Измерительная система для исследования дефектов неоднородности и посторонних включений в проводящих материалах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алтайский государственный университет

Измерительная система для исследования дефектов неоднородности и посторонних включений в проводящих материалах

Жданов Илья Александрович, студент

Маликов Владимир Николаевич, аспирант

Павлюк Татьяна Игоревна, студент

Эккердт Кирилл Юрьевич, студент

Аннотация

алюминиевый сплав дефектоскопия конструкционный

Вопросы дефектоскопии занимают важное место в современной прикладной физике и индустрии. Сплавы Al-Mg применяются в качестве конструкционных материалов в авиации и космонавтике благодаря удачному сочетанию прочности и легкости. Данные сплавы применяются во многих отраслях машиностроения, в частности, при производстве скоростных поездов Синкансэн (Япония). Сплавы Al-Mg применяют в электротехнической, в химической и пищевой промышленности. Алюминиевые сплавы обладают рядом ценных физико-механических свойств, выгодно отличающих их от сталей - основного материала для изготовления бурильных труб в нефтяной промышленности.

Введение

Вопросы дефектоскопии занимают важное место в современной прикладной физике и индустрии. Сплавы Al-Mg применяются в качестве конструкционных материалов в авиации и космонавтике благодаря удачному сочетанию прочности и легкости. Данные сплавы применяются во многих отраслях машиностроения, в частности, при производстве скоростных поездов Синкансэн (Япония). Сплавы Al-Mg применяют в электротехнической, в химической и пищевой промышленности. Алюминиевые сплавы обладают рядом ценных физико-механических свойств, выгодно отличающих их от сталей - основного материала для изготовления бурильных труб в нефтяной промышленности [1].

Распространённым способом повышения локальности контроля накладных преобразователей является использование сердечников конусообразной формы. [7]. Данная форма сердечников позволяет повысить точность измерений, благодаря чему становится возможным обнаруживать дефекты малых линейных размеров.

В связи с данным фактом, встала задача изобретения вихретокового преобразователя, способного осуществлять поиск неоднородностей на глубине, вплоть до 5 мм. Линейные размеры дефекта, при этом, должны начинаться со 100 мкм.

Помимо этого, крайне важной задачей является нахождение такой формы магнитопровода, которая позволяет находить дефекты и неоднородности всевозможных типов, а также разработать систему полосовых фильтров, способных отсекать возможные помехи.

Конструктивное исполнение датчика

В работе использовался ряд сердечников различной формы. На рис.1. приведены сердечники трапециевидной формы. На рис.2. приведены сердечники в виде заостренного конуса.

Рис. 1 Сердечник ВТП №1

Рис. 2 Сердечник ВТП №2

На основе используемых сердечников были сконструированы ряд вихретоковых преобразователей, имеющие возбуждающую, измерительную и компенсационную обмотки. Компенсационная обмотка подключена к измерительной обмотке и предназначена для вычитания сигнала возбуждающей обмотки из результирующего сигнала. Возбуждающая и измерительная обмотки содержит 200 витков. Для намотки витков используется медная проволока, имеющая толщину 5 мкм. Компенсационная обмотка содержит 160ч180 витков.

Диаметр измерительной обмотки для ВТП-1 составляет 0.15 мм. Возбуждающая обмотка имеет диаметр 0,3 мм. Размеры измерительной обмотки для ВТП-2 составляют0,03ч0,15мм. Возбуждающая обмотка имеет диаметр 0,3 мм. Обмотки размещаются на сердечнике, изготовленном из феррита 2000 НМ3 со значением начальной магнитной проницаемости 500.Схема вихретокового преобразователя представлена на рис.3.

Рис. 3 Схема вихретокового преобразователя

Вихретоковый преобразователь (рис. 3), представляет собой трансформатор, с измерительной 1, возбуждающей 2, компенсационной 3 обмотками и магнитопроводом 4, который размещается внутри цилиндрической платформы 5, с вырезанными по внешней стороне дорожками для обмоток, которая затем пропитывается компаундом 6 при температуре 200С^о, для предотвращения разрушения обмоток при наложении ферритового экрана 7, предназначенного для локализации электромагнитного поля на объекте контроля. Снаружи датчик заключается в корундовую шайбу 8, которая защищает сердечник 4 от контакта с объектом контроля.

Характеристики ВТП допускают локализацию магнитного поля вплоть до участков порядка 2500 мкм² и обеспечивают возможность нахождения дефектов, находящихся на значительной (до 5 мм) глубине. Данная возможность реализуется при работе на низких (от 500 Гц) частотах.

Разработка программного обеспечения(ПО) осуществлялась на языке С++ под операционные системы Windows.

Измерительная система, построенная на основе миниатюрного вихретокового преобразователя, работает следующим образом. Программное обеспечение персонального компьютера управляет работой генератора, который формирует последовательность прямоугольных импульсов напряжения с частотой следования f₁, необходимой для работы вихретоковых преобразователей. Импульсы напряжения с выхода генератора передаются на два последовательно включенных интегратора, использующихся для преобразования сигнала в синусоидальный. Далее сигнал поступает на вход усилителя мощности. С выхода усилителя импульсы напряжения поступают на возбуждающие катушки индуктивности вихретоковых преобразователей. Разность выходных напряжений измерительных катушек преобразователей несет информацию о структурных неоднородностях объекта контроля, находящихся в зоне действия вихретоковых преобразователей. Разность выходных напряжений преобразователей выделяется и усиливается в специальном микрофонном усилителе. Сигнал поступает на амплитудный детектор после прохождения двух последовательно подключенных фильтров низких частот. В качестве фильтров использовался двухкаскадный модифицированный фильтр Дельянна с многопетлевой обратной связью. Классическая схема фильтров была дополнена вторым каскадом селективного усиления, предназначенного для повышения амплитуды сигнала с частотой 740 Гц. Благодаря подключению второго каскада, система фильтрации отличается высокой стабильностью и низкой чувствительностью к небольшому разбросу параметров элементов схемы.

Рис. 4 Схема использованных полосовых фильтров

Элементы фильтра рассчитывались на частоту работы в диапазоне 300ч700 Гц. Далее сигнал через аналого-цифровой преобразователь передается на персональный компьютер (Рис. 4). Благодаря одновременному управлению частотой генерируемого сигнала на возбуждающей катушке и частотой среза системы фильтрации происходит выделение полезного сигнала, несущего информацию о распределении электропроводности внутри объекта, в частности, о возможных дефектах объекта. Программное управление позволяет изменять рабочую частоту измерительной системы.

Размещено на Allbest.ru