Импедансный способ дефектоскопии объектов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИМПЕДАНСНЫЙ СПОСОБ ДЕФЕКТОСКОПИИ ОБЪЕКТОВ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ дефектоскопии металлического троса запорно-пломбировочного устройства,заключающийся в том, что через исследуемую область металлического троса пропускают зондирующий электрический сигнал с помощью двух датчиков, один из которых расположен до вероятного места нахождения дефекта, а другой - после, определяют амплитуду сигнала и по изменению амплитуды сигнала по сравнению с бездефектным тросом определяют наличие дефекта, причем частоту зондирующего сигнала выбирают таким образом, чтобы дефект не влиял на фазу зондирующего электрического сигнала сопротивления измерительных проводов к датчикам выбирают равными с точностью не менее 0,001 Ом по значению амплитуды прошедшего сигнала определяют омическое сопротивление контролируемой области металлического троса, а наличие дефекта уточняют по изменению сопротивления контролируемой области троса следующим образом если сопротивление равно 0,001-0,002 Ом, то трос не имеет дефектов, если сопротивление более 0,01 Ом, то трос имеет дефект. Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий импедансным методом и может быть использовано для обнаружения скрытых дефектов и разрывов металлического троса в запорно-пломбировочных устройствах. 13811 1 2010.12.30 Известен импедансный способ дефектоскопии объектов 1, в котором для возбуждения акустических колебаний в системе преобразователь-объект используют непрерывные вынужденные колебания. Необходимая частота возбуждения преобразователя устанавливается с помощью перестраиваемого звукового генератора. Признаками обнаружения дефекта в способе служат изменения амплитуды и фазы сигнала с приемника преобразователя. Недостатками способа являются относительно большой расход энергии на возбуждение акустических колебаний в преобразователе, сложность конструкции и невозможность использования для обнаружения дефектов и разрывов металлического троса в запорнопломбировочных устройствах. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ импедансной дефектоскопии объектов 2, заключающийся в том, что совмещенный импедансный преобразователь с одной зоной контакта с контролируемым объектом периодически возбуждают с помощью импульсов излучателя преобразователя, измеряют амплитуду, частоту и фазу электрического сигнала на приемнике и по измеренным параметрам в любых сочетаниях судят о дефектности объекта. Импульсный способ с использованием свободно затухающих колебаний энерго экономичен, но уступает в чувствительности способу с возбуждением вынужденных колебаний. Недостатками этого способа являются сложность конструкции, обусловленная наличием ультразвукового излучателя, невозможность использования устройства для обнаружения дефектов и разрывов металлического троса в запорно-пломбировочных устройствах и невысокая достоверность обнаружения дефекта, обусловленная невысокой точностью измерения амплитуды и фазы сигнала за короткое время действия зондирующего импульса. Задача изобретения - упрощение измерительной системы, повышение достоверности обнаружения дефекта. Решение этой задачи особенно важно для обнаружения дефектов и разрывов металлического троса в запорно-пломбировочных устройствах, не имеющих видимых повреждений конструкции, при проведении криминалистических экспертиз. Для решения поставленной задачи в известном импедансном способе дефектоскопии объектов 2, заключающемся в том, что через исследуемую область металлического троса пропускают зондирующий сигнал с помощью двух датчиков, один из которых расположен до вероятного места появления дефекта, а другой - после, определяют амплитуду сигнала и по изменению амплитуды сигнала по сравнению с бездефектным тросом определяют структуру дефекта частоту зондирующего сигнала выбирают таким образом, чтобы появление дефекта не влияло на фазу зондирующего сигнала сопротивления измерительных проводов к датчикам выбирают равными с точностью не хуже 0,001 Ом по значению амплитуды прошедшего сигнала определяют омическое сопротивление контролируемой области троса, а наличие дефекта уточняют по изменению сопротивления контролируемой области троса следующим образом если сопротивление равно 0,001-0,002 Ом, то трос не имеет дефектов, если сопротивление более 0,01 Ом, то трос имеет дефект. На чертеже представлена функциональная схема системы, реализующей заявляемый способ. Импедансный дефектоскоп содержит контролируемый объект 1 (металлический трос, находящийся в запорно-пломбировочном устройстве) измерительные провода 2-5,причем точки соединения проводов 2 и 3, 4 и 5 подключаются к контролируемой области металлического троса дифференциальный усилитель 6, генератор 7, синхронный детектор 8, интегратор 9, сигнализатор дефектов 10. Система работает следующим образом. С помощью измерительного провода 5 электрический сигнал с генератора 7 поступает к т. А диагностируемого металлического троса. Отметим, что в трос вводятся электрические колебания, а не акустические колебания. Использование электрического зондирующего сигнала обеспечивает упрощение конструкции измерителя (отсутствуют пьезоэлектрические датчики-преобразователи), является более эффективным и требует меньших энергетических затрат. 2 13811 1 2010.12.30 Точка соединения измерительных проводов 4, 5 располагается до вероятного места появления дефекта (чертеж т. А), а точка соединения измерительных проводов 2, 3 располагается после вероятного места появления дефекта (чертеж т. В). Электрический сигнал с т. А через измерительный провод 4 поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 6, а электрический сигнал с т. В через измерительный провод 3 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя. Второй конец измерительного провода 2 подается на общую шину. Дифференциальный усилитель 6 определяет разность между амплитудами переменного сигнала на инвертирующем и неинвертирующем входах. Эта разность будет зависеть от величины омического сопротивления между точками А и Б диагностируемого металлического троса. Экспериментальные исследования показали, что величина сопротивления троса, не имеющего дефектов, равняется 0,001-0,002 Ом. Если металлический трос имеет дефект (разрыв), расположенный внутри запорно-пломбировочного устройства (см. чертеж), то величина сопротивления троса возрастает на порядок и становится более 0,01 Ом в зависимости от контакта в точке разрыва и контакта с корпусом запорнопломбировочного устройства. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 6 будет присутствовать переменный сигнал, амплитуда которого будет зависеть от величины омического сопротивления между точками А и В. Этот сигнал поступает на синхронный детектор 8, на тактовый вход которого подается сигнал с генератора 7. Затем осуществляется когерентное накопление и интегрирование преобразованного в синхродетекторе сигнала с помощью интегратора 9. Эксперименты показали, что при величине сопротивления между точками А и Б, равной 0,001 Ом, сигнал на выходе интегратора равен 10 милливольт, а при величине сопротивления 0,01 Ом выходной сигнал интегратора равен 100 милливольт, т.е. по величине сигнала можно судить о структуре дефекта или разрыва в диагностируемом тросе. Сигнализатор дефектов 10 определяет амплитуду сигнала на выходе интегратора и делает вывод о наличии или отсутствии дефекта металлического троса. Для обеспечения предельной чувствительности и точности работы синхродетектора необходимо, чтобы фаза тактового сигнала с генератора 7 совпадала с фазой информационного сигнала с дифференциального усилителя 6. Это требование обуславливает необходимость выбора частоты зондирующего сигнала таким образом, чтобы появление дефекта не влияло на фазу информационного сигнала. Эксперименты показали, что при частоте зондирующего сигнала сотни Гц - единицы кГц, появление дефекта не влияет на фазу информационного сигнала, что обеспечивает предельную чувствительность синхродетектора. Для устранения погрешности измерения, зависящей от сопротивления измерительных проводов, применяется четырехпроводная схема подключения диагностируемой области металлического троса к входам дифференциального усилителя. Для обеспечения предельной чувствительности работы дефектоскопа необходимо, чтобы сопротивления измерительных проводов были равными с точностью не хуже 0,001 Ом, при этом величина абсолютного значения сопротивления измерительных проводов не является критичной. В этом случае влияние сопротивления измерительных проводов устраняется с помощью дифференциального включения усилителя 6. Добиться одинакового сопротивления измерительных проводов 2-5 достаточно просто, для этого необходимо изготавливать провода из одного материала и одинаковой длины. Таким образом, использование электрического зондирующего сигнала и соответствующий выбор его частоты, использование оптимального метода обработки сигнала на основе синхронного детектирования, когерентного накопления и интегрирования,применение четырехпроводной схемы подключения диагностируемой области металлического троса к входам дифференциального усилителя и соответствующего критерия обнаружение дефекта обеспечивает упрощение измерительной системы, повышение достоверности обнаружения дефекта и возможность использования системы для обнару 3 13811 1 2010.12.30 жения дефектов и разрывов металлического троса в запорно-пломбировочных устройствах. Источники информации 1. Ланге Ю.В. Акустические низкочастотные методы и средства неразрушающего контроля многослойных конструкций. - М. Машиностроение, 1991. - С. 272. 2. Патент РФ 2078339, МПК 01 29/16, 1997. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4