SU1315888A1 - Method and apparatus for measuring coefficient of conductance anisotropy of non-magnetic materials - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области неразрушающего контрол  материалов электромагнитным методом при измерении анизотропии электрической проводимости немагнитнь1х провод щих материалов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и разрешающей способности измерений за счет измерени  разности фаз радиальной составл ющей вектора напр женности магнитного пол . Вихретоковый преобразователь , размещенный на поверхности контролируемого издели , регистрирует напр женность магнитного пол , причем измерительные катушки, включенные встречно с компенсационными , регистрируют разностную составл ющую магнитного пол . Опорный сигнал о величине магнитного пол  снимаетс  со вспомогательных катушек 13 и 14, а падение напр жени  на резисторе 15 обратной св зи позвол ет стабилизировать сигнал возбуждени  от генератора 1 гармонического напр жени . Так как четверки као (Л со ел 00 00 00 ФигThe invention relates to the field of non-destructive testing of materials by an electromagnetic method when measuring the anisotropy of electrical conductivity of nonmagnetic conductive materials. The aim of the invention is to improve the accuracy and resolution of measurements by measuring the phase difference of the radial component of the magnetic field strength vector. The eddy current transducer placed on the surface of the tested product registers the magnetic field strength, and the measuring coils connected oppositely with compensation ones register the difference component of the magnetic field. The reference signal of the magnitude of the magnetic field is removed from the auxiliary coils 13 and 14, and the voltage drop across the feedback resistor 15 stabilizes the excitation signal from the harmonic voltage generator 1. Since the fours are kao (L co 00 00 00 Fig

Description

тушек разнесены на угол F/2, то измерение фазового сдвига осуществл етс  одновременно в двух точках. После усилени  и измерени  фазового сдвигаthe carcasses are spaced apart by an angle F / 2, then the phase shift is measured simultaneously at two points. After amplification and phase shift measurement

1one

Изобретение относитс  к электроизмерени м , в частности к неразрушающему контролю параметров материалов электромагнитным методом, и может быть использовано дл  измерени  коэффициента анизотропии электрической проводимости немагнитных провод щих материалов.The invention relates to electrical measurements, in particular non-destructive testing of material parameters by an electromagnetic method, and can be used to measure the anisotropy coefficient of the electrical conductivity of non-magnetic conductive materials.

Цель изобретени  повышение точности и разрешающей способности измерений за счет измерени  разности фаз радиальной составл ницей вектора (напр женности магнитного пол .The purpose of the invention is to improve the accuracy and resolution of measurements by measuring the phase difference by the radial composition of the vector (magnetic field strength).

На фиг, 1 приведена схема устройства дл  измерени  коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов; на фиг. 2 - конструкци  вихретокового преобразовател .Fig. 1 is a schematic diagram of a device for measuring the anisotropy coefficient of the electrical conductivity of non-magnetic materials; in fig. 2 - eddy current transducer design.

Устройство содержит соединенные последовательно генератор 1 гармонического напр жени , усилитель 2 мощности и вихретокощ 1й преобразователь 3 с обмоткой 4 возбу5кдени , измерительными катушками 5-8, компенсационными катушками 9 - 12, идентичными измерительными катушками 5-8 и вспомогательными катушками 13 и 14. Устройство содержит также резистор 15 обратной св зи, подключенньш к обмотке 4 возбуждени  и входу усиител  2 мощности, второй вывод которого соединен с общим проводом, усилители 16 - 18, фазоизмерители 19 и 20, первые входы которых подключе- ны соответственно к выходам усилитеей 16 и 17, вторые входы объединены подключены к выходу усилител  18, блок 21 вычитани  сигналов, подключенный к выходам фазоизмерителей 19 и 20, блок 22 управлени  частотой, включенный между выходом фазоизмери- тел  19 и входом управлени  генератоа 1 гармонического сигнала, и индикатор 23, подключенный к выходу блока 21 вычитани  сигналов.The device contains a harmonic voltage generator 1 connected in series, a power amplifier 2 and a vortex source 1st converter 3 with a winding 4 times, measuring coils 5–8, compensation coils 9–12 identical to measuring coils 5–8 and auxiliary coils 13 and 14. The device contains also a feedback resistor 15, connected to the excitation winding 4 and the input of the power amplifier 2, the second output of which is connected to the common wire, amplifiers 16-18, phase meters 19 and 20, the first inputs of which are connected - respectively, to the outputs of the amplifiers 16 and 17, the second inputs are connected to the output of the amplifier 18, the signal reading unit 21 connected to the phase meter outputs 19 and 20, the frequency control unit 22 connected between the phase meter output 19 and the harmonic generator 1 input signal, and the indicator 23 connected to the output of the signal subtraction unit 21.

Измерительные и компенсахщонные атушки 5, 6,,9 и 10 включены послесигналы вычитаютс  в блоке 21 вычитани , и результирующа  величина отображаетс  индикатором 23. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.The measuring and compensating guns 5, 6, 9 and 10 are turned on after the signals are subtracted in the subtraction unit 21, and the resulting value is displayed by the indicator 23. 2 sec. f-ly, 2 ill.

довательно попарно согласно, а кажда  пара встречно, и подключены к усилителю 16. Аналогично включены измерительные и компенсационные ка5 тушки 7, 8, 11 и 12 и подключены к усилителю 17 Вспомогательные катушки 13 и 14 включены последовательно согласно и подключены к усилителю 18. Измерительные и компенсационные ка )0 тушки 5-I2 расположены на одинаковом рассто нии от обмотки 4 возбуждени  (фиг. 2) соответственно у ее нижнего и верхнего конца так, что их продоль ные оси перпендикул рны:продольнойconsistently in pairs, and each pair is opposite and connected to the amplifier 16. Similarly, the measuring and compensation coils 7, 8, 11 and 12 are connected and connected to the amplifier 17; Auxiliary coils 13 and 14 are connected in series according to and connected to the amplifier 18. The measuring and compensation ka) 0 carcasses 5-I2 are located at the same distance from the excitation winding 4 (Fig. 2) at its lower and upper end, respectively, so that their longitudinal axes are perpendicular: longitudinal

5 оси обмотки возбуждени , направлени  продольных осей измерительных катушек 5 и 6 совпадают и перпендикул рны продольным ос м измерительных катушек 7 и 8,, компенсационные катуш0 ки 9-14 ориентированы аналогично, а вспомогательные катушки 13 и 14 расположены между плоскост ми измерительных и компенсационных катушек так же соосно и перпендикул рно оси об мотки возбуждени . 5, the axis of the excitation winding, the directions of the longitudinal axes of the measuring coils 5 and 6 coincide and are perpendicular to the longitudinal axes of the measuring coils 7 and 8, the compensation coils 9-14 are oriented similarly, and the auxiliary coils 13 and 14 are located between the planes of the measuring and compensation coils likewise coaxially and perpendicularly to the axis of the excitation winding.

%%

Сущность способа измерени  коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов заклю- 0 чаетс  в следующем.The essence of the method for measuring the anisotropy coefficient of the conductivity of non-magnetic materials is as follows.

С помощью цилиндрической возбуж- дающей индукционной катушки возбуждают в материс1ле анизотропной по электропроводности немагнитной гшас тины вихревые токи. При этом продольна  ось катушки перпендикул рна поверхности пластины.Собственное (первичное) электромагнитное поле циливдрической катушки  вл етс  осе0 симметричным, Осесимметрично также и вторичное поле вихревых токов, ее-, ли материал ш:1астины изотропный. Наличие анизотропии электропроводности приводит к нарушению осесимметричS кости вторичного пол . Составл ющие вторичного ПОЛЯ вихревых токов при этом завис т от угловой координаты.With the help of a cylindrical exciting induction coil, eddy currents are excited in the material anisotropic in non-magnetic conductivity. In this case, the longitudinal axis of the coil is perpendicular to the plate surface. The own (primary) electromagnetic field of the cylindrical coil is axis0 symmetrical. The secondary field of eddy currents is also axisymmetric, whether it is a material w: 1 is a isotropic. The presence of anisotropy of electrical conductivity leads to a violation of the bone axisymmetry of the secondary floor. The components of the secondary FIELD of eddy currents in this case depend on the angular coordinate.

Измер ют значени  радиал ьной составл ющей Н вектора напр женности магнитного пол  вихревых токов в точках, наход щихс  на одинаковом paccтo шiи от возбуждающей катушки и разнесенных по угловой координате на угол л/2 относительно друг друга. Определ ют разность фаз составл ющей Кр в первой и второй из указанных точек f, - (fp, где у The values of the radial component of the intensity vector H of the magnetic field of eddy currents are measured at points located on the same distance from the exciting coil and spaced apart by the angle coordinate l / 2 relative to each other. The phase difference of the component Kp in the first and second of the indicated points f, - (fp, where y

и V. значени  фазы радиальной составл ющей Й соответственно в первой и второй точках, разнесенных относительно друг друга по угловой коорди7Г and V. the phase values of the radial component H, respectively, in the first and second points, spaced relative to each other by the angular coordinate

нате на угол ,Nate at an angle

Регулируют частоту возбуждающего электромагнитного пол  таким образом , чтобы значение фазы составл ю-, щей Н в первой из указанных точек измере51и  все врем  бьшо посто нным, т.е. в процессе измерений непрерывно выполн етс  условиеAdjust the frequency of the exciting electromagnetic field in such a way that the phase value is equal to H, at the first of these points measured and the whole time is constant, i.e. during the measurement, the condition is continuously fulfilled

(ff - const.(ff - const.

Так как до проведени  измерений направлени  главных осей анизотропии электропроводности обычно неизвестны то определить сразу положени  точек измерени , соответствующие значени м угловой координаты равным О иSince, before the measurements of the direction of the main axes of anisotropy of the electrical conductivity, it is usually unknown, then immediately determine the positions of the measurement points corresponding to the values of the angular coordinate equal to O and

Т -Т-, не представл етс  возможным.T-T is not possible.

Поэтому, синхронно перемеща  обе точки измерени  по направлению угло- вой координаты, определ ют такие их положени , при которых измер ема  разность фаз радиальной составл ющей Н принимает максимальное положительное значение.Therefore, by simultaneously moving both measurement points in the direction of the angular coordinate, their positions are determined at which the measured phase difference of the radial component H takes the maximum positive value.

Устройство, реализующее способ, работает следующим o6pia30M.A device that implements the method works as follows o6pia30M.

Генератор 1 гармонического напр жени  генерирует напр жение, частота которого определ етс  управл ю- щим сигналом, поступаюпщм на вход генератора от блока 22 управлени  частотой. Генератор 1 выполнен по типу преобразовател  посто нного напр жени  в частоту гармонического напр жени . Его выходное напр жение усиливаетс  усилителем 2 мощности, выход которого соединен с началом обмотки 4 возбуждени .The harmonic voltage generator 1 generates a voltage, the frequency of which is determined by the control signal received at the generator input from the frequency control unit 22. The generator 1 is of the type of constant voltage converter to harmonic voltage frequency. Its output voltage is amplified by a power amplifier 2, the output of which is connected to the start of the excitation winding 4.

Ток возбулщени  от усилител  2 мощности протекает по последовательно соединенным обмотке 4 возбуждени  и оечигтору 15 обратной св зи. IJpJHAn excitation current from the power amplifier 2 flows through the series-connected excitation winding 4 and feedback terminal 15. Ijpjh

этом напр жение, снимаемое с резистора 15 обратной св зи,поступает на второй управл ющий вход усилител  2 мощности и регулирует его коэффициен передачи таким образом, чтобы само, это напр жение все врем  было по г стокнным. В результате усилитель 2 мощности оказываетс  охваченным отрицательной обратной св зью по току возбужде ш . Это позвол ет стабилизировать ток возбуждени  вихретоко- вого преобразовател  3 независимо от изменений параметров усилител  2 мощности , обмотки 4 возбуждени , а также изменений амплитуды напр жени  генератора 1 при изменении его частотыThereby, the voltage taken from the feedback resistor 15 is fed to the second control input of the power amplifier 2 and adjusts its transmission coefficient so that the voltage itself is always on the basis of the drain. As a result, the power amplifier 2 is covered by negative feedback on the current of the exciter w. This makes it possible to stabilize the excitation current of the eddy current converter 3 regardless of changes in the parameters of power amplifier 2, excitation winding 4, as well as changes in the amplitude of the voltage of generator 1 as its frequency changes

Так как измерительные и компенсационные катушки 5-12 вихретокового преобразовател  3 идентичны и их обмотки включены встречно, а конструкци  вихретокового преобразовател  3 симметрична, то при его нахождении в воздухе напр жени  на входах усилителей 16 и 17 отсутствуют. При установке вихретокового преобразова- тел  3. на поверхность материала {не показан) в измерительных катушках 5- 8 по вл етс  ЭДС, наведенна  составл ющей Н вектора напр женности магнитного пол  вихревых токов. Соответственно на входах усилителей 16 и 17 напр жени  по вл ютс  вносимое напр жени . Усиленные усилител ми 16 и 17 эти напр жени  поступают на первые входы соответственно фазоизмери- телей 19 и 20. На вторые входы фазо- измерителей поступает опорное напр жение с выхода усилител  18. Опорное напр жение формируетс  с помощью вспомогательных катушек 13 и 14 и усилител  18, образукицих канал опорного напр жепи .Since the measuring and compensating coils 5-12 of the eddy current transducer 3 are identical and their windings are turned on, and the design of the eddy current transducer 3 is symmetrical, there is no voltage at the inputs of amplifiers 16 and 17 when it is in air. When an eddy current transducer is installed, 3. An emf induced by the H component of the magnetic field vector of eddy currents appears on the surface of the material {not shown) in the measuring coils 5-8. Accordingly, input voltages appear at the inputs of the voltage amplifiers 16 and 17. Amplified by amplifiers 16 and 17, these voltages are fed to the first inputs, respectively, of phase meters 19 and 20. The second inputs of the phase meters receive a reference voltage from the output of amplifier 18. The reference voltage is formed using auxiliary coils 13 and 14 and amplifier 18 , form the channel of the reference pressure.

Выходные сигналы фазоизмерите- лей 19 и 20 пропорциональны фазам выходных напр жений усилителей 16 и 17 соответственно. Поскольку фазы последних однозначно определ ютс  значени ми фазы составл ющей Н в точках расположени  измерительных катушек, то сигналы на выходах фазо- измерителей пропорциональны значени м фазы указанной составл ющей вектора напр женности магнитного пол  вихревых токов.The output signals of phase meters 19 and 20 are proportional to the phases of the output voltages of amplifiers 16 and 17, respectively. Since the phases of the latter are unambiguously determined by the phase H component values at the locations of the measuring coils, the signals at the phase meter outputs are proportional to the phase values of the specified component of the magnetic field of eddy currents.

Далее выходные сигналы фазоизме- рителей 19 и 20 поступают на входы блока 21 вычитани , выходной сигнал которого пропорционален разности фазNext, the output signals of phase meters 19 and 20 are fed to the inputs of subtraction unit 21, the output of which is proportional to the phase difference

составл ющей в точках расположени  первой (второй) и третьей (четвертой ) измерительных катушек преобразовател  и поступает на индикатор 23 Одновременно сигнал с выхода фазо- измерител  19 поступает на вход блока 22 управлени  частотой. Блок 22 управлени  частотой, выход которого соединен с входом генератора 1 гар-- монического напр жени , регулирует частоту последнего таким образом, чтобы выходной сигнал фазоизмерите- л  19 в процессе измерений бьш посто нным .component at the points of location of the first (second) and third (fourth) measuring coils of the converter and is fed to the indicator 23. At the same time, the signal from the output of the phase meter 19 is fed to the input of the frequency control unit 22. Frequency control unit 22, the output of which is connected to the input of the generator 1 of a harmonic voltage, adjusts the frequency of the latter so that the output signal of the phase measurement 19 is constant during the measurement process.

Claims (2)

1. Способ измерени  коэффициента анизотропии электропроводности немагнитных материалов, заключающийс  в том, что возбуждают в материале вихревые токи и измер ют напр женность их магнитного пол , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и разрешающей способности измерений, возбужде1ше вихревых токов осуществл ют электромагнитным полем цилиндрической ин-. дукционной к атушки возбуждени , одновременно измер ют значени  фазы радиальной составл ющей Н вектора напр женности магнитного пол  вихревых токов в двух точках вблизи поверхности материала, наход щихс  на одинаковом рассто нии и разнесенных на1. A method for measuring the anisotropy coefficient of the electrical conductivity of non-magnetic materials, which consists in exciting eddy currents in a material and measuring the strength of their magnetic field, characterized in that, in order to improve the accuracy and resolution of measurements, the eddy currents are excited by an electromagnetic field cylindrical in-. excitation excitation, simultaneously measure the phase values of the radial component H of the intensity vector of the magnetic field of eddy currents at two points near the surface of the material that are at the same distance and spaced apart от катушкиfrom the coil Г  R угол по угловойcorner angle координате относительно друг друга, определ ют разность фаз радиальной составл ющей Н в этих точках, регулируют частоту возбуждающего электромагнитного пол  таким образом, чтобы значение фазы составл ющей Н в первой точке измерени  в процессе измерений было посто нным, синхронно перемеща  обе точки измерени  по направлению угловой координаты, определ ют такие их положени , при которых разность фаз радиальной составл ющей К. пол  вихревых токов при- Ш1мает максимальное положительйое значение, по которому и определ ют коэффициент анизотропии .электропроводности .coordinate relative to each other, determine the phase difference of the radial component H at these points, adjust the frequency of the exciting electromagnetic field so that the phase value of the component H at the first measurement point during the measurement is constant, synchronously moving both measurement points in the angular direction the coordinates, determine their positions at which the phase difference of the radial component K. the eddy current field reaches the maximum positive value, from which the coefficient a isotropic .elektroprovodnosti. 2. Устройство дл  измерени  ДУ плоскост ми измерительных и Фозфициента анизотропии электропровод-буждающих катушек, так, что их проности немагнитных материалов, содер-дольные оси совпадают между собой и2. A device for measuring the DU by measuring and anisotropy photons of electric-conductive coil coils, so that their penetration of non-magnetic materials and their axes coincide with each other and жащее генератор гармонического на-перпендикул рны продольной оси обпр жени , накладной вихретоковыймотки возбуждени .A harmonic generator perpendicular to the longitudinal axis of the armature, the superimposed eddy current excitation winding. . 31158886. 31158886 преобразователь с обмоткой возбуждени , резистор обратной св зи, подключенный к обмотке возбуждени  и общему проводу, и индикатор, о т л и - .a converter with an excitation winding, a feedback resistor connected to the excitation winding and the common wire, and an indicator that is used. 5 чающеес  тем, что, с целью по ьш1ени  точности и разрешающей способности измерений, оно снабжено усилителем мощности, включенным между выходом генератора гармонического5 due to the fact that, in order to achieve accuracy and resolution of measurements, it is equipped with a power amplifier connected between the output of a harmonic generator to {напр жени  и обмоткой возбуждени , второй вход которого подключен к резистору обратной св зи, трем  усилител ми, двум  фазоизмеритеп ми, первые входы которых подключены со15 ответственно к первому и второму усилител м , а вторые входы объединены и соединены с выходом третьего усилител , блоком вычитани  сигналов, включенным между выходами фазоизмери20 телей и входом индикатора, и блоком управлени  частотой, включенным между выходом первого фазоизмерител  и входом управлени  генератора гармонического напр жени , вихретоковьйto {voltage and excitation winding, the second input of which is connected to a feedback resistor, three amplifiers, two phase meters, the first inputs of which are connected respectively to the first and second amplifiers, and the second inputs are combined and connected to the output of the third amplifier, a signal subtraction unit, connected between the phase-measuring outputs and the indicator input, and a frequency control unit, connected between the output of the first phase-measuring device and the harmonic voltage generator control input, eddy current 25 преобразователь состоит из двух вспомогательных .катушек, включенных последовательно и соединенных с входами третьего усилител , и четырех измерительных и четырех компенсацион25 converter consists of two auxiliary coils connected in series and connected to the inputs of the third amplifier, and four measuring and four compensation 30 ных катушек, идентичных между собой, включенных последовательно попарно согласно, а ка да  пара измерительных катушек - встречно с парой компенсационных катушек, и соединенных с вхо35 дами соответственно первого и второго усилителей, измерительные и компенсационные катушки расположены на одинаковом рассто нии от обмотки возбуждени , соответственно у ее нижнего30 coils identical between each other, connected in series in pairs according to each other, and each pair of measuring coils opposite the pair of compensation coils and connected to the inputs of the first and second amplifiers, respectively, the measuring and compensation coils are located at the same distance from the field winding, respectively, at its bottom 40 и верхнего торцов так, что их продольные оси перпендикул рны продольной оси обмотки возбуждени , направлени  продольных осей первой и второй измерительной катушек совпадают40 and the upper ends, so that their longitudinal axes are perpendicular to the longitudinal axis of the field winding, the directions of the longitudinal axes of the first and second measuring coils coincide 45 и перпендикул рны продольным ос м третьей и четвертой измерительных катушек, направлени  которых также совпадают, компенсационные катушки ориентированы между собой аналогично45 and perpendicular to the longitudinal axis of the third and fourth measuring coils, the directions of which also coincide, the compensation coils are oriented to each other similarly 50 измерительным катушкам, а вспомогательные катушки расположены на одинаковом рассто нии от обмотки возбуж- дерш  в плоскости, перпендикул рной ее продольной оси и наход щейс  меж: .50 to the measuring coils, and the auxiliary coils are located at the same distance from the winding of the exciter in a plane perpendicular to its longitudinal axis and located between:. ww f3.f3. JJ %% %% - I - I us.lus.l Редактор П.ГерешиEditor P.Geershi Составитель Ю.ГлазковCompiled by Yu.Glazkov Техред М.Ходанич Корректор В.Бут гаTehred M. Khodanich Proofreader V. But ha 2354/462354/46 Тираж 776ПодписноеCirculation 776 Subscription ВНИИПИ Государственного кокмтета СССРVNIIPI State Kokmteta USSR по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4