | |
| Rifai et al. | Fuzzy logic error compensation scheme for eddy current testing measurement on mild steel superficial crack | |
| Kandili | A research study for inspection and detection on conductive materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20081010 |