ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 132
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
. (20)
Угол αможно определить:
α = arctg
. (21)
Рассмотрим выполнение операций с комплексными числами на примере сложения э.д.с. двух катушек включенных последовательносогласно (рис. 19 а).Э.д.с. первой катушки е1 по амплитуде больше э.д.с. второй катушки е2 и отстает от нее по фазе на угол α=α1 – α2 (рис. 19 б).
а) б)
Рисунок 5.4 – сложение э.д.с. наведенных в двух катушках: электрическая схема (а), векторная диаграмма (б)
Комплекс суммарной э.д.с.:
. (21)
Из геометрических соотношений:
=
. (22)
Фазовый угол суммарной э.д.с.:
Α = arctg
. (23)
5.4 Годографы на комплексной плоскости
Изменение фазы или амплитуды выходного сигнала ВТП связанные с изменением параметров вихретокового контроля приводит к изменению положения вектора на комплексной плоскости. При этом траектория движения конца вектора может представлять собой кривую произвольной формы. Годограф – это траектория движения конца вектора (рис. 5.5). На рисунке изображено последовательное изменение положения вектора на комплексной плоскости от U до U’’’ и далее и описываемый его концом годограф.
Поскольку изменения различных параметров объекта контроля по разному влияют на различные параметры сигнала ВТП то анализ годографов позволяет отличить влияние мешающих параметров от влияния контролируемого параметра.
Рассмотрим анализ годографов на примере накладного ВТП размещенного над ферромагнитным объектом значительной толщины (ферромагнитным полупространством). При этом под годографом ВТП, согласно ГОСТ 24289 – 80, будем понимать геометрическое место концов вектора ЭДС или напряжения на комплексной плоскости, полученное в результате изменения частоты, удельной электрической проводимости, относительной магнитной проницаемости, размеров объекта контроля, других влияющих факторов или образованных из них обобщенных переменных величин.
Рисунок 5.5 – годограф вектора на комплексной плоскости
Г
одограф, характеризующий изменение вносимого напряжения для неферромагнитных материалов (µ=1), расположен в четвертом квадранте комплексной плоскости. Под вносимым напряжением будем понимать приращение напряжения на выводах измерительной обмотки ВТП, обусловленное внесением в его электромагнитное поле объекта контроля (ГОСТ 24289 – 80). Изменение обобщенного параметраβ, связанного с увеличением удельной электрической проводимости объекта контроля, показано стрелкой.
При изменении относительной магнитной проницаемости годографы стремятся в первый квадрант комплексной плоскости. На рисунке 5.6 показаны годографы для значений магнитной проницаемости µ=2, µ=5,µ→∞. Направление увеличения µпоказано стрелкой.
Раздельный контроль электропроводности и магнитной проницаемости материалов невозможен, если ориентироваться только на изменение амплитудного значения напряжения измерительной обмотки ВТП.
Т
Рисунок 5.6 – годографы вносимого напряжения накладного ВТП над ферромагнитным проводящим полупространством
ак если принять за исходный вектор напряжения a, то при увеличении удельной электрической проводимости (значение β изменяется с 1,25 до 2,5) существенно увеличивается амплитуда (длина вектора), а фаза изменяется незначительно (вектор остается в четвертом квадранте комплексной плоскости).
При увеличении магнитной проницаемости (значение µ изменяется с 1 до 2) также наблюдается существенное увеличение амплитуды (новое положение обозначено вектором с). Следовательно по приращению амплитуды нельзя судить чем вызвано изменение сигнала ВТП.
Однако изменение магнитной проницаемости приводит к резкому изменению фазы сигнала ВТП (вектор с расположен уже в первом квадранте комплексной плоскости). Таким образом, анализируя амплитуду и фазу сигнала (годографы ВТП) можно проводить раздельный контроль двух параметров объекта или отстроится от влияния мешающего параметра.
Современные дефектоскопы, на экраны которых выводится комплексная плоскость, обладают большими возможностями по отстройке от мешающих факторов по сравнению с дефектоскопами, снабженными стрелочными индикаторами, позволяющими оценивать только амплитудные значения сигналов ВТП.
Справедливости ради следует отметить, что при больших значениях магнитной проницаемости µ> 30 (для ферромагнитных материалов) годографы Uвн(σ) и Uвн(µ) сливаются и раздельный контроль этих параметров становится невозможным.
6.1. Устройство для передачи и приема сигналов
Для возбуждения вихревых токов в объекте контроля необходим источник переменного электромагнитного поля. В качестве такового используется катушка с протекающим по ее виткам переменным током. Такая катушка называется обмоткой возбуждения вихретокового преобразователя.
В приборе для формирования синусоидального переменного тока требуемой частоты находится генератор, к которому и подключена возбуждающая катушка. В современных универсальных приборах можно варьировать и частоту колебаний, и амплитудное значение напряжения на возбуждающей катушке.
Для регистрации изменений электромагнитного поля, связанных с изменениями условий контроля (изменения параметров объекта контроля или изменения условий окружающей среды) служит катушка, в которой электромагнитное поле наводит э.д.с. Такую катушку называют измерительной обмоткой вихретокового преобразователя.
Есть преобразователи, в которых одна катушка выполняет функции и возбуждающей и измерительной катушки, такие преобразователи называются параметрическими. Но большинство преобразователей имеют раздельно возбуждающие и измерительные катушки, и такие преобразователи называются трансформаторными.
Для регистрации, обработки и представления в удобной форме э.д.с. измерительной обмотки служит измерительная схема вихретокового прибора. Измерительная схема, как правило, включает усилитель, амплитудный и (или) фазовый детектор, устройства балансировки нуля, регулировки чувствительности, установки необходимого уровня порога автоматического срабатывания дефекта, измерительные приборы (индикаторы, экран) и другие необходимые элементы.
6.2 Представление данных
Данные о результатах контроля отображаются при помощи индикаторов. Индикаторы могут быть цифровыми или в виде стрелочных приборов. В современных приборах наибольшее распространение получили жидкокристаллические индикаторы (экраны).
При использовании стрелочных индикаторов об изменении параметров объекта контроля судят по величине отклонения стрелки. Использование только стрелочных индикаторов существенно ограничивает возможности метода, так как с их
помощью можно отследить, как правило, только изменение амплитуды сигнала.
Цифровые индикаторы не имеют механической части, а значит, более надежны. Информация об амплитуде или других параметрах сигнала представлена набором цифр.
Использование жидкокристаллических экранов позволяет представлять сигнал вихретокового преобразователя в виде временной развертки или развертки на комплексной плоскости.
Временная развертка позволяет проанализировать время прихода сигнала, его амплитуду, время нарастания (крутизну) переднего фронта, время затухания сигнала. На временной развертке удобно анализировать периодические сигналы.
Развертка на комплексной плоскости представляет сигнал в виде вектора. Основными информативными параметрами являются амплитуда и фаза сигнала.
При использовании жидкокристаллических мониторов появляется возможность вывода всего разнообразия информативных параметров на экрана вихретокового прибора.
а б в
Рисунок 6.1 – формы представления информации: с помощью стрелочных и цифровых индикаторов (а), в виде временной развертки (б), в виде развертки на комплексной плоскости (в)
6.3 Основные функции и настройки
Настройка вихретокового дефектоскопа выполняется в соответствии с руководством по эксплуатации, на стандартном образце с использованием меры дефекта, регламентируемой руководящим документом.
На первом этапе настройке выбираются частота, амплитуда возбуждающего сигнала, коэффициент усиления дефектоскопа, режим контроля, в некоторых приборах эти функции неизменны, а в других необходимо их выбирать с учетом возможностей прибора и параметров контролируемого объекта (марка стали, шероховатость поверхности и т.д.).
На втором этапе проводится установка нуля дефектоскопа, то есть точки равновесия автоколебательного контура, относительно которого дефектоскоп и оценивает изменения вихревых токов в объекте контроля, проводится на бездефектном участке стандартного образца. Для этого у дефектоскопа есть клавиша автоматической установки нуля (ВД3-71) или регулятор ручной установки нуля (ВД-12НФ, ВД-12НФМ), некоторые приборы устанавливают баланс автоматически (ВД-213), для этого их надо установить на бездефектную часть образца и выдержать паузу.
На третьем этапе проводится установка порога срабатывания дефектоскопа, она проводится при сканировании поверхности стандартного образца над искусственным дефектом. Перемещая преобразователь кнопками или регуляторами управления порогом добиваются устойчивого срабатывания индикаторов (некоторые дефектоскопы имеют функцию установки порога автоматически при проведении над искусственным дефектом, например, ВД-213.1)
Основным результатом настройки является выбор чувствительности и установление порога срабатывания индикации дефектов в автоматическом режиме работы, соответствующие условиям контроля данного объекта.
Смысл процедуры настройки заключается в установке максимально возможного порогового уровня и минимального усиления дефектоскопа, обеспечивающего устойчивое срабатывание индикаторов дефекта при получении сигнала от меры дефекта с заданными геометрическими параметрами (глубиной дефекта). В этом случае при контроле изделия индикация сработает при обнаружении дефекта глубиной равной или большей чем глубина искусственного дефекта на стандартном образце.
Регулировка усиления позволяет изменять амплитуду сигналов, получаемых на вихретоковом преобразователе (рис. 6.2). Регулировка порога позволяет выбрать значение амплитуды сигнала (пороговый уровень) при превышении которого произойдет срабатывание индикации дефекта.
Угол αможно определить:
α = arctg
. (21)Рассмотрим выполнение операций с комплексными числами на примере сложения э.д.с. двух катушек включенных последовательносогласно (рис. 19 а).Э.д.с. первой катушки е1 по амплитуде больше э.д.с. второй катушки е2 и отстает от нее по фазе на угол α=α1 – α2 (рис. 19 б).
а) б)
Рисунок 5.4 – сложение э.д.с. наведенных в двух катушках: электрическая схема (а), векторная диаграмма (б)
Комплекс суммарной э.д.с.:
. (21)Из геометрических соотношений:
= . (22)Фазовый угол суммарной э.д.с.:
Α = arctg
. (23)5.4 Годографы на комплексной плоскости
Изменение фазы или амплитуды выходного сигнала ВТП связанные с изменением параметров вихретокового контроля приводит к изменению положения вектора на комплексной плоскости. При этом траектория движения конца вектора может представлять собой кривую произвольной формы. Годограф – это траектория движения конца вектора (рис. 5.5). На рисунке изображено последовательное изменение положения вектора на комплексной плоскости от U до U’’’ и далее и описываемый его концом годограф.
Поскольку изменения различных параметров объекта контроля по разному влияют на различные параметры сигнала ВТП то анализ годографов позволяет отличить влияние мешающих параметров от влияния контролируемого параметра.
Рассмотрим анализ годографов на примере накладного ВТП размещенного над ферромагнитным объектом значительной толщины (ферромагнитным полупространством). При этом под годографом ВТП, согласно ГОСТ 24289 – 80, будем понимать геометрическое место концов вектора ЭДС или напряжения на комплексной плоскости, полученное в результате изменения частоты, удельной электрической проводимости, относительной магнитной проницаемости, размеров объекта контроля, других влияющих факторов или образованных из них обобщенных переменных величин.
Рисунок 5.5 – годограф вектора на комплексной плоскости
Г
одограф, характеризующий изменение вносимого напряжения для неферромагнитных материалов (µ=1), расположен в четвертом квадранте комплексной плоскости. Под вносимым напряжением будем понимать приращение напряжения на выводах измерительной обмотки ВТП, обусловленное внесением в его электромагнитное поле объекта контроля (ГОСТ 24289 – 80). Изменение обобщенного параметраβ, связанного с увеличением удельной электрической проводимости объекта контроля, показано стрелкой.При изменении относительной магнитной проницаемости годографы стремятся в первый квадрант комплексной плоскости. На рисунке 5.6 показаны годографы для значений магнитной проницаемости µ=2, µ=5,µ→∞. Направление увеличения µпоказано стрелкой.
Раздельный контроль электропроводности и магнитной проницаемости материалов невозможен, если ориентироваться только на изменение амплитудного значения напряжения измерительной обмотки ВТП.
Т
Рисунок 5.6 – годографы вносимого напряжения накладного ВТП над ферромагнитным проводящим полупространством
ак если принять за исходный вектор напряжения a, то при увеличении удельной электрической проводимости (значение β изменяется с 1,25 до 2,5) существенно увеличивается амплитуда (длина вектора), а фаза изменяется незначительно (вектор остается в четвертом квадранте комплексной плоскости).
При увеличении магнитной проницаемости (значение µ изменяется с 1 до 2) также наблюдается существенное увеличение амплитуды (новое положение обозначено вектором с). Следовательно по приращению амплитуды нельзя судить чем вызвано изменение сигнала ВТП.
Однако изменение магнитной проницаемости приводит к резкому изменению фазы сигнала ВТП (вектор с расположен уже в первом квадранте комплексной плоскости). Таким образом, анализируя амплитуду и фазу сигнала (годографы ВТП) можно проводить раздельный контроль двух параметров объекта или отстроится от влияния мешающего параметра.
Современные дефектоскопы, на экраны которых выводится комплексная плоскость, обладают большими возможностями по отстройке от мешающих факторов по сравнению с дефектоскопами, снабженными стрелочными индикаторами, позволяющими оценивать только амплитудные значения сигналов ВТП.
Справедливости ради следует отметить, что при больших значениях магнитной проницаемости µ> 30 (для ферромагнитных материалов) годографы Uвн(σ) и Uвн(µ) сливаются и раздельный контроль этих параметров становится невозможным.
-
Вихретоковые дефектоскопы
6.1. Устройство для передачи и приема сигналов
Для возбуждения вихревых токов в объекте контроля необходим источник переменного электромагнитного поля. В качестве такового используется катушка с протекающим по ее виткам переменным током. Такая катушка называется обмоткой возбуждения вихретокового преобразователя.
В приборе для формирования синусоидального переменного тока требуемой частоты находится генератор, к которому и подключена возбуждающая катушка. В современных универсальных приборах можно варьировать и частоту колебаний, и амплитудное значение напряжения на возбуждающей катушке.
Для регистрации изменений электромагнитного поля, связанных с изменениями условий контроля (изменения параметров объекта контроля или изменения условий окружающей среды) служит катушка, в которой электромагнитное поле наводит э.д.с. Такую катушку называют измерительной обмоткой вихретокового преобразователя.
Есть преобразователи, в которых одна катушка выполняет функции и возбуждающей и измерительной катушки, такие преобразователи называются параметрическими. Но большинство преобразователей имеют раздельно возбуждающие и измерительные катушки, и такие преобразователи называются трансформаторными.
Для регистрации, обработки и представления в удобной форме э.д.с. измерительной обмотки служит измерительная схема вихретокового прибора. Измерительная схема, как правило, включает усилитель, амплитудный и (или) фазовый детектор, устройства балансировки нуля, регулировки чувствительности, установки необходимого уровня порога автоматического срабатывания дефекта, измерительные приборы (индикаторы, экран) и другие необходимые элементы.
6.2 Представление данных
Данные о результатах контроля отображаются при помощи индикаторов. Индикаторы могут быть цифровыми или в виде стрелочных приборов. В современных приборах наибольшее распространение получили жидкокристаллические индикаторы (экраны).
При использовании стрелочных индикаторов об изменении параметров объекта контроля судят по величине отклонения стрелки. Использование только стрелочных индикаторов существенно ограничивает возможности метода, так как с их
помощью можно отследить, как правило, только изменение амплитуды сигнала.
Цифровые индикаторы не имеют механической части, а значит, более надежны. Информация об амплитуде или других параметрах сигнала представлена набором цифр.
Использование жидкокристаллических экранов позволяет представлять сигнал вихретокового преобразователя в виде временной развертки или развертки на комплексной плоскости.
Временная развертка позволяет проанализировать время прихода сигнала, его амплитуду, время нарастания (крутизну) переднего фронта, время затухания сигнала. На временной развертке удобно анализировать периодические сигналы.
Развертка на комплексной плоскости представляет сигнал в виде вектора. Основными информативными параметрами являются амплитуда и фаза сигнала.
При использовании жидкокристаллических мониторов появляется возможность вывода всего разнообразия информативных параметров на экрана вихретокового прибора.
а б в
Рисунок 6.1 – формы представления информации: с помощью стрелочных и цифровых индикаторов (а), в виде временной развертки (б), в виде развертки на комплексной плоскости (в)
6.3 Основные функции и настройки
Настройка вихретокового дефектоскопа выполняется в соответствии с руководством по эксплуатации, на стандартном образце с использованием меры дефекта, регламентируемой руководящим документом.
На первом этапе настройке выбираются частота, амплитуда возбуждающего сигнала, коэффициент усиления дефектоскопа, режим контроля, в некоторых приборах эти функции неизменны, а в других необходимо их выбирать с учетом возможностей прибора и параметров контролируемого объекта (марка стали, шероховатость поверхности и т.д.).
На втором этапе проводится установка нуля дефектоскопа, то есть точки равновесия автоколебательного контура, относительно которого дефектоскоп и оценивает изменения вихревых токов в объекте контроля, проводится на бездефектном участке стандартного образца. Для этого у дефектоскопа есть клавиша автоматической установки нуля (ВД3-71) или регулятор ручной установки нуля (ВД-12НФ, ВД-12НФМ), некоторые приборы устанавливают баланс автоматически (ВД-213), для этого их надо установить на бездефектную часть образца и выдержать паузу.
На третьем этапе проводится установка порога срабатывания дефектоскопа, она проводится при сканировании поверхности стандартного образца над искусственным дефектом. Перемещая преобразователь кнопками или регуляторами управления порогом добиваются устойчивого срабатывания индикаторов (некоторые дефектоскопы имеют функцию установки порога автоматически при проведении над искусственным дефектом, например, ВД-213.1)
Основным результатом настройки является выбор чувствительности и установление порога срабатывания индикации дефектов в автоматическом режиме работы, соответствующие условиям контроля данного объекта.
Смысл процедуры настройки заключается в установке максимально возможного порогового уровня и минимального усиления дефектоскопа, обеспечивающего устойчивое срабатывание индикаторов дефекта при получении сигнала от меры дефекта с заданными геометрическими параметрами (глубиной дефекта). В этом случае при контроле изделия индикация сработает при обнаружении дефекта глубиной равной или большей чем глубина искусственного дефекта на стандартном образце.
Регулировка усиления позволяет изменять амплитуду сигналов, получаемых на вихретоковом преобразователе (рис. 6.2). Регулировка порога позволяет выбрать значение амплитуды сигнала (пороговый уровень) при превышении которого произойдет срабатывание индикации дефекта.