SU1730530A1 - Device for measuring thickness of nonmagnetic coating on ferromagnetic substrate - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам неразрушающего контрол  и может быть использовано дл  измерени  толщины защитных покрытий различных изделий, выполненных из ферромагнитных материалов. Цель изобретени  - повышение чувствительности устройства - обеспечиваетс  за счет исключени  вли ни  паразитных емкостей и высокочастотных помех на крутизну фронта продифференцированного импульса . Формируемые генератором 1 пр моугольные импульсы, проход  фильтр 2 нижних частот, поступают на преобразователь 3. Разностный сигнал с последнего, завис щий от рассто ни  рабочего торца преобразовател  до ферромагнитного основани , поступает на вход фазочувствитель- ного детектора 4, затем через блок 5 обработки сигналов в виде посто нного напр жени  - на вход ключа 6, управл емого импульсами генератора 1, и далее на вход компаратора 11. Импульсами генератора 1 открываетс  ключ 8, в результате чего посто нное напр жение, формируемое на выходе источника 7 опорного напр жени , поступает на вход интегрирующей цепочки 9, на выходе которой по вл етс  скачок напр жени . При этом компаратор срабатывает только в момент равенства напр жений сигналов , поступающих с блока 5 и с выхода интегрирующей цепочки 9. Получаема  длительность пр моугольного импульса на выходе компаратора 11 пропорциональна толщине защитного покрыти . Далее сигнал проходит генератор 12 пилообразного напр жени , амплитудный детектор 13 и поступает в блок 14 измерени  и индикации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. VJ 00 О ел Сл) оThe invention relates to non-destructive testing and can be used to measure the thickness of protective coatings of various products made of ferromagnetic materials. The purpose of the invention is to increase the sensitivity of the device - by eliminating the influence of stray capacitances and high-frequency interference on the steepness of the front of the differentiated pulse. The rectangular pulses generated by the generator 1, the low-pass filter 2 pass, are fed to the converter 3. The differential signal from the latter, depending on the distance of the working end of the converter to the ferromagnetic base, enters the input of the phase-sensitive detector 4, then through the signal processing unit in the form of a constant voltage to the input of the key 6, controlled by the pulses of the generator 1, and then to the input of the comparator 11. The pulses of the generator 1 open the key 8, as a result of which the constant voltage generated by you The source of the reference voltage 7 is fed to the input of the integrating chain 9, at the output of which a voltage jump appears. In this case, the comparator is triggered only at the moment of equality of the voltages of the signals coming from block 5 and from the output of the integrating chain 9. The resulting duration of a rectangular pulse at the output of the comparator 11 is proportional to the thickness of the protective coating. The signal then passes the sawtooth voltage generator 12, the amplitude detector 13, and enters the measurement and display unit 14. 1 hp f-ly, 1 ill. Vj 00 o ate sl) o

Description

Изобретение относитс  к средствам неразрушающего контрол  и может быть использовано дл  измерени  толщины защитных покрытий различных изделий, выполненных из ферромагнитных материалов, в частности магистральных стальных трубопроводов .The invention relates to non-destructive testing and can be used to measure the thickness of protective coatings of various products made of ferromagnetic materials, in particular main steel pipelines.

Известны устройства дл  измерени  толщины немагнитных покрытий на ферромагнитной основе, содержащие генератор, питающий измерительный датчик, к выходу которого после детектировани  подключаетс  диод с нарастающей вольт-амперной характеристикой и заданным пороговым значением. При этом напр жение, соответ- ствующее измерительному сигналу напр жени  в нулевой точке, устанавливают вблизи точки нарастани  характеристики диода, задава  тем самым линейную зависимость измерительного тока от толщины контролируемого защитного покрыти .There are known devices for measuring the thickness of non-magnetic coatings on a ferromagnetic basis, which contain a generator, supplying a measuring sensor, to the output of which, after detection, a diode with an increasing current-voltage characteristic and a predetermined threshold value is connected. In this case, the voltage corresponding to the voltage measurement signal at the zero point is set near the diode growth point, thereby setting the linear dependence of the measurement current on the thickness of the protective coating being monitored.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  электромагнитный толщиномер, содержащий последовательно соединенные генератор пр моугольных импульсов, фильтр нижних частот, электромагнитный преобразователь, фазочувствительный детектор , блок обработки сигнала, компаратор , блок измерени , последовательно соединенные источник опорного напр же- ни , ключ и четырехполюсник, состо щий из пассивных элементов.The closest to the present invention is an electromagnetic thickness gauge comprising a series-connected square pulse generator, a low-pass filter, an electromagnetic converter, a phase-sensitive detector, a signal processing unit, a comparator, a measuring unit, a series-connected reference source, a key one of the passive elements.

В этом толщиномере в качестве четырехполюсника используетс  дифференцирующа  цепочка, что не обеспечивает достаточной чувствительности из-за вли ни  паразитных емкостей и высокочастотных помех на крутизну фронта продифференцированного импульса.In this thickness gauge, a differentiating chain is used as a quadrupole, which does not provide sufficient sensitivity due to the influence of parasitic capacitances and high-frequency interference on the steepness of the front of the differentiated pulse.

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние чувствительности за счет исключени  вли ни  паразитных емкостей и высокочастотных помех на крутизну фронта продифференцированного импульса.The aim of the invention is to increase the sensitivity by eliminating the influence of parasitic capacitances and high-frequency interference on the steepness of the front of the differentiated pulse.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство, содержащее источник питани , выполненный в виде генератора пр моугольных импульсов, электромагнитный преобразователь, блок обработки сигналов, последовательно соединенные источник опорного напр жени , ключ и четырехполюсник , компаратор и блок измерени  и индикации , снабжено фильтром нижних частот, выходом соединенным с входом электромагнитного преобразовател , фазо- чувствительным детектором, входом соединенным с выходом электромагнитного преобразовател , а выход - с входом блока обработки сигналов, дополнительным ключом , входом соединенным с выходом блокаThe goal is achieved in that a device comprising a power source made in the form of a square pulse generator, an electromagnetic transducer, a signal processing unit, a voltage source connected in series, a switch and a quadrupole, a comparator and a measuring and display unit, is equipped with a low-pass filter, an output connected to the input of an electromagnetic converter, a phase-sensitive detector, an input connected to the output of an electromagnetic converter, and the output to an input of a block signal processing, an additional key input connected to the output of

обработки сигналов, а выходом - с входом компаратора , и последовательно соединенным генератором пилообразного напр жени , вход которого соединен с выходом компаратора, и амплитудным детектором, выход которого соединен с входом блока измерени  и индикации , а четырехполюсник выполнен в виде интегрирующей цепочки с узлом сброса, вход интегрирующей цепочки  вл етс  входом четырехполюсника, а ее выход  вл етс  выходом четырехполюсника и соединен с вторым входом компаратора, выход источника питани  соединен с входом фильтра нижних частот, узла сброса и вторыми входами фазочувствительного детектора и ключей .signal processing, and the output to the comparator input, and a series-connected sawtooth voltage generator, whose input is connected to the comparator output, and an amplitude detector, whose output is connected to the input of the measuring and display unit, and the quadrupole is designed as an integrating chain with a reset node the input of the integrating circuit is the input of the quadrupole, and its output is the output of the quadrupole and is connected to the second input of the comparator, the output of the power supply is connected to the input of the lower filter often , Reset unit and the second inputs of the phase-sensitive detector and keys.

На чертеже представлена блок-схема устройства дл  измерени  толщины немагнитных покрытий на ферромагнитной основе .The drawing shows a block diagram of a device for measuring the thickness of non-magnetic coatings on a ferromagnetic basis.

Устройство содержит последовательно соединенные источник питани , выполненный в виде генератора 1 пр моугольных импульсов, фильтр 2 нижних частот, электромагнитный преобразователь 3, фазочувствительный детектор 4, блок 5 обработки сигналов, ключ 6, а также последовательно соединенные источник 7 Опорного напр жени , ключ 8, интегрирующую цепочку 9 с узлом 10 сброса, компаратор 11, генератор 12 пилообразного напр жени , амплитудный детектор 13 и блок 14 измерени  и индикации.The device contains a series-connected power source, made in the form of a generator of rectangular pulses, a low-pass filter 2, an electromagnetic transducer 3, a phase-sensitive detector 4, a signal processing unit 5, a switch 6, and also a series-connected Reference voltage source 7, an integrating chain 9 with a reset node 10, a comparator 11, a sawtooth voltage generator 12, an amplitude detector 13 and a measuring and display unit 14.

Выход генератора 1 подключен к управл ющим входам ключей бивузла 10сброса, а также фазочувствительного детектора 4. Выход ключа б подключен к одному из входов компаратора 11.The output of the generator 1 is connected to the control inputs of the bivuzl key 10s reset, as well as the phase-sensitive detector 4. The output of the switch b is connected to one of the inputs of the comparator 11.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Формируемые генератором 1 пр моугольные импульсы частотой 400 Гц поступают на вход фильтра 2 нижних частот, резко ослабл ющего сигналы более высоких частот, и электромагнитный преобразователь 3, представл ющий собой ферритовый стержень диаметром 6-7 мм, длиной 45 - 48 мм, на который намотаны генераторна  обмотка 1000 витков и две измерительные по 400 витков, включенные встречно. Преобразователь 3 запитываетс  синусоидальным током, получаемым на выходе фильтра 2. Разностный сигнал, полученный на измерительных обмотках преобразовател , величина которого зависит от рассто ни  его рабочего торца (прикладываемого к поверхности защитного покрыти ) до ферромагнитного основани , поступает на вход фазочувствительного детектора 4, управл емого пр моугольнымиThe rectangular pulses with a frequency of 400 Hz generated by the generator 1 are fed to the input of the low-pass filter 2, which sharply attenuates the signals of higher frequencies, and the electromagnetic converter 3, which is a ferrite rod with a diameter of 6-7 mm and a length of 45-48 mm, on which are wound generator winding 1000 turns and two measuring 400 turns, included in opposite. Converter 3 is supplied with a sinusoidal current obtained at the output of filter 2. The differential signal obtained at the measuring windings of the converter, the value of which depends on the distance of its working end (applied to the surface of the protective coating) to the ferromagnetic base, enters the input of the phase-sensitive detector 4 controlled by rectangular

импульсами генератора 1. С выхода детектора сигнал поступает в блок 5 обработки сигналов, откуда в виде посто нного напр жени  поступает на вход ключа б, управл емого импульсами генератора 1. Получаемые на выходе ключа 6 пр моугольные импульсы , по амплитуде пропорциональные величине сигнала с блока 5, поступают на вход компаратора 11.generator 1 pulses. From the detector output, the signal enters the signal processing unit 5, from where it receives as a constant voltage the key b input, which is controlled by the generator 1 pulses. The square pulses at the key 6 output are proportional in amplitude to the magnitude of the signal from the block 5, are fed to the input of the comparator 11.

Пр моугольными импульсами генерато- ра 1 открываетс  ключ 8, в результате чего посто нное напр жение, формируемое на выходе источника 7 опорного напр жени , поступает на вход интегрирующей цепочки , т. е. на выходе последней по вл етс  скачок напр жени . При этом на выходе цепочки образуютс  нарастающие экспоненциальные импульсы, измен ющиес  по закону:АThe rectangular pulses of the generator 1 open the key 8, as a result of which the constant voltage generated at the output of the source 7 of the reference voltage enters the input of the integrating chain, i.e. a voltage jump appears at the output of the latter. In this case, at the output of the chain, increasing exponential impulses are formed, changing according to the law:

Ui U0-(1-e),Ui U0- (1-e),

где t - врем  от начала цикла,where t is the time from the beginning of the cycle,

т - посто нна  времени интегрирующей цепочки 9;t is the time constant of the integrating chain 9;

Uo - посто нное напр жение на выходе блока 7.Uo is a constant voltage at the output of block 7.

Характеристика преобразовател  3 в среднем близка к экспоненте и с учетом прохождени  сигнала через блок 5 может быть записана в видеThe characteristic of the converter 3 is on average close to the exponent and, taking into account the passage of the signal through block 5, can be written as

-,-,

U2 U0-(1-e ),U2 U0- (1-e),

„где h - измер ема  толщина покрытий;Where h is the measured thickness of the coatings;

а- коэффициент равный 0,2 - 0,3 (в диапазоне толщин покрытий 5-12 мм).a is a coefficient equal to 0.2 - 0.3 (in the range of coating thicknesses of 5-12 mm).

Ввиду того, что срабатывание компара- тора происходит в момент равенства напр жений DI и U2, получаема  длительность пр моугольного импульса на выходе компаратора 11 пропорциональна толщине защитного покрыти .Due to the fact that the operation of the comparator takes place at the moment of equality of the stresses DI and U2, the resulting rectangular pulse duration at the output of the comparator 11 is proportional to the thickness of the protective coating.

Этот импульс поступает на вход генератора 12 пилообразного напр жени , амплитуда сигнала на выходе которого пропорциональна длительности импульса. Сигнал с выхода блока 12 поступает на вход амплитудного детектора 13, на выходе которого формируетс  посто нное напр жение, соответствующее толщине измер емого защитного покрыти . С выхода блока 13 сигнал поступает в блок 14, где осуществл етс  измерение и индикаци  в виде окончательных показаний толщиномера.This pulse is fed to the input of the sawtooth voltage generator 12, the amplitude of the signal at the output of which is proportional to the pulse duration. The signal from the output of block 12 is fed to the input of an amplitude detector 13, the output of which produces a constant voltage corresponding to the thickness of the protective coating being measured. From the output of block 13, the signal arrives at block 14, where the measurement and indication is carried out in the form of final readings of the thickness gauge.

При настройке устройства возможна регулировка посто нной времени интегрирующей цепи.When setting up the device, it is possible to adjust the time constant of the integrating circuit.

Использование в качестве четырехполюсника интегрирующей цепочки позвол ет не учитывать емкостную составл ющую входного сопротивлени , так как дл  интегрирующей цепи всегда эта составл юща  немного меньше накопительной емкости интегрирующей цепи. Кроме того, можно не учитывать внутреннее сопротивление источника входного напр жени , поскольку оно включено последовательно с большим сопротивлением цепи.The use of an integrating chain as a quadrupole allows us to disregard the capacitive component of the input resistance, since for an integrating chain this component is always slightly less than the storage capacity of the integrating circuit. In addition, the internal resistance of the input voltage source can be disregarded, since it is connected in series with a large circuit resistance.

Вли ние изменени  сопротивлени  нагрузки легко устран етс  путем подключени  к выходу цепи каскадов с высоким входным сопротивлением (например, на полевых транзисторах).The effect of a change in load resistance is easily eliminated by connecting to the output a circuit of cascades with high input resistance (for example, on field effect transistors).

Использование только генератора пр моугольных импульсов (питающего преобразовател ) дл  управлени  ключами, узлом сброса и фазочувствительным детектором позвол ет упростить работу устройства. Схема управлени  легко реализуетс  при использовании в качестве ключей и узла сброса серийно выпускаемых микросхем (например, К651КТЗ).Using only a square pulse generator (power converter) to control the keys, the reset unit, and the phase-sensitive detector allows for simpler operation of the device. The control circuit is easily implemented when using commercially available microcircuits (e.g., K651KTZ) as keys and a drop node.

Claims (2)

Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  толщины немагнитных покрытий на ферромагнитном основании, содержащее источник питани , электромагнитный преобразователь, блок обработки сигналов, последовательно соединенные источник опорного напр жени , ключ и четырехполюсник, компаратор и блок измерени  и индикации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности, оно снабжено фильтром нижних частот, выходом соединенным с входом электромагнитного преобразовател , фазочувствительным детектором, входом соединенным с выходом электромагнитного преобразовател , а выходом - с входом блока обработки сигналов, дополнительным ключом, входом соединенным с выходом блока обработки сигналов, а выходом - с входом компаратора, и последовательно соединенными генератором пилообразного напр жени , вход которого соединен с выходом компаратора, и амплитудным детектором , выход которого соединен с входом блока измерени  и индикации, а четырехполюсник выполнен в виде интегрирующей цепочки с узлом сброса, вход интегрирующей цепочки  вл етс  входом четырехполюсника , а ее выход  вл етс  выходом четырехполюсника и соединен с вторым входом компаратора, выход источника питани  соединен с входом фильтра нижних частот узла сброса ы вторыми входами фазочувствитель- ного детектора и ключей.Claim 1. Device for measuring the thickness of non-magnetic coatings on a ferromagnetic base, containing a power source, an electromagnetic transducer, a signal processing unit, a voltage source connected in series, a key and a quadrupole, a comparator and a measuring and indicating unit, characterized in that sensitivity, it is equipped with a low-pass filter, an output connected to the input of an electromagnetic converter, a phase-sensitive detector, an input connected to the output electromagnetic converter, and the output - with the input of the signal processing unit, an additional key, the input connected to the output of the signal processing unit, and the output - to the input of the comparator, and serially connected by a sawtooth generator, the input of which is connected to the comparator output, and an amplitude detector, output which is connected to the input of the measurement and indication unit, and the quadrupole is designed as an integrating chain with a reset node, the input of the integrating chain is the input of the quadrupole, and its the output is the output of a quadrupole and is connected to the second input of the comparator, the output of the power supply is connected to the input of the low-pass filter of the resetting unit by the second inputs of the phase-sensitive detector and switches. 2. Устройство по п. 1,отличающее- с   тем, что источник питани  выполнен в виде генератора пр моугольных импульсов.2. A device according to claim 1, characterized in that the power source is made in the form of a generator of rectangular pulses.