Lek_26-33_Cher

Взаимная индуктивность круговых контуров может быть вычислена с большой степенью точности по формуле:

Где К и Е — полные эллиптические интегралы

первого и второго рода с модулем k; R1 R2 — радиусы контуров; у — расстояние между плоскостями, в которых они расположены. Произведя расчет для различных расстояний середины дефекта от середины преобразователя z0, можно построить график, отображающий в некотором масштабе огибающую сигнала преобразователя при перемещении в осевом направлении цилиндра с дефектом.

Огибающие сигналов от дефектов и их спектральный состав для дифференциального преобразователя рассчитаны на ПК, причем расчеты проделаны для относительного вносимого напряжения

где Uo — модуль вектора напряжения измерительной катушки преобразователя без объекта контроля

D — диаметр измерительной катушки; Н — напряженность возбуждающего поля.

Подставляя (10) и (8) в (9) и учитывая также (3), получим

Результаты расчета для дефектов длиной в пять диаметров измерительной катушки (такой дефект можно считать бесконечно длинным) сопоставлялись с данными, полученными для цилиндра с бесконечно длинной узкой трещиной. Варьируя параметры дефекта (относительную длину l*=l/D, относительную глубину h*=h/2R) и параметры преобразователя (коэффициент заполнения η, базу b*=b/D), можно проследить, как меняется форма огибающей сигнала, и рассчитать ее спектральный состав.

Сигналы и их спектры для дифференциального преобразователя при трех значениях коэффициента заполнения (η =0,64; 0,36; 0,01) базы преобразователя (b* = 0,4; 0,8; 2,0) рассчитывались для дефектов различной длины (l* =0,11.-2,4) и глубины (h* = 0,025—0,2).

На рис. 2 приведены формы огибающей сигналов от дефектов различной длины при глубине h* = 0,05 (база b* = 0,8, коэффициент заполнения η = 0,64). Для длинных дефектов ((l*>1,8) форма и амплитуда сигнала при прохождение края дефекта под одной из измерительных

катушек мало отличаются от формы и амплитуды сигнала для дефекта длиной L положение

экстремумов сдвигается по оси , положительный и отрицательный импульсы воспринимаются, как отдельные сигналы от начала и конца дефекта. Из этого можно сделать вывод, что для данного преобразователя дефект длиной 1,8 уже можно считать бесконечно длинным (длина дефекта превышает длину зоны контроля преобразователя). В то же время нормированная амплитуда сигнала не достигает значения амплитуды абсолютного преобразователя, что объясняется влиянием второй измерительной катушки.

Рисунок 25. Форма огибающей сигналов от дефектов различной длины (zo—z/D)

Существенно, что при уменьшении длины дефекта от 1,8 до 0,22 при неизменной глубине (0,05) амплитуда сигнала уменьшается в два раза

Рисунок 26. Зависимость параметров импульса огибающей от дефекта для η =0,36:

а—амплитуда импульса огибающей; б — длительность импульса на уровне 0,5 от максимума где

υ— скорость перемещения контролируемого изделия)

Следовательно, для данного преобразователя зависимость максимального значения выходного напряжения от глубины дефекта однозначна лишь при l>1,8. Когда l<l,8, необходимо учитывать влияние длины на максимальное значение выходного напряжения преобразователя.

На рис. За приведены зависимости максимального значения сигналов преобразователя от длины дефектов при h*=0,05 для трех значений базы преобразователя. Как видно из рисунка, уменьшением базы преобразователя можно уменьшить протяженность зоны контроля, но при этом существенно снижается и чувствительность преобразователя. Так, при уменьшении базы от 2,0 до 0,4 протяженность зоны контроля сократилась примерно в два раза, но при этом уменьшилась и чувствительность преобразователя в 1,8 раза.

Изменение длины дефекта влияет и на форму сигнала преобразователя (см. рис. 2). Зависимость длительности импульса одной полярности (измеренной на уровне 0,5 от максимального значения) от длины дефекта при трех значениях базы преобразователя иллюстрируется рис. 3б.

В случае b*>0,4 при l*>0,2 существует ярко выраженная связь длительности импульса и длины дефекта. Это обстоятельство можно использовать для измерения длины дефекта, что в свою очередь позволяет повысить точность определения глубины коротких дефектов (длина которых меньше длины зоны контроля преобразователя).

Характерно, что при l*<0,2 длительность импульса не зависит от длины дефекта и определяется параметрами преобразователя. В этом случае уже невозможно разделить влияние длины и глубины дефекта по форме сигнала от него. Как видно из рис. 4, база преобразователя существенно влияет на форму и спектр сигнала преобразователя, что, очевидно, можно использовать для смещения спектра сигнала по оси частот в область, где помехи меньше. Этим достигается повышение отношения сигнал/помеха для наиболее коротких дефектов (l*<0,2).

На форму сигналов от дефектов влияет также и коэффициент заполнения. Так, при изменении коэффициента заполнения от η = 0,64 до η = 0,01 длительность импульса от короткого дефекта увеличивается в 2,5 раза. Влияние коэффициента заполнения на форму сигнала от дефекта возрастает по мере его приближения к η = 1, в области малых значений η (0,1 и менее) влиянием его изменений на форму импульса сигнала можно пренебречь.

Рисунок 27. Форма (а) и спектр (б) импульса огибающей, соответствующие дефекту длиной l*<0,2. Показана половина импульса сигнала (η=0,36; h*=0,05). A — нормированная по наибольшей спектральной составляющей амплитуды сигнала; Ω—круговая частота огибающей сигнала преобразователя

Рисунок 28. Расчетная форма импульса сигнала от дефекта и экспериментально полученные точки при разных значениях х2

В силу принятых допущений данный метод является приближенным, сравнение экспериментальных данные с результатами расчета показало их совпадение.

На цилиндрические образцы из латуни диаметром 2Rи = 28 мм наносили искусственные дефекты длиной l=10,5 и 21 мм (l* = 0,225 и 0,45) глубиной h =1,4 мм (h* = 0,05) и шириной Δ=5

мм. Дифференциальный проходной преобразователь и образец размещали на установке, позволяющей фиксировать относительные смещения образца и преобразователя с точностью не

хуже 0,5 мм. Средний диаметр измерительных обмоток D = 46,7 мм, поперечное сечение обмотки 2X2 мм, база преобразователя b = 93,4 мм (b*=2).

Возбуждающая обмотка преобразователя в виде длинного соленоида длиной 250 мм и диаметром 30 мм подключалась к генератору звуковой частоты типа ГЗ-33, а измерительные — к селективному микровольтметру В6-4. Путем последовательного смещения образцов относительно преобразователя были получены зависимости выходного напряжения преобразователя от положения и размеров дефекта.

На рис. 5 приведена расчетная форма сигнала от дефекта длиной l* = 0,45 при η = 0,36. Здесь же нанесены точки, полученные экспериментально при тех же значениях l* и η для трех значений обобщенного параметра х. Как видно из рисунка, длительность сигнала от дефекта, полученная экспериментально при значении обобщенного параметра x2 = 250, меньше расчетной примерно на 10%. Эта погрешность объясняется тем обстоятельством, что приближенный метод не учитывает растекания вихревых токов на краях дефекта. С уменьшением значения обобщенного параметра картина обтекания вихревыми токами дефекта становится размытой, что приводит к увеличению длительности сигнала от дефекта. Так, при х2 = 5 длительность сигнала, полученного экспериментально.

Тема 29.

Способы выделения информации в ВТ НК и структурные схемы ВТ приборов

Классификация способов выделения информации

Разделим влияющие факторы на контролируемые ( измеряемые) и мещающие.

Варианты контроля по отношению к мешающим факторам:

Влияние мешающего фактора не учитывается; увеличивается погрешность, снижается достоверность контроля.

Влияние мешающих факторов ослабляется или подавляется.

Для ослабления применяют :

-выбор типа конструкции и параметров ВТП;

-выбор оптимального режима контроля;

-обработка сигналов ВТП по специальным алгоритмам.

Обычно все эти способы комбинируются.

Параметры

	Контролируемые	Мешающие
1)	измеряются размеры T, L, зазоры	Изменение структурного состояния σ,μ,
		взаимного положения ВТП и ОК
2)	структуроскопия σ,μ	Изменения размера, взаимного
		положения ВТП и ОК
3)	дефектоскопия	Влияют все перечисленные факторы

Способы обработки сигналов ВТП и структурные схемы приборов на использовании амплитудно-фазовых соотношений сигналов

Метод основан на том, что сигнал имеет как минимум 2 составляющие – амплитуду и фазу. (трансформ.) индуктивность и активное сопротивление (параметрические)

1.Фазовый способ

Рассматриваем отдельный участок комплексной плоскости, где есть линии контролируемого и мешающего факторов.

Рм – мешающий параметр

Рк – контролируемый параметр

	.
K	Re U вн *
	σ

.

Im U вн *

Чтобы наилучшим образом с минимальной погрешностью провести контроль нужно чтобы при изменении мешающего фактора Рм аргумент менялся минимально, но существенно изменялся при изменении контролируемого параметра Рк.

				Проводим касательные к линиям
	K			изменения Рм, так, чтобы вдоль
				этих линий фаза была постоянной.
	Рм			Эти касательные пересекаются в
				некоторой области – это точка
	( pk )			компенсации.
		В		Рк
		α		Точкой компенсации К
				назовем точку, относительно
			PK min
	С	А		которой осуществляется отсчет
		PK ном		вносимых напряжений ВТП.

Нужно построить функцию PK max зависимости угла от

контролируемого параметра.

Модуль чувствительности к контролируемому параметру = Sк

tg (P )	BC		BC
k	KC		KA KC

BC S K PK sin

KA U вн (PK ном ), AC BC cos

AC KA

pk pk min pk ном ; ( PK , PМ )

	tg ( ( Pk ))	Sk Pk sin
		Uви(Pkном) Sk Pk cos
	tg ( ( Pk ))	Sk Pk sin
		Uви(Pkном)

Оптимальные условия применения фазового способа:

1.Линии Ůви(Рм) должны быть пучком лучей. Однако на практике это кривые, что приводит к появлению погрешности.

2.α должно стремиться к π/2. На практике α 200...400

Структурная схема прибора

УОусилитель (иногда – ограничитель)

ФИ – фазоизмереитель , Uфи const

К – компенсатор

ФВ – фозовращатель, служит для получения нужного знака U фи (+ или -)

Компенсатор создает напряжение с регулируемой амплитудой и фазой, которое суммируется с Uвн преобразователя, (сдвиг нуля отсчета в точку К).

Операции настройки

Выбор точки К – компенсации по min влияния Рм на фазу результирующего напряжения. Это осуществляется вращением ручек компенсатора и с помощью градуировочных образцов, реализующих изменение Рм (при Рк ном). На выходе ФИ нужно добиться постоянного напряжения.

При Рм = Рм ном.

Градуировка - Uфи ( Pk )

2. Амплитудный способ

Точка К располагается на пересечении нормалей к годографу.

Uвн(Рм)/Рк = cоnst в точках Рм max и Pм min

К

Рк

α

С В

α Р

А

Рм ном

Рм макс

α

В

С α

А

В итоге получили вектор компенсации, который нужно отнять от результата.

Sк – чувствительность контролируемого параметра Информационный параметр – амплитуда.

U (PK ) AC AB sin ,

AB SK PK ,(PK , PМ )

U (Pk) Sk Pk sin

Оптимальные условия применения

1.Линии Uвн(Рм)/Рк = const должны быть близки к дугам концентрических окружностей.

2.Точку К выбирать на пересечении нормалей к Uвн(Рм)/Рк = const в точках Рм max, Pм min.

Структурная схема

Рег. Ку

Г		ВТП		У		АД		И

К Ампл.

Фаза