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.
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 160÷180 витков.
Диаметр измерительной обмотки для ВТП-1 составляет 0.15 мм. Возбуждающая обмотка имеет диаметр 0,3 мм. Размеры измерительной обмотки для ВТП-2 составляют0,03÷0,15мм. 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.
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 200Со, 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.
Элементы фильтра рассчитывались на частоту работы в диапазоне 300÷700 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.