RU2710080C1 - Device for determining position of small-size metal inclusions in articles from composite materials - Google Patents
Device for determining position of small-size metal inclusions in articles from composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710080C1 RU2710080C1 RU2019108258A RU2019108258A RU2710080C1 RU 2710080 C1 RU2710080 C1 RU 2710080C1 RU 2019108258 A RU2019108258 A RU 2019108258A RU 2019108258 A RU2019108258 A RU 2019108258A RU 2710080 C1 RU2710080 C1 RU 2710080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- amplifier
- metal inclusions
- small
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
- G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения малоразмерных металлических включений (ММВ) размерами от 0,1 до 2 мм в изделиях из полимерных композитных материалов (ПКМ), а также в любых непроводящих материалах.The invention relates to non-destructive testing methods and can be used to detect small metallic inclusions (MMB) with sizes from 0.1 to 2 mm in products from polymer composite materials (PCM), as well as in any non-conductive materials.
Уровень техникиState of the art
Техническая целесообразность данного изобретения заключается в том, что оно отмечает координаты каждого малоразмерного металлического включения (если малоразмерное металлическое включение не расположены слишком близко одно к другому).The technical feasibility of this invention is that it marks the coordinates of each small metal inclusion (if the small metal inclusion is not too close to one another).
Известно устройство (патент №2593155, МПК В03С 1/00, 10.02.2016, Бюл. №4) согласно которому в текучих средах определяется содержание мелких частиц. Недостаток данного устройства заключается в том, что оно способно обнаруживать только магнитоактивные частицы.A device is known (patent No. 2593155, IPC
Известно также устройство (патент №2366982, МПК G01V 3/11, 27.05.2008, Бюл. №15), являющееся ближайшим аналогом настоящего изобретения, предназначенное для обнаружения металлических объектов в различных средах. Недостаток данного устройства в том, что оно фиксирует только наличие довольно крупных объектов (оружие, золотые украшения), а также точность положения объекта фиксируется лишь приблизительно. Это ближайший аналог.A device is also known (patent No. 2366982, IPC
На сегодняшний день имеется актуальная потребность в обнаружении малоразмерных металлических включений в изделиях из ПКМ, в разработке устройства диагностики технического состояния реальных сложных пространственных конструкций, которое может применяться на практике для широкого круга объектов из ПКМ.Today, there is an urgent need for the detection of small metallic inclusions in PCM products, in the development of a device for diagnosing the technical condition of real complex spatial structures, which can be applied in practice for a wide range of PCM objects.
Недостатком данного устройства является то, что оно фиксирует только наличие довольно крупных объектов - оружие, золотые украшения. Точность месторасположения фиксируется с большой погрешностью, недостаточной для процесса обнаружения малоразмерных металлических включений в ПКМ.The disadvantage of this device is that it captures only the presence of rather large objects - weapons, gold jewelry. The location accuracy is recorded with a large error, insufficient for the process of detecting small metal inclusions in PCM.
Погрешность прототипа составляет, ориентировочно, от 30 мм. Требуемая погрешность обнаружения малоразмерных металлических включений в ПКМ не должна превышать 5 мм.The prototype error is approximately 30 mm. The required detection error of small metal inclusions in the PCM should not exceed 5 mm.
Принципиально подход к снижению погрешности обнаружения определения местоположения малоразмерных металлических включениц в ПКМ стал возможен с развитием программных средств математического моделирования (см. например тезисы докладов совместной пользовательской конференции ANSYS и «ПЛМ Урал» - 2014), появления новых технологий в области электроники, управления и информатики (см. например XXVIII Международная научно-техническая конференция «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» - 2018).Fundamentally, an approach to reducing the error in detecting the location of small-sized metallic inclusions in PCM became possible with the development of mathematical modeling software (see, for example, abstracts of the joint user conference ANSYS and “PLM Ural” - 2014), the emergence of new technologies in the field of electronics, control, and informatics (see, for example, the XXVIII International Scientific and Technical Conference "Modern Technologies in the Problems of Control, Automation and Information Processing" - 2018).
Исследования показали, что данная задача может быть решена несколькими методами неразрушающего контроля (НК), например, рентгеновским, тепловым или ультразвуковым.Studies have shown that this problem can be solved by several non-destructive testing (ND) methods, for example, X-ray, thermal or ultrasound.
Однако это не приводило к желаемым результатам, что связано с рядом причин:However, this did not lead to the desired results, due to a number of reasons:
1. Современные системы радиационного контроля позволяют осуществлять обнаружение металлических элементов в реальном времени в материале изделия. Чувствительность контроля зависит от плотности материала и толщины просвечиваемого объекта, его формы и ориентации, режима и условий просвечивания, метода регистрации результатов контроля. Недостатки данного метода контроля - необходимость радиационной защиты человека, низкая мобильность, большая стоимость технических средств и т.п.1. Modern radiation monitoring systems allow the detection of metal elements in real time in the material of the product. The sensitivity of the control depends on the density of the material and the thickness of the translucent object, its shape and orientation, the mode and conditions of transmission, the method of recording control results. The disadvantages of this control method are the need for human radiation protection, low mobility, high cost of technical equipment, etc.
2. Перспективным методом НК и диагностики является быстро развивающийся тепловой НК, где информацию о параметрах объекта несет температура его поверхности, значения которой в основном определяются параметрами возбуждения теплового поля, изменением теплофизических, геометрических характеристик объекта контроля и дефекта и т.п. Недостатками данного метода контроля являются необходимость воздействия теплового излучения на изделие, что не всегда допустимо для изделий из ПКМ. Кроме того, тепловой контроль при всех его преимуществах имеет ограничения по обнаружению дефектов на большой глубине залегания.2. A promising method of NDT and diagnostics is a rapidly developing thermal NDT, where information about the parameters of the object is carried by the temperature of its surface, the values of which are mainly determined by the parameters of the excitation of the thermal field, changes in the thermophysical, geometric characteristics of the test object and defect, etc. The disadvantages of this control method are the need for exposure to thermal radiation on the product, which is not always acceptable for PCM products. In addition, thermal control, with all its advantages, has limitations on the detection of defects at a large depth.
3. Достаточно популярным методом НК является ультразвуковой НК. Однако он не всегда способен регистрировать малоразмерные дефекты в конструкциях из ПКМ. (см. например Кузнецов А.О. Обнаружение малоразмерных металлических включений в изделиях из композитных материалов вихретоковым методом. В кн.: ТестМат. Основные тенденции, направления и перспективы развития методов неразрушающего контроля в аэрокосмической отрасли: тез. докл. X всеросийской конф., Москва, 9 февраля 2018. С. 162-166.)3. A fairly popular NK method is ultrasonic NK. However, it is not always able to detect small defects in PCM structures. (see, for example, AO Kuznetsov. Detection of small-sized metal inclusions in products from composite materials by the eddy-current method. In the book: TestMat. Main trends, directions and prospects for the development of non-destructive testing methods in the aerospace industry: abstract. X All-Russian conf., Moscow, February 9, 2018.S. 162-166.)
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Изобретение направлено на снижение погрешности обнаружения малоразмерных металлических включений в ПКМ в реальных условиях производства и эксплуатации.The invention is aimed at reducing the detection error of small-sized metal inclusions in PCM in real conditions of production and operation.
То есть в конечном итоге изобретение направлено на повышение безопасности эксплуатации сложных потенциально опасных конструкций.That is, ultimately, the invention is aimed at improving the safety of operation of complex potentially hazardous structures.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленной группы, заключается в повышении достоверности обнаружения малоразмерных металлических включений посредством введения нескольких измерительных катушек индуктивности в состав индукционного преобразователя и, как следствие, отказа от резонансных контуров используемых в прототипе, поскольку система индукционного преобразователя включающая в себя использование резонансных контуров не способна обеспечить требуемую точность обнаружения малоразмерных металлических включений.The technical result achieved when using the claimed group is to increase the reliability of detection of small metallic inclusions by introducing several measuring inductors in the induction transducer and, as a result, rejecting the resonant circuits used in the prototype, since the induction converter system includes the use of resonant circuits unable to provide the required accuracy of detection of small metal opinions.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство для определения положения малоразмерных металлических включений в изделиях из композитных материалов, включающее первый - четвертый усилители; первый - второй синхронные детекторы; двухканальный аналого-цифровой преобразователь; блок обработки, индикатор и индукционный преобразователь; где вход первого усилителя соединен с индукционным преобразователем, а его выход - с первыми входами первого и второго синхронных детекторов; выход первого синхронного детектора соединен с входом второго усилителя; выход второго синхронного детектора соединен с входом третьего усилителя; выходы второго и третьего усилителей соединены с входами двухканального аналого-цифрового преобразователя; а его выход - со входом блока обработки; первый выход блока обработки соединен со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов, второй его выход соединен с входом четвертого усилителя, а третий его выход - с входом индикатора; выход четвертого усилителя соединен с входом индукционного преобразователя; введен подключенный между индукционным преобразователем и первым усилителем коммутатор, при этом индукционный преобразователь включает возбуждающую катушку индуктивности, радиус которой Rв выбран с учетом максимальной толщины изделия из композитного материала из условия где Ток - максимальная толщина исследуемого объекта, и измерительные катушки индуктивности, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора и которые концентрично расположены внутри возбуждающей катушки индуктивности; количество измерительных катушек индукционного преобразователя и их радиусы определены, исходя из предполагаемой глубины залегания и размеров металлических включений и необходимой погрешности определения местоположения малоразмерных металлических включений, а вход индукционного преобразователя является входом возбуждающей катушки индуктивности.The technical result is achieved due to the fact that the device for determining the position of small metal inclusions in products made of composite materials, including the first to fourth amplifiers; first - second synchronous detectors; two-channel analog-to-digital converter; processing unit, indicator and induction converter; where the input of the first amplifier is connected to the induction converter, and its output is connected to the first inputs of the first and second synchronous detectors; the output of the first synchronous detector is connected to the input of the second amplifier; the output of the second synchronous detector is connected to the input of the third amplifier; the outputs of the second and third amplifiers are connected to the inputs of a two-channel analog-to-digital converter; and its output is with the input of the processing unit; the first output of the processing unit is connected to the second inputs of the first and second synchronous detectors, its second output is connected to the input of the fourth amplifier, and its third output is connected to the indicator input; the output of the fourth amplifier is connected to the input of the induction converter; a commutator connected between the induction converter and the first amplifier is introduced, while the induction converter includes an exciting inductor whose radius R is selected taking into account the maximum thickness of the composite product from the condition where T ok - the maximum thickness of the investigated object, and measuring inductors, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the switch and which are concentrically located inside the exciting inductor; the number of measuring coils of the induction converter and their radii are determined based on the estimated depth and size of the metal inclusions and the necessary error in determining the location of small metal inclusions, and the input of the induction converter is the input of the exciting inductor.
Технический результат усиливается за счет того, что блок обработки включает микропроцессор и связанный с его выходом генератор гармонических колебаний при этом частота ω генератора гармонических колебаний выбрана из условия где - минимальное возможное значение удельной электропроводимости малоразмерных металлических включений в контролируемом композитном материале, а μ0 - магнитная постоянная вакуума.The technical result is enhanced due to the fact that the processing unit includes a microprocessor and a harmonic oscillation generator associated with its output, while the frequency ω of the harmonic oscillator is selected from the condition Where - the minimum possible value of electrical conductivity of small-sized metal inclusions in a controlled composite material, and μ 0 is the magnetic constant of vacuum.
Краткое описание фигур чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:The invention and the possibility of achieving a technical result will be more clear from the following description with reference to the position of the drawings, where:
фиг. 1 изображена блок-схема устройства;FIG. 1 shows a block diagram of a device;
фиг. 2 изображена зона контроля катушки;FIG. 2 shows a coil control zone;
фиг. 3 изображен образец ПКМ;FIG. 3 shows a sample of RMB;
фиг. 4 изображены малоразмерные металлические включения;FIG. 4 shows small metal inclusions;
фиг. 5 изображено устройство;FIG. 5 shows a device;
фиг. 6 изображен график результатов эксперимента;FIG. 6 is a graph of experimental results;
фиг. 7 изображен график величины погрешности определения местоположения и размера металлических включений.FIG. 7 is a graph of the error in determining the location and size of metal inclusions.
фиг. 8 изображена схема эксперимента;FIG. 8 shows a diagram of an experiment;
фиг. 9 изображено фото эксперимента;FIG. 9 shows a photo of an experiment;
фиг. 10 изображены результаты эксперимента.FIG. 10 shows the results of the experiment.
На приведенных фигурах приняты следующие обозначения:In the above figures, the following notation:
1 - первый усилитель;1 - the first amplifier;
2 - первый синхронный детектор;2 - the first synchronous detector;
3 - второй синхронный детектор;3 - second synchronous detector;
4 - второй усилитель;4 - second amplifier;
5 - третий усилитель;5 - the third amplifier;
6 - двухканальный аналого-цифровой преобразователь;6 - two-channel analog-to-digital converter;
7 - блок обработки сигналов на базе микропроцессора, включающий в себя генератор гармонических колебаний частоты ω;7 - a signal processing unit based on a microprocessor, including a generator of harmonic oscillations of frequency ω;
8 - индикатор;8 - indicator;
9 - четвертый усилитель;9 - the fourth amplifier;
10 - коммутатор;10 - switch;
11 - индукционный преобразователь;11 - induction converter;
11.1 - возбуждающая катушка индуктивности индукционного преобразователя;11.1 - exciting inductor of an induction converter;
11.2 - первая измерительная катушка индуктивности индукционного преобразователя;11.2 - the first measuring inductor of the induction transducer;
11.3 - вторая измерительная катушка индуктивности индукционного преобразователя;11.3 - second measuring inductor of the induction transducer;
11.4 - третья измерительная катушка индуктивности индукционного преобразователя;11.4 - third measuring inductor of the induction transducer;
N - «N-ая» измерительная катушка индуктивности индукционного преобразователя;N - "N-th" measuring inductor of an induction transducer;
12 - объект контроля - изделие из композитных материалов (с малоразмерными металлическими включениями);12 - object of control - a product from composite materials (with small metal inclusions);
13 - генерируемое электромагнитное излучение;13 - generated electromagnetic radiation;
14 - принимаемое электромагнитное излучение;14 - received electromagnetic radiation;
15 - образец из ПКМ с искусственно внедренными малоразмерными металлическими включениями;15 - PCM sample with artificially introduced small-sized metal inclusions;
16 - малоразмерное металлическое включение размером 0,1 мм;16 - small metal inclusion with a size of 0.1 mm;
17 - малоразмерное металлическое включение размером 0,3 мм;17 - small metal inclusion size of 0.3 mm;
18 - малоразмерное металлическое включение размером 0,5 мм;18 - small metal inclusion size of 0.5 mm;
19 - малоразмерное металлическое включение размером 0,8 мм;19 - small metal inclusion size 0.8 mm;
20 - малоразмерное металлическое включение размером 1 мм;20 - small metal inclusion with a size of 1 mm;
21 - малоразмерное металлическое включение размером 1,3 мм;21 - small metal inclusion size of 1.3 mm;
22 - малоразмерное металлическое включение размером 1,5 мм;22 - small metal inclusion with a size of 1.5 mm;
23 - малоразмерное металлическое включение размером 2 мм;23 - small metal inclusion with a size of 2 mm;
24 - индукционный преобразователь;24 - induction converter;
25 - прибор;25 - device;
R - радиус возбуждающей катушки (в прототипе);R is the radius of the exciting coil (in the prototype);
Zк - зона контроля;Z to - control zone;
RВ - радиус возбуждающей катушки индуктивности индукционного преобразователя;R In - the radius of the exciting inductor of the induction Converter;
R11.2 - радиус первой измерительной катушки индуктивности индукционного преобразователя;R 11.2 is the radius of the first measuring inductor of the induction transducer;
R11.3 - радиус второй измерительной катушки индуктивности индукционного преобразователя;R 11.3 is the radius of the second measuring inductor of the induction transducer;
R11.4 - радиус третьей измерительной катушки индуктивности индукционного преобразователя;R 11.4 is the radius of the third measuring inductor of the induction transducer;
Zк4 - зона контроля третьего приемного резонансного контура индукционного преобразователя;Z k4 - control zone of the third receiving resonant circuit of the induction converter;
Ток - толщина объекта контроля;T ok - the thickness of the object of control;
h1 - расстоянии от поверхности измерения равное 3 мм;h 1 - distance from the measurement surface equal to 3 mm;
h2 - расстоянии от поверхности измерения равное 12 мм;h 2 - distance from the measurement surface equal to 12 mm;
h3 - расстоянии от поверхности измерения равное 20 мм;h 3 - distance from the measurement surface equal to 20 mm;
h4 - расстоянии от поверхности измерения равное 27 мм;h 4 - distance from the measurement surface equal to 27 mm;
δ - погрешность измерения;δ is the measurement error;
ПКМ - полимерный композитный материал;PKM - polymer composite material;
АЦП - аналого-цифровой преобразователь.ADC - analog-to-digital converter.
Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred Embodiment
Все используемые электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами. Выходы индукционного преобразователя 11 последовательно соединены с стандартными элементами: коммутатором 10 (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т. 1), усилителем 1, в качестве которых применены усилители переменного тока (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т. 1, стр. 185) выход которого соединен с синхронными детекторами 2, 3 (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т. 1, стр. 237), выходы которых соединены соответственно с усилителями 4, 5 (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т. 1, стр. 185) и входами двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, в качестве которого применен АЦП фирмы ANALOG DEVICES (описание AD 974). Выход АЦП 6 соединены с входами блока обработка на базе микропроцессора 7, в качестве которого применен микропроцессор ряда At mega 16* фирмы Atmel имеющий в своем составе генератор гармонических колебаний (см. описание Internet), выходы которого соединены с индикатором 8. Индикатором могут служить жидкокристаллические индикаторы DATA VISION (см. ПЛАТАН Электронные компоненты 1999 г., стр. 20) либо другое средство для вывода информации. Выходы блока обработки 7 соответственно соединены с опорными входами синхронных детекторов 2, 3 и входом усилителя мощности 9 (см. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 1993 г., т. 1, стр. 253), выход которого соединен с входом индукционного преобразователя 11.All electronic components used are built on the basis of standard microprocessor circuits and microprocessor assemblies with reprogrammable memory devices. The outputs of the
Устройство для определения положения малоразмерных металлических включений в изделиях из композитных материалов включает первый - четвертый усилители 1, 4, 5, 9; первый - второй синхронные детекторы 2, 3; двухканальный аналого-цифровой преобразователь 6; блок обработки 7, индикатор 8 и индукционный преобразователь 11.A device for determining the position of small metal inclusions in products made of composite materials includes the first and
Вход первого усилителя 1 соединен с индукционным преобразователем 11, а его выход - с первыми входами первого и второго синхронных детекторов 2, 3. Выход первого синхронного детектора 2 соединен с входом второго усилителя 4. Выход второго синхронного детектора 3 соединен с в ходом третьего усилителя 5. Выходы второго и третьего усилителей 4, 5 соединены с входами двухканального аналого-цифрового преобразователя 6; а его выход - со входом блока обработки 7. Первый выход блока обработки 7 соединен со вторыми входами первого и второго синхронных детекторов 2, 3. Второй его выход соединен с входом четвертого усилителя 9, а третий его выход - с входом индикатора 8.The input of the
Выход четвертого усилителя 9 соединен с входом индукционного преобразователя 11. Между индукционным преобразователем 11 и первым усилителем 1 подключен коммутатор 10.The output of the
Индукционный преобразователь 11 включает возбуждающую катушку индуктивности 11.1, радиус которой Rв выбран с учетом максимальной толщины изделия из композитного материала из условия где Ток - максимальная толщина исследуемого объекта, и измерительные катушки индуктивности 11.2-11.4,, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора 10 и которые концентрично расположены внутри возбуждающей катушки индуктивности 11.1. Количество измерительных катушек индукционного преобразователя и их радиусы определены, исходя из предполагаемой глубины залегания и размеров металлических включений и необходимой погрешности определения местоположения малоразмерных металлических включений. Вход индукционного преобразователя 11 является входом возбуждающей катушки индуктивности 11.1. Блок обработки 7 включает микропроцессор и связанный с его выходом генератор гармонических колебаний при этом частота ω генератора гармонических колебаний выбрана из условия где - минимальное возможное значение удельной электропроводимости малоразмерных металлических включений в контролируемом композитном материале, а μ0 - магнитная постоянная вакуума.The
Над поверхностью объекта контроля 12 расположена возбуждающая катушка 11.1, подключенная к выходу усилителя 9, вход которого подключен к выходу блока обработки 7, формирующего прямоугольный импульсы гармонических колебаний, с измерительных катушек 11.2, 11.3, 11.4 разных радиусов R11.2>R11.3>R11.4 сигналы поступают на вход коммутатора 10, через усилитель 1 поступают на входы синхронных детекторов 2, 3, выходы которых соединен с усилителями 4, 5, выходы которых соединены с входами двухканального АЦП 6, выход которого соединены с входами блока обработки 7. Если сигнал от обнаруженного включения фиксируется всеми измерительными катушками 11.2, 11.3, 11.4 это означает, что малоразмерное металлическое включение расположено в ближней зоне (Zк11.4) (сверху) и ее координаты определяются сигналом с катушки 11.4 (как более точным). Если сигналы поступают с катушек 11.2, 11.3, то включение расположено в средней зоне (дальше, чем зона контроля Zк11.4) и координаты соответствуют сигналу катушки 11.3 и т.д. Количество зон (т.е. число катушек) определяется толщиной проверяемого объекта из композита и технологическими требованиями.Above the surface of the object of
Технический эффект, получаемый при решении данной задачи и заключающийся в определении положения малоразмерного металлического включения в исследуемом ПКМ, достигается тем, что в известном устройстве, содержащем микропроцессор, включающий в себя генератор гармонических колебаний, возбуждающую и измерительную катушки, блок обработки сигналов измерительной катушки, индикатор, где выход генератора гармонических колебаний присоединен к возбуждающей катушке, измерительная катушка присоединена к блоку обработки сигналов, к выходу которого присоединен индикатор, при этом радиус Rв возбуждающей катушки выбирают из условия (Ток - толщина исследуемого объекта), частоту генератора гармонических колебаний выбирают из условия где - минимальное значение удельной электропроводимости металлических частиц металлов, которые могут иметь место при производстве исследуемого композита (для определенности можно принять ). Выбор частоты из вышеприведенного условия уменьшает погрешность влияния удельной электропроводимости металлических частиц на сигналы измерительных катушек (см. Герасимов В.Г., Покровский А.Д., Сухоруков В.В. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 3. Электромагнитный контроль: Практ. пособие; под ред. В.В. Сухорукова. - М.: Высш. шк., 1992. - 312 с.: ил.). Зона чувствительности катушки индуктивности (т.е. пространство, в котором существует ее магнитное поле) представляет собой яйцеобразное тело вращения, осевой разрез половины которого представлен на Фиг. 2. Размер зоны контроля Zк, т.е. величина расстояния от катушки до поверхности объекта контроля - зависит от радиуса катушки Zк ≈ 4÷5R. Устройство снабжено несколькими измерительными катушками разного радиуса, сигналы которых зависят от наличия и положения металлических частиц и через схемы обработки поступают на индикаторный блок.The technical effect obtained in solving this problem, which consists in determining the position of a small metal inclusion in the PCM under study, is achieved by the fact that in a known device containing a microprocessor, including a harmonic oscillation generator, exciting and measuring coils, a signal processing unit of the measuring coil, an indicator where the output of the harmonic oscillator is connected to the exciting coil, the measuring coil is connected to the signal processing unit, to the output of which th indicator is attached, the radius R in the exciting coil is selected from the condition (T ok - the thickness of the investigated object), the frequency of the harmonic oscillation generator is selected from the condition Where - the minimum value of the electrical conductivity of metal particles of metals that may occur in the production of the studied composite (for definiteness, you can take ) The choice of frequency from the above condition reduces the error of the influence of the electrical conductivity of metal particles on the signals of the measuring coils (see Gerasimov V.G., Pokrovsky A.D., Sukhorukov V.V. Nondestructive testing. In 5 book,
Экспериментальные исследования проводились на образцах из ПКМ (фиг. 3) с искусственными металлическими включениями разных размеров (фиг. 4), расположенных на различной глубине залегания относительно поверхности контроля. Фотография экспериментальной установки приведена на фиг. 5.Experimental studies were carried out on PCM samples (Fig. 3) with artificial metal inclusions of different sizes (Fig. 4) located at different depths relative to the control surface. A photograph of the experimental setup is shown in FIG. 5.
В качестве результатов эксперимента на фиг. 6 приведена зависимость показаний прибора от размеров металлического включения в ПКМ.As the results of the experiment in FIG. Figure 6 shows the dependence of the readings on the dimensions of the metal inclusion in the PCM.
Из фиг. 6 видно, что предлагаемое устройство позволяет обнаруживать малоразмерные включения размером до 2 мм, что в несколько раз меньше, чем устройство, принятое в качестве прототипа.From FIG. Figure 6 shows that the proposed device can detect small inclusions up to 2 mm in size, which is several times smaller than the device adopted as a prototype.
На фиг 7 приведены результаты различных экспериментов по определению местоположения и размеров металлических включений в ПКМ, смоделированные в программой среде ANSYS Maxwell. В качестве результатов экспериментов приведены зависимости величины погрешности Δ=kZ (где Z - максимальная глубина сканирования ()), k - коэффициент пропорциональности, определяемый по формуле где N - количество измерительных катушек) исходя из предполагаемой глубины залегания и размеров металлических включений.Fig. 7 shows the results of various experiments to determine the location and size of metal inclusions in the PCM, modeled in the ANSYS Maxwell software environment. The dependences of the error Δ = kZ (where Z is the maximum scanning depth ( )), k is the proportionality coefficient determined by the formula where N is the number of measuring coils) based on the estimated depth and size of metal inclusions.
Для подтверждения работоспособности предлагаемого устройства и его показателей назначения с точки зрения снижения погрешности определения координат выявляемых включений проведены экспериментальные исследования на реальном материале.To confirm the operability of the proposed device and its destination indicators from the point of view of reducing the error in determining the coordinates of detected inclusions, experimental studies were conducted on real material.
В качестве объекта исследования использовался полимерный композитный материал (пластина толщиной 30 мм) в котором на заранее определенной глубине были расположены четыре металлические включения - металлические шарики (сталь 20) диаметром 0,5 мм на различном расстоянии от поверхности измерения: 3 мм, 12 мм, 20 мм, 27 мм.As the object of study, we used a polymer composite material (a plate 30 mm thick) in which four metal inclusions were located at a predetermined depth - metal balls (steel 20) with a diameter of 0.5 mm at different distances from the measurement surface: 3 mm, 12 mm, 20 mm, 27 mm.
На фиг. 8 приведена схема эксперимента.In FIG. 8 shows the experimental design.
На фиг 9 приведена фотография процесса эксперимента.Fig. 9 is a photograph of an experiment process.
В соответствии с формулой предлагаемой заявки на изобретение определен радиус возбуждающей катушки исходя из параметров контролируемого материала по формуле:In accordance with the formula of the proposed application for the invention, the radius of the exciting coil is determined based on the parameters of the controlled material according to the formula:
В соответствии с формулой заявки определены:In accordance with the application formula defined:
- частота генератора гармонических колебаний по формуле- frequency of the harmonic oscillator according to the formula
- количество измерительных катушек индуктивности исходя из предполагаемой глубины залегания и размеров металлических включений и погрешности определения местоположения малоразмерных металлических включений: N=4,- the number of measuring inductors based on the estimated depth and size of metal inclusions and the error in determining the location of small metal inclusions: N = 4,
- радиусы измерительных катушек индуктивности:- the radii of the measuring inductance coils:
R11.2 = 12 мм - радиус первой измерительной катушки индуктивности индукционного преобразователя;R 11.2 = 12 mm is the radius of the first measuring inductor of the induction transducer;
R11.3 = 9,5 мм - радиус второй измерительной катушки индуктивности индукционного преобразователя;R 11.3 = 9.5 mm is the radius of the second measuring inductor of the induction transducer;
R11.4 = 7 мм - радиус третьей измерительной катушки индуктивности индукционного преобразователя;R 11.4 = 7 mm is the radius of the third measuring inductor of the induction transducer;
R11.5 = 3,5 мм - радиус четвертой измерительной катушки индуктивности индукционного преобразователя.R 11.5 = 3.5 mm is the radius of the fourth measuring inductor of the induction converter.
На основании полученных результатов изготовлен индукционный преобразователь.Based on the results obtained, an induction converter is manufactured.
Экспериментальные исследования проводились в соответствии с фиг. 8 и фиг. 9.Experimental studies were carried out in accordance with FIG. 8 and FIG. 9.
Цель экспериментальных исследований - определить погрешность измерения глубины залегания металлических включений заявляемым устройством и устройством, принятым в качестве прототипа.The purpose of the experimental research is to determine the error in measuring the depth of metal inclusions of the claimed device and the device adopted as a prototype.
Результаты экспериментальных исследований приведены на фиг. 10.The results of experimental studies are shown in FIG. 10.
Из результатов эксперимента видно, что погрешность определения глубины залегания малоразмерных металлических включений заявляемым устройством составила не более 10% и неизменна для всех включений (металлических шариков). Используя устройство, принятое в качестве прототипа, погрешность определения глубины залегания ориентировочно в 1,5-2 2 раза больше и составляет до 20%..From the results of the experiment it can be seen that the error in determining the occurrence depth of small-sized metal inclusions by the claimed device was no more than 10% and unchanged for all inclusions (metal balls). Using the device adopted as a prototype, the error in determining the depth is approximately 1.5-2 2 times more and amounts to 20% ..
Изобретение имеет следующие преимущества:The invention has the following advantages:
- обнаруживать малоразмерные металлические включения размерами от 0,1 до 2 мм в изделиях из ПКМ с погрешностью обнаружения менее 10%;- detect small metal inclusions with sizes from 0.1 to 2 mm in PCM products with a detection error of less than 10%;
- повышает качество конструкций из ПКМ за счет своевременного и достоверного обнаружения местоположения металлических включений, что позволяет осуществлять их своевременный ремонт.- improves the quality of PCM structures due to the timely and reliable detection of the location of metal inclusions, which allows for their timely repair.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108258A RU2710080C1 (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Device for determining position of small-size metal inclusions in articles from composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019108258A RU2710080C1 (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Device for determining position of small-size metal inclusions in articles from composite materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2710080C1 true RU2710080C1 (en) | 2019-12-24 |
Family
ID=69022858
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019108258A RU2710080C1 (en) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | Device for determining position of small-size metal inclusions in articles from composite materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2710080C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2766423C1 (en) * | 2021-02-18 | 2022-03-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Apparatus for recording the position and sizes of small-sized metal inclusions in articles made of non-conductive materials |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1173295A1 (en) * | 1983-05-11 | 1985-08-15 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.300-Летия Воссоединения Украины С Россией | Method of eddy-current control of volume non-uniformity of articles made from weakly conducting material |
SU1522085A1 (en) * | 1987-09-23 | 1989-11-15 | Куйбышевский Авиационный Институт Им.Акад С.П.Королева | Vortex device for measuring dimensions and concentration of metal particles in liquid |
DE68914537D1 (en) * | 1988-07-26 | 1994-05-19 | Yamato Scale Co Ltd | Foreign matter detector. |
JPH0781989B2 (en) * | 1986-03-18 | 1995-09-06 | ティーディーケイ株式会社 | Magnetic detection device |
RU2366982C2 (en) * | 2006-11-20 | 2009-09-10 | Институт нефтегазовой геологии и геофизики им.А.А.Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН) | Metal detector |
JP2017072456A (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-13 | 愛知製鋼株式会社 | Minute magnetic material detection sensor and foreign matter detection device |
-
2019
- 2019-03-22 RU RU2019108258A patent/RU2710080C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1173295A1 (en) * | 1983-05-11 | 1985-08-15 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.300-Летия Воссоединения Украины С Россией | Method of eddy-current control of volume non-uniformity of articles made from weakly conducting material |
JPH0781989B2 (en) * | 1986-03-18 | 1995-09-06 | ティーディーケイ株式会社 | Magnetic detection device |
SU1522085A1 (en) * | 1987-09-23 | 1989-11-15 | Куйбышевский Авиационный Институт Им.Акад С.П.Королева | Vortex device for measuring dimensions and concentration of metal particles in liquid |
DE68914537D1 (en) * | 1988-07-26 | 1994-05-19 | Yamato Scale Co Ltd | Foreign matter detector. |
RU2366982C2 (en) * | 2006-11-20 | 2009-09-10 | Институт нефтегазовой геологии и геофизики им.А.А.Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН) | Metal detector |
JP2017072456A (en) * | 2015-10-06 | 2017-04-13 | 愛知製鋼株式会社 | Minute magnetic material detection sensor and foreign matter detection device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2766423C1 (en) * | 2021-02-18 | 2022-03-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Apparatus for recording the position and sizes of small-sized metal inclusions in articles made of non-conductive materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kosmas et al. | Non-destructive evaluation of magnetic metallic materials using Hall sensors | |
Polyakov et al. | Non-destructive testing of aluminum alloys by using miniature eddy-current flaw transducers | |
Deng et al. | A permeability-measuring magnetic flux leakage method for inner surface crack in thick-walled steel pipe | |
EP3376216B1 (en) | Method for eddy-current testing of electrically conductive objects and device for realizing said method | |
WO2017158898A1 (en) | Inspection device, inspection method and non-contact sensor | |
CN104792875A (en) | Double coil-based flexible electromagnetic ultrasonic testing system and testing method | |
Kasai et al. | Eddy current convergence probes with self-differential and self-nulling characteristics for detecting cracks in conductive materials | |
Pavlyuchenko et al. | Imaging electric signals of a magnetic field transducer with hysteretic interference for testing metals in pulsed magnetic fields | |
RU2710080C1 (en) | Device for determining position of small-size metal inclusions in articles from composite materials | |
Zhang et al. | Local defect detection of ferromagnetic metal casing based on pulsed eddy current testing | |
Pavlyuchenko et al. | Testing for defects in pulsed magnetic field transmitted through metal | |
Nagy et al. | Electromagnetic nondestructive evaluation | |
Ye et al. | Magnetoresistive sensor with magnetic balance measurement for inspection of defects under magnetically permeable fasteners | |
Otterbach et al. | Comparison of defect detection limits in Lorentz force eddy current testing and classical eddy current testing | |
Mehaddene et al. | Eddy Currents Non Destructive Testing and Evaluation of Ferromagnetic Medium | |
Kondej et al. | The amplitude-frequency measurement in non-destructive testing using the eddy current method | |
Ishkov et al. | Subminiature Eddy current transducer for inspection of welded joints obtained by friction stir welding | |
Nakamoto et al. | Reliability evaluation of pipe thickness measurement by electromagnetic acoustic transducer | |
Salach | Eddy Current Tomography for Nondestructive Testing | |
Tajima et al. | Low frequency eddy current testing to measure thickness of double layer plates made of nonmagnetic steel | |
RU2824299C1 (en) | Method of non-destructive testing based on magnetic resonance effect to determine presence of continuity defects and local structural heterogeneity in rolled metal made of ferromagnetic alloys, and device for its implementation | |
Ye et al. | Experimental Study of a Sensor Capable of Increasing the Penetration Depth of Eddy Currents | |
Dmitriev et al. | Scanning the layered composites using subminiature eddy-current transducers | |
Xiao et al. | Eddy current testing of artificial submillimeter internal holes in laser powder bed fusion manufactured alloys | |
Thomas et al. | Finite element analysis of EMAT using comsol multiphysics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210323 |