SU1384929A1 - Magnetic coating thickness gauge - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано дл  измерени  толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании. Повыще- ние точности измерени  и упрощение толщиномера достигаетс  путем автоматической компенсации нелинейности характеристики и исключени  цифрового линеариза- тора. При изменении толщины покрыти  сигнал первичного магниточувствительного преобразовател  2 мен етс  по гиперболическому закону. В результате преобразовани  с помощью замкнутой системы управлени , включающей управл емые усилители 5 и 9 и блок 10 автоматического регулировани  усилени , зависимость сигнала на выходе управл емого усилител  5 от толщины покрыти  линеаризуетс  и обеспечиваетс  высока  точность измерени . Благодар  этому исключаетс  необходимость в применении цифрового линеаризатора, что упрощает толщиномер. 1 ил. € (ЛThe invention relates to non-destructive testing and can be used to measure the thickness of non-magnetic coatings on a ferromagnetic substrate. Increasing the measurement accuracy and simplifying the thickness gauge is achieved by automatically compensating for the non-linearity of the characteristic and eliminating the digital linearizer. When the coating thickness changes, the signal of the primary magnetically sensitive transducer 2 changes according to a hyperbolic law. As a result of conversion using a closed-loop control system including controlled amplifiers 5 and 9 and automatic gain control unit 10, the dependence of the signal at the output of controlled amplifier 5 on the thickness of the coating is linearized and high measurement accuracy is ensured. This eliminates the need to use a digital linearizer, which simplifies the thickness gauge. 1 il. € (L

Description

0000

0000

со ю with y

соwith

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано дл  измерени  толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании.The invention relates to non-destructive testing and can be used to measure the thickness of non-magnetic coatings on a ferromagnetic substrate.

Цель изобретени  - повыщение точности измерений и упрощение достигаетс  путем автоматической компенсации нелинейности характеристики первичного магниточувст- вительного преобразовател  и исключени  цифрового линеаризатора.The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy and simplification by automatically compensating for the nonlinearity of the characteristics of the primary magnetically sensitive converter and eliminating the digital linearizer.

На чертеже представлена структурна  схема магнитного толщиномера покрытий.The drawing shows a structural diagram of the magnetic coating thickness gauge.

Магнитный толщиномер содержит последовательно соединенные источник 1 питани  первичного преобразовани , первичный магниточувствительный преобразователь 2, блок 3 предварительной обработки сигнала, блок 4 установки нул , регулируемый усилитель 5, масштабный усилитель 6, аналого- цифровой преобразователь 7 и индикатор 8, регулируемый усилитель 9 и блок 10 автоматической регулировки усилени . Вход усилител  9 соединен с выходом блока 3 обработки сигнала, выход усилител  9 - с входом блока 10 автоматической регулировки усилени , выход блока 10 соединен с управл ющими входами регулируемых усилителей 5 и 9.The magnetic thickness gauge contains series-connected primary conversion power source 1, primary magnetically sensitive transducer 2, signal pre-processing unit 3, zero setting unit 4, adjustable amplifier 5, large-scale amplifier 6, analog-to-digital converter 7 and indicator 8, adjustable amplifier 9 and unit 10 automatic gain control. The input of the amplifier 9 is connected to the output of the signal processing unit 3, the output of the amplifier 9 is connected to the input of the automatic gain control unit 10, the output of the unit 10 is connected to the control inputs of the adjustable amplifiers 5 and 9.

Первичный магниточувствительный преобразователь 2 может быть выполнен, например , на основе посто нного магнита с чувствительным элементом в виде магнито- резистора, датчика Холла и т. п., или же быть магнито-индукционного типа с ферромагнитным сердечником с обмотками, запи- тываемым переменным током. В соответствии с этим источник 1 питани  будет источником посто нного тока или генератором переменного тока. Блок 3 предварительной обработки сигнала содержит усилитель и при питании первичного магниточувствитель- ного преобразовател  2 переменным током детектор.Primary magnetically sensitive transducer 2 can be made, for example, on the basis of a permanent magnet with a sensitive element in the form of a magnetic resistor, a Hall sensor, etc., or it can be of a magnetic induction type with a ferromagnetic core with windings recorded by an alternating current. . Accordingly, the power source 1 will be a direct current source or an alternator. The signal pre-processing unit 3 contains an amplifier and, when the primary magnetosensitive transducer is supplied with power, 2 an alternating current detector.

Регулируемые усилители 5 и 9 могут представл ть собой обычные усилители, на входах которых включены управл емые делители , состо щие, например, из посто нного резистора в верхнем плече и полевого транзистора в нижнем. В этом случае управл ющее напр жение подаетс  на затвор транзистора . Блок 10 автоматической регулировки управлени  представл ет собой цепь, содержащую усилительную схему, резистив- ный делитель и фильтр (например, С-типа) преп тствующий возникновению паразитных колебаний.Adjustable amplifiers 5 and 9 can be conventional amplifiers, the inputs of which include controlled dividers, for example, consisting of a constant resistor in the upper arm and a field-effect transistor in the lower arm. In this case, the control voltage is applied to the gate of the transistor. The automatic control adjustment unit 10 is a circuit comprising an amplifying circuit, a resistive divider and a filter (for example, a C-type) preventing the occurrence of parasitic oscillations.

Толщиномер работает следующим образом .The thickness gauge works as follows.

Источник 1 запитывает чувствительный элемент первичного магниточувствительного преобразовател  2 посто нным или переменным током, сигнал с преобразовател  2 усиливаетс  в блоке 3 предварительной обработки сигнала и, если надо, детектируетс . На выходе этого блока зависимость сигналаThe source 1 supplies the sensitive element of the primary magnetically sensitive transducer 2 with a constant or alternating current, the signal from the transducer 2 is amplified in the unit 3 of preliminary signal processing and, if necessary, detected. At the output of this block, the dependence of the signal

и от измер емой толщины Л покрыти  имеет вид:and from the measured thickness L of the coating has the form:

5five

00

5five

(1)(one)

Х+Хо  X + Ho

где Л и ЛГо - некоторые константы.where L and LH are some constants.

При величина (У имеет максимальyj ное значение, равное г.When the value (Y has a maximum value equal to r

АОAO

В блоке 4 установки нул  из сигнала U вычитаетс  некоторое напр жение Uo такое, чтобы сигнал i/2, имеющийс  на выходе блока 4, был равен нулю при 0. Очевидно,In block 4 of setting zero, some voltage Uo is subtracted from signal U such that the signal i / 2 present at the output of block 4 is zero at 0. Obviously

это произойдет при this will happen when

Установка величины Uo осуществл етс  при настройке толщиномера перед измерением путем размещени  первичного магниточувствительного преобразовател  2 на образце основани  без покрыти  и вращением ручки, управл ющей величиной Uo, до получени  нулевых показаний. После этого зависимость сигнала Uz на выходе блока 4 установки нул  будет иметь вид:The setting of the value of Uo is made by adjusting the thickness gauge before measuring by placing the primary magnetically sensitive transducer 2 on the sample of the base without coating and rotating the knob controlling the value of Uo until zero reading is obtained. After this, the dependence of the signal Uz at the output of the unit 4 of the installation zero will be:

г 7 i,g 7 i,

(X+Xo)(X + Xo)

(2)(2)

В этой формуле знак не учитываетс .In this formula, the mark is not counted.

Напр жение U подаетс  на вход регулируемого усилител  9, охваченного систе- мой автоматического регулировани . Поэтому на выходе регулируемого усилител  9 получаетс  некоторое напр жение Us, остающеес  приблизительно посто нным во всем диапазоне измерени  U. т. е.:The voltage U is applied to the input of the adjustable amplifier 9, covered by the automatic control system. Therefore, at the output of the adjustable amplifier 9, some voltage Us is obtained, which remains approximately constant over the entire measurement range U. i.e.

35 f/i B const,35 f / i B const,

(3)(3)

где Куп - коэффициент усилени  регулируемого усилител  9, измен емый электрически по входу управлени .where Kup is the gain of the adjustable amplifier 9, which is electrically variable with the control input.

С учетом (1) получаем из (3)In view of (1), we obtain from (3)

4040

(X + XQ).(X + XQ).

(4)(four)

Рассмотрим случай, когда регулируемые усилители 5 и 9 одинаковы. Поскольку их управл ющие входы объединены, то коэффициент усилени  регулируемого усилител  5 будет определ тьс  тем же выражением (4). Однако на вход усилител  5 подаетс  напр жение, описываемое выражением (2). В силу этого напр жение /4 на выходе регулируемого усилител  5 будет выражатьс  следующим образомConsider the case where adjustable amplifiers 5 and 9 are the same. Since their control inputs are combined, the gain of the adjustable amplifier 5 will be determined by the same expression (4). However, a voltage is applied to the input of amplifier 5, described by expression (2). By virtue of this, the voltage / 4 at the output of the adjustable amplifier 5 will be expressed as

Л вL in

t/, ty,./(,-i- .-(Х+Х,}t /, ty,. / (, - i- .- (X + X,}

в .at .

- тг л. АО- tg l. AO

(5)(five)

Отсюда видно, что полученное на выходе усилител  5 напр жение уже линейно зависит от измер емой толщины X покрыти .This shows that the voltage received at the output of the amplifier 5 is already linearly dependent on the measured thickness X of the coating.

что и требовалось осуществить. Далее t/i подаетс  на масштабный усилитель 6, в котором осуществл етс  установка масштаба напр жени  таким образом, чтобы в итоге на индикаторе получить показани  в едини- цах толщины (мм или мкм).as required. Next, t / i is fed to the scale amplifier 6, in which the voltage scale is set in such a way that the indicator on the indicator receives readings in units of thickness (mm or µm).

Калибровка выполн етс  с помощью меры толщины, соответствующей верхней границе диапазона измерений. После усилител  6 сигнал подаетс , на аналого-цифровой преобразователь 7, а с него на индикатор 8, который показывает результат измерений.Calibration is performed using a measure of thickness corresponding to the upper limit of the measurement range. After amplifier 6, the signal is fed to analog-to-digital converter 7, and from there to indicator 8, which shows the measurement result.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Магнитный толщиномер покрытий, со- держащий последовательно соединенные источник питани , первичный магниточувствительный преобразователь, блок предварительной обработки сигнала и блок установки нул , последовательно соединенные масщтабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и индикатор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и упрощени , он снабжен двум  регулируемыми усилител ми и блоком автоматической регулировки усилени , подключенным входом к выходу второго регулируемого усилител  и выходом - к управл ющим входам первого и второго управл емых усилителей, первый управл емый усилитель включен между выходом блока установки нул  и входом масщтабного усилител , а второй управл емый усилитель входом соединен с выходом блока предварительной обработки сигнала.A magnetic coating thickness gauge containing a series-connected power source, a primary magnetically sensitive transducer, a signal pre-processing unit and a zero setting unit, a serially-connected scale amplifier, an analog-to-digital converter and an indicator, characterized in that, in order to improve measurement accuracy and simplification, It is equipped with two adjustable amplifiers and an automatic gain control unit connected by the input to the output of the second adjustable amplifier and output - the control inputs of the first and second amplifiers controlled by the first controllable amplifier connected between the output and the zero setting input unit masschtabnogo amplifier, and a second controllable amplifier input connected to the output of signal preprocessing.