Устройство для контроля электропроводности и толщины изделия из электропроводящего материала, а также параметров дефектов в нем

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ И ТОЛЩИНЫ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, А ТАКЖЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕФЕКТОВ В НЕМ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Павлюченко Владимир Васильевич Дорошевич Елена Сергеевна(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) 1. Устройство для контроля электропроводности и толщины изделия из электропроводящего материала, а также параметров дефектов в нем, содержащее источник первичного магнитного поля с блоком питания, магнитный носитель, связанное с ним первое считывающее устройство с блоком синхронизации и генераторами строчной и кадровой разверток, связанное с измерительным прибором и с первым видеоусилителем, второе считывающее устройство, выполненное в виде укрепленных на жесткой основе и последовательно установленных источника света, поляризатора, магнитооптической пленки на прозрачной для видимого света подложке с зеркалом, анализатора, объектива и преобразователя оптического изображения в электрический сигнал, содержащего генераторы строчных и кадровых разверток и управляемый синхрогенератор, третье считывающее 13918 1 2010.12.30 устройство, выполненное в виде датчиков Холла, соединенных с измерительным прибором и усилителем электрического сигнала, соединенного со вторым видеоусилителем, а также набор электропроводящих матриц контроля для размещения контролируемого изделия, выполненных длиной и шириной не менее 210-2 м и установленных с возможностью перемещения относительно источника первичного магнитного поля и датчиков Холла, при этом оба видеоусилителя и преобразователь оптического изображения в электрический сигнал соединены с блоком памяти, компьютером и телевизионным индикатором, снабженным блоком синхронизации и генераторами строчной и кадровой разверток. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что матрицы контроля выполнены из материала с удельной электропроводностью не менее 4107 1/Омм в виде сплошных листов или листов с пустотелыми участками, каждая с разной толщиной и со съемной подложкой из немагнитного непроводящего материала, выполненной с возможностью регулировки ее положения относительно нижней и верхней поверхностей матрицы, а датчики Холла установлены так, чтобы во время измерения располагаться с обеих сторон матрицы. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник первичного магнитного поля содержит блок тиристоров с формирующими цепочками и излучателем магнитного поля, а также систему их коммутации, и блок управления с процессором. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что излучатель источника первичного магнитного поля выполнен в виде системы из линейного токопровода, набора линейных токопроводов и кольцевого соленоида с регулируемыми положениями и ориентацией в пространстве. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит прибор для измерения параметров импульсов тока источника первичного магнитного поля с визуальным экраном с послесвечением. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики Холла снабжены светодиодами. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля качества электропроводящих материалов. Известно устройство контроля дефектов в тонких магнитных пленках 1, содержащее магнитную систему с магнитооптической пленкой, микроскоп с поляризатором, анализатором и осветителем, передающую телевизионную камеру, видеоконтрольный блок, формирователь импульсов от доменов и самописец. Это устройство может быть применено для контроля качества магнитных и электропроводящих изделий, но не обеспечивает надежность контроля, так как не позволяет разрешать свойства изделий по глубине. Кроме того, оно не позволяет контролировать свойства изделий из диа- и парамагнитных материалов. Прототипом предлагаемого изобретения является дефектоскоп 2, содержащий намагничивающее устройство с источником постоянного тока для питания намагничивающего устройства, считывающее устройство с блоком синхронизации, видеоусилителем,генераторами строчной и кадровой разверток, индикатор с видеоусилителем, кинескопом,генераторами строчной и кадровой разверток и блоком синхронизации. Этот дефектоскоп может быть применен для контроля качества магнитных и электропроводящих изделий. Однако он не обеспечивает достаточную надежность контроля, так как не позволяет разрешать электрические и магнитные свойства изделий по глубине и параметры дефектов в них. Задачей изобретения является повышение надежности контроля изделий из магнитных и электропроводящих материалов на наличие в них внутренних дефектов, а также контроля их электрических и магнитных свойств. 13918 1 2010.12.30 Поставленная задача достигается тем, что устройство для контроля электропроводности и толщины изделия из электропроводящего материала, а также параметров дефектов в нем, содержащее источник первичного магнитного поля с блоком питания, магнитный носитель, связанное с ним первое считывающее устройство с блоком синхронизации и генераторами строчной и кадровой разверток, связанное с измерительным прибором и с первым видеоусилителем, второе считывающее устройство, выполненное в виде укрепленных на жесткой основе и последовательно установленных источника света, поляризатора, магнитооптической пленки на прозрачной для видимого света подложке с зеркалом,анализатора, объектива и преобразователя оптического изображения в электрический сигнал, содержащего генераторы строчных и кадровых разверток и управляемый синхрогенератор, третье считывающее устройство, выполненное в виде датчиков Холла,соединенных с измерительным прибором и усилителем электрического сигнала, соединенного со вторым видеоусилителем, а также набор электропроводящих матриц контроля для размещения контролируемого изделия, выполненных длиной и шириной не менее 210-2 м и установленных с возможностью перемещения относительно источника первичного магнитного поля и датчиков Холла, при этом оба видеоусилителя и преобразователь оптического изображения в электрический сигнал соединены с блоком памяти, компьютером и телевизионным индикатором, снабженным блоком синхронизации и генераторами строчной и кадровой разверток. Матрицы контроля выполнены из материала с удельной электропроводностью не менее 4107 1/Омм в виде сплошных листов или листов с пустотелыми участками, каждая с разной толщиной и со съемной подложкой из немагнитного непроводящего материала, выполненной с возможностью регулировки ее положения относительно нижней и верхней поверхностей матрицы, а датчики Холла установлены так,чтобы во время измерения располагаться с обеих сторон матрицы. Источник первичного магнитного поля содержит блок тиристоров с формирующими цепочками и излучателем магнитного поля, а также систему их коммутации, и блок управления с процессором. Излучатель источника первичного магнитного поля выполнен в виде системы из линейного токопровода, набора линейных токопроводов и кольцевого соленоида с регулируемыми положениями и ориентацией в пространстве. Устройство для контроля электропроводности и толщины изделия из электропроводящего материала, а также параметров дефектов в нем содержит прибор для измерения параметров импульсов тока источника первичного магнитного поля с визуальным экраном с послесвечением. Датчики Холла снабжены светодиодами. Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, где изображена принципиальная схема устройства контроля, на фиг. 2, где показаны вид сверху и вид сбоку матрицы из электропроводящего материала с прокладками и подложкой, на фиг. 3, где изображены зависимости величины напряжения, снимаемого с датчика Холла от времени и на фиг. 4,где показаны зависимости величины напряжения, снимаемого с индукционной магнитной головки. Устройство (фиг. 1) содержит источники магнитного поля 1, 2 и 3 с блоками тиристоров с формирующими линиями 4, блоком питания 5, блоком управления 6 и процессором 7. Устройство содержит также матрицу 8 из электропроводящего материала, жестко укрепленную на тонкой диэлектрической подложке 9, с контролируемым изделием 10, на котором установлены датчики магнитного поля 11 в виде набора матриц датчиков Холла,магнитооптической пленки и магнитного носителя. Такие же датчики установлены под контролируемым материалом (не показаны на чертеже) со стороны подложки. На фиг. 1 схематически показаны подключенные к выходам датчиков Холла измерительное устройство 12 и усилитель электрического сигнала 13, выход которого подключен к входу видеоусилителя 14 с синхрогенератором и блоком строчной и кадровой разверток. Выход видеоусилителя соединен со входами телевизионного индикатора 15 (монитора), блока памяти 16 и процессора 17 с монитором и клавиатурой. Устройство содержит оптическую 3 13918 1 2010.12.30 систему 18 для считывания информации с магнитооптической пленки, состоящую из источника света, поляризатора, магнитооптической пленки с зеркалом, анализатора и объектива, а также сопряженный с объективом преобразователь оптического изображения в электрический сигнал 19, содержащий генераторы строчной и кадровой разверток и управляемый синхрогенератор. Выходы преобразователя 19 подключены ко входам телевизионного индикатора 15, блока памяти 16 и процессора 17. Устройство содержит считывающее устройство 20 информации с магнитного носителя 11, подключенное ко входам измерительного прибора 21, например осциллографу, а также предварительный усилитель электрического сигнала 22, и видеоусилитель 23, причем выход считывающего устройства 20 подключен ко входу видеоусилителя 23, а выходы видеоусилителя 23 подключены ко входам телевизионного индикатора 15, блока памяти 16 и процессора 17. Считывающее устройство выполнено, например, в виде вращающихся индукционных магнитных головок. Устройство содержит прибор для измерения параметров импульсов тока первичных источников магнитного поля 24 с визуальным экраном, например осциллограф с послесвечением. Процессоры 7 и 17 могут быть объединены конструктивно. На фиг. 2 показана матрица 8 с подложкой 9 и контролируемым изделием 10 с видами сверху и сбоку. Подложка 9 содержит немагнитные электропроводящие прокладки 25 и 26, с помощью которых устанавливают уровни поверхности изделия 10 относительно уровней верхней и нижней поверхности матрицы 8. Количество прокладок 24 и 25 может быть разным. Через х 1, х 2, у 1, у 2 обозначены расстояния от границ контролируемого изделия до внешних границ матрицы, т е. ширина матрицы с разных сторон. На основании экспериментальных данных установлено, что влияние границ контролируемых изделий на результаты контроля является несущественным при ширине матрицы с каждой стороны 210-2 м и более. Устройство работает следующим образом. Помещают изделие 10 в матрицу 8. С помощью прокладок 25 и 26 устанавливают верхнюю плоскость изделия 10 на одном уровне с верхней поверхностью матрицы 8. Воздействуют на изделие 10 с матрицей 8 и матрицей датчиков Холла 11 импульсным магнитным полем излучателя 1 в виде линейного токопровода. Параметры импульса поля задают и формируют с помощью блока тиристоров 4 с формирующими цепочками, блока питания 5, блока управления 6 с ручной коммутацией цепей включения блока тиристоров 4, а также процессора 7, с помощью которого рассчитывают параметры цепей первичного источника поля (излучателя) 1 величины индуктивностей , емкостей , сопротивлений , а также величину напряжениязаряда емкостей блока тиристоров 4. В процессе распространения поля источника 1 в изделие считывают информацию с датчиков Холла 11 и получают распределения величины снимаемого с них напряженияот временинад всеми точками поверхности изделия 10, чего добиваются путем перемещения матрицы 8 с изделием 10 относительно излучателя 1 и матрицы датчиков Холла 11. По распределению напряженияна поверхности изделия 10 в сравнении с распределениями для эталонных изделий определяют распределения удельной электропроводностив изделии, его толщинуи параметры дефектов. При этом получают зависимостидля разных точек поверхности изделия на экране измерительного устройства с послесвечением 12 и на экране телевизионного индикатора 15 с усилением сигнала в усилителе 13 и формированием видеосигнала в видеоусилителе 14 с записью информации в блок памяти 16 и ее анализом в процессоре компьютера 17. При этом на телевизионном индикаторе 15 распределениесоответствует распределениям яркостного сигнала или сигнала цветности. Распределениесоответствует распределениямпо точкам поверхности изделия 10 с учетом чувствительности датчика Холла 11. На фиг. 1 показаны направления магнитных полей 1 ,2 ,3 , создаваемых источниками поля 1, 2 и 3. Применение предлагаемого устройства иллюстрируется графиками на фиг. 3 и фиг. 4. На фиг. 3 показаны зависимости величины напряжения , снимаемого с датчика Холла, от 4 13918 1 2010.12.30 времени 1 - в отсутствие контролируемого изделия, 2 и 3 - под пластиной из свинца толщиной 3,010-3 м соответственно без матрицы и в матрице, 4 и 5 - под пластиной из алюминия толщиной 3,010-3 м соответственно без матрицы и в матрице, а также зависимость 6, не содержащая полезный сигнал. Матрицей является пластина из алюминия толщиной 3,010-3 с пустотелым участком, границы которого совпадают с краями контролируемого изделия. Излучатель магнитного поля - линейный токопровод,расположенный над изделием и матрицей. Датчик установлен под изделием (под проекцией оси токопровода на поверхность изделия). Разность напряженийзависимостей (1-5) и зависимости 6 прямопропорциональна величине тангенциальной составляющей Н магнитного поля. Зависимость 1 соответствует изменению величины тока токопровода. На фиг. 4 показаны 1 - зависимость величины напряжения , снимаемого с индукционной магнитной головки, от временипри сканировании ею магнитного носителя, на котором записано магнитное поле дефекта, 2 и 3 - импульсы напряжения от краев магнитного носителя, 4 - зависимость в отсутствие дефекта. Центральный пик зависимости 1 обусловлен полем искусственного внутреннего дефекта диаметром 3,010-3 м и высотой 0,810-3 м в средней части пластины толщиной 2,410-3 м. Глубина залегания дефекта (0,8-1,6)10-3 м. Импульсы магнитного поля - полуволна со временем нарастания 6010-6 с. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.