Цифровий багатофункціональний вихрострумовий дефектоскоп

Реферат: UA 117560 U UA 117560 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель відноситься до галузі неруйнівного контролю і може бути використана у вихрострумовій дефектоскопії. Аналогом є прилад, який використовує амплітудно-фазовий метод виділення інформації (Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 3. Электромагнитный контроль / В.Г. Герасимов, А.Д. Покровский, В.В. Сухоруков; Под ред. В.В. Сухорукова. - М.: Высшая школа, 1992. - С. 226). Він містить послідовно з'єднані автогенератор, блок вихрострумового перетворювача, підсилювач, фазочутливий детектор та індикатор, другий вихід автогенератора паралельно з'єднаний з фазорегулятором, вихід якого з'єднаний з фазочутливим детектором. Недоліком цього приладу є складність налаштування приладу, що вимагає значної кваліфікації дефектоскопіста, та досить високе споживання енергії. Найближчим аналогом є прилад, що містить послідовно з'єднані опорний генератор і синтезатор частоти, підсилювач, вихрострумовий перетворювач, один з входів синхронного амплітудного детектора другий вхід якого підключено безпосередньо до виходу другого синтезатора, вхід якого зв'язаний також з виходом опорного генератора, крім того вихід синхронного амплітудного детектора, послідовно з'єднаний з фільтром нижніх частот, аналогоцифровим перетворювачем, мікроконтролером, до виходу якого підключено вхід запуску аналого-цифрового перетворювача, а входи управління обох синтезаторів частоти з'єднані з виходами мікроконтролера, який програмно може змінювати як частоти так і початкові фази вихідних синусоїдальних сигналів синтезаторів частоти (Пат. UA 45908 U, МПК G01N 27/00. Багатофункціональний вихрострумовий дефектоскоп / Баженов Віктор Григорович, Клімашевська Віта Миколаївна, Гльойник Костянтин Анатолійович; заявл. 21.07.2009; опубл. 25.11.2009, Бюл. № 22, 2009 p.). Недоліком цього приладу є апаратурна складність виконання та недостатня чутливість та достовірність контролю. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення відомого дефектоскопу шляхом зміни функціональної схеми, введення нових блоків, що дозволяє підвищити чутливість приладу, спрощує створення приладу та його налаштування. Поставлена задача вирішується тим, що в цифровому багатофункціональному вихрострумовому дефектоскопі, що містить аналого-цифровий перетворювач підключений до мікроконтролера, послідовно з'єднані генератор опорних імпульсів, синтезатор частот з програмною зміною частоти та фази, також підключений до мікроконтролера, вихрострумовий перетворювач і інформаційний вхід програмованого синхронного демодулятора, новим є те, що другий опорний вхід програмованого синхронного демодулятора підключено до виходу генератора опорних імпульсів, а вхід програмування підключено до мікроконтролера, аналоговий вихід при цьому підключено до входу аналого-цифрового перетворювача, а вхід запуску аналого-цифрового перетворювача підключено до синхровиходу програмованого синхронного демодулятора. На кресленні показано структурну схему багатофункціонального вихрострумового дефектоскопу. Дефектоскоп містить послідовно з'єднані генератор опорних імпульсів 1 та синтезатор з програмною зміною частоти і фази 3, вихрострумовий перетворювач 4, програмований синхронний демодулятор 5, інформаційний вхід якого з'єднаний з виходом вихрострумового перетворювача 4, а другий опорний (імпульсний) вхід програмованого синхронного демодулятора 5 з'єднаний з виходом генератора опорних імпульсів 1, з аналоговим виходом програмованого синхронного демодулятора5 з'єднаний вхід аналого-цифрового перетворювача 6, а його цифрові виходи підключено до мікроконтролера 2, виходи якого підключено до програмних входів синтезатора частоти 3 та програмованого синхронного демодулятора 5, вхід запуску аналого-цифрового перетворювача 6 підключено до синхро-виходу програмованого синхронного демодулятора 5. Вихрострумовий дефектоскоп працює наступним чином. За допомогою мікроконтролера 2 програмно задаються сигнали із заданими частотами и фазами на виході синтезатора частоти 3 та програмується синхронний демодулятор 5 так, щоб сигнал з його виходу був постійного струму (був пропорційним і визначався фазою і амплітудою інформаційного сигналу на виході вихрострумового перетворювача). Як програмований синхронний демодулятор 5 може бути вибрана мікросхема ADA2200 фірми Analog Devices. Сигнал заданої частоти з виходу синтезатора частоти 3 надходить на вихрострумовий перетворювач, який взаємодіє з об'єктом контролю. Амплітуда і фаза на виході вихрострумового перетворювача 4 буде залежати від параметрів об'єкта контролю, а також від наявності в ньому дефектів. Сигнал з виходу вихрострумового перетворювача потрапляє до інформаційного входу програмованого синхронного демодулятора 5, на другий опорний імпульсний вхід програмованого синхронного 1 UA 117560 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 демодулятора подається сигнал з виходу опорного генератора імпульсів 1 значно вищої, але кратної частоти, яка за допомогою програми мікроконтролера формує відфільтрований ми високостабільний в вигляді послідовності 8 (або 4) рівновіддалених в часі сходинок, формуючих синусоїдальний сигнал, який перемножується з сформованим всередині синхронного демодулятора опорним сигналом такої ж частоти. І на виході отримуємо відфільтровану постійну складову пропорційну амплітуді і фазі вимірювального сигналу, а також вихідні синхросигнали з програмованою затримкою для запуску АЦП 6. За допомогою мікроконтролера 2 здійснюється зміна початкової фази сигналу синтезатора частоти шляхом введення коду, у відповідний регістр цього синтезатора до того часу, поки значення амплітуди (значення коду) на виході аналого-цифрового перетворювача не буде максимальною. Максимальне значення амплітуди на виході аналого-цифрового перетворювача (АЦП) 6, яке аналізується мікроконтролером буде свідчити про повну компенсацію зсуву фаз сигналу на виході вихрострумового перетворювача 4. Таким чином, за значенням максимальної амплітуди на виході аналого-цифрового перетворювача буде визначатись амплітуда інформаційного сигналу на виході вихрострумового перетворювача 4, а код компенсації фази, що подається на синтезатор частоти 3, з мікроконтролера 2 (при якому значення амплітуди досягає максимуму), буде визначати значення здвигу фаз інформаційного сигналу на виході вихрострумового перетворювача 4 при знаходженні дефекту. Як випливає з вищесказаного, фактично, при вимірюванні зсуву фаз в такому випадку реалізується компенсаційний метод виміру, який являється найбільш точним. При вимірюваннях амплітуди використовується програмований синхронний демодулятор 5, що дозволяє отримати на виході в час запуску АЦП сигнал постійної напруги, який є пропорційний лише першій гармоніці тестового сигналу, оскільки інші гармоніки відфільтровуються. Тобто використання програмованого синхронного демодулятора 5 дозволяє суттєво підвищити завадостійкість і стабільність при вимірюванні амплітуди і фазового зсуву. Використання одного високостабільного опорного генератора синхроімпульсів як для синтезатора так для програмованого синхронного демодулятора, а також синхронний запуск АЦП робить можливим прецизійне і не залежне від часу вимірювання фазового зсуву сигналів вихрострумового перетворювача. Як синтезатор частоти може бути використана наприклад: мікросхема AD9834, що реалізує метод DDS, яка має дуже малі розміри та вживає енергії менше 20 мВт, а як програмований синхронний демодулятор мікросхема ADA2200, яка вживає енергії менше 5 мвт. Особливо слід відзначити, що корисна модель, яка заявляється, може бути використана не тільки для реалізації ампітудно-фазового вихрострумового методу дефектоскопії, але і метод вищих гармонік, який в малогабаритних дефектоскопах в значній мірі обмежувався великою складністю аналізаторів спектра сигналу, яких потребував цей метод для своєї реалізації. При цьому модель, що пропонується, залишається без змін, в незначній мірі змінюється тільки алгоритм роботи мікроконтролера. Ці зміни будуть зв'язані тільки з початковою установкою вхідної частоти програмованого синхронного демодулятора. Відомо, що при контролі деяких дефектних матеріалів, при подачі на вхід вихрострумового перетворювача синусоїдального сигналу з частотою f з'являються сигнали, наприклад з частотою 3f або 5f, в такому випадку для оцінки амплітуди і фази цих сигналів достатньо змінити налаштування значення вхідної частоти програмованого синхронного демодулятора на значення 3f, або 5f, а частоту сигналу синтезатора 2 залишити без змін, тобто рівною f, оскільки для обох пристроїв використовується один загальний генератор опорних синхроiмпульсів фіксованої частоти 1, то гармоніки, що з'являться в наслідок, наприклад, появи дефекту, будуть когерентні сигналу синтезатора 2 і на виході програмованого синхронного демодулятора також з'явиться сигнал постійної напруги пропорційний фазі і амплітуді шуканого сигналу (гармоніка 3f або 5f), алгоритм вимірювання амплітуди і фази якого буде аналогічним вищенаведеному. Таким чином, корисна модель, що заявляється, може бути використана для побудови багатофункціональних малогабаритних прецизійних економічних вихрострумових дефектоскопів на базі мікроконтролерів без використання складних не економічних, дорогих DSP процесорів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Цифровий багатофункціональний вихрострумовий дефектоскоп, що містить аналого-цифровий перетворювач підключений до мікроконтролера, послідовно з'єднані генератор опорних імпульсів, синтезатор частот з програмною зміною частоти та фази, також підключений до мікроконтролера, вихрострумовий перетворювач і інформаційний вхід програмованого синхронного демодулятора, який відрізняється тим, що другий опорний вхід програмованого синхронного демодулятора підключено до виходу генератора опорних імпульсів, а вхід 2 UA 117560 U програмування підключено до мікроконтролера, аналоговий вихід при цьому підключено до входу аналого-цифрового перетворювача, а вхід запуску аналого-цифрового перетворювача підключено до синхровиходу програмованого синхронного демодулятора. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3