Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 9
Достоверность автоматизированного ультразвукового контроля. сравнительный анализ конструкций механизмов сканирования, систем слежения и датчиков слежения за швом .
1.1 Достоверность автоматизированного ультразвукового 9
контроля. Ошибки измерения при автоматизированном ультразвуковом контроле.
1.2 Конструкции механизмов сканирования . 11
1.3 Датчики слежения зашвом(ДСШ). 19
1.4 Структуры систем АУЗК. 27 Выводы к 1 главе. 29
ГЛАВА 2. 30
Анализ устойчивости движения механизма сканирования. математическая модель движения механизма сканирования .
2.1. Анализ устойчивости системы сканирования. З3
2.2. Математическая модель движения МС. 39
2.3. Изменение конфигурации системы. 43
2.4. Экспериментальный анализ траектории движения МС
на различных швах. 48
Выводы к второй главе: 55
ГЛАВА З
Разработка конструкции системы слежения и механизма сканирования .
3.1. Система слежения. 56
3.2. Применимость различных типов двигателям МС. 57
3.2.1. Расчет характеристик ЭД постоянного тока в МС. 59
3.2.2. Работа ЭД МС в переходных режимах. 69
3.2.3. Регулирование и стабилизация скорости вращения микродвигателей постоянного тока в МС. 76
3.2.4. Выбор конкретного ЭД для МС. 85
3.3. Конструкция элементов системы слежения. 88
3.4. Общая структура системы АУЗК. 93
Выводы к третьей главе: 96
ГЛАВА 4 98
Влияние параметров акустического блока с преобразователями и качества акустического контакта (ак) на достоверность ультразвукового контроля .
4.1. Влияние качества акустического контакта на достоверность ультразвукового контроля. 100
4.1 Л. Влияние состава контактной жидкости на качество акустического контакта. 103
4.1.2. Влияние различных способов оценки АК на достоверность ультразвукового контроля . 108
4.2. Контроль за акустическим контактом без использования дополнительных пьезоэлектрических преобразователей 113
Выводы к 4 главе. 119
Общие выводы и результаты 120
Литература.
- Конструкции механизмов сканирования
- Изменение конфигурации системы.
- Регулирование и стабилизация скорости вращения микродвигателей постоянного тока в МС.
- Влияние различных способов оценки АК на достоверность ультразвукового контроля
Введение к работе
Сегодня в России, по данным территориальных органов Госгортехнад-зора, эксплуатируются около 230 тыс. км трубопроводов различного назначения, более 60% из которых - газопроводы. Около 40% магистральных трубопроводов (по протяженности) отработали более 20 лет, приблизительно такой же возраст у 15% газоперекачивающих агрегатов. Уровень аварийности в 1996-1999 гг. только на газопроводах составлял 0,18-0,21 аварии на 1000 км, а в 2000 г. возрос до 0,24-0,26.
С 1992 по 2000 г. аварии происходили по следующим причинам: 34,7% - из-за внешних силовых воздействий на трубопроводы в основном землеройной и гусеничной техники; 24,7% - из-за нарушений норм и правил производства работ при строительстве и ремонте; 23,5% - из-за коррозионных повреждений труб, запорной и регулирующей арматуры; 12,4% -из-за нарушений технических условий при изготовлении труб и оборудования на заводах; 4, 7% - из-за ошибочных действий ремонтного и эксплуатационного персонала.
В работах Чабуркина В.Ф. показано, что на долю сварки приходится 40% отказов, выявляемых при испытаниях давлением новых трубопроводов. Мировой опыт свидетельствует о необходимости расширения использования неразрушающего контроля в различных отраслях промышленности, в том числе и строительстве и контроле трубопроводов. Так расходы на проведение операций по неразрушающему контролю в отрасли «трубопроводный транспорт» в США составляют 0,10 долл. на единицу конструкции, а в России 0,03 долл. на единицу конструкции.
Часто применяемый радиографический способ имеет низкую (35-60 %) достоверность обнаружения плоскостных дефектов. Применение же ультразвукового контроля (УЗК) позволяет повысить вероятность обнаружения плоскостных трещиноподобных дефектов до 95-97 %.
Одной из основных трудностей, сдерживающих применение УЗК, является отсутствие документа при ручном УЗК. Кроме того, большое влияние на достоверность ручного УЗК имеет человеческий фактор". Исследования, выполненные А.К. Гурвичем, В.Ф. Лукьяновым, Б. Маргит-ройдом и другими, показали, что на результаты контроля существенно влияют профессиональные навыки, стаж работы, длительные перерывы в работе, психофизиологические факторы (устойчивость внимания, темперамент и т.п.), социальные факторы, стимулы к труду, условия работы, моральные качества дефектоскописта. Разброс в результатах контроля в лабораторных условиях из-за влияния "человеческого фактора" достигает десятков процентов, а при недобросовестном отношении или отсутствии стимула к труду выявляемость дефектов может опускаться до нуля даже при применении хорошей техники контроля.
Исходя из этих и других исследований, обычно рекомендуют для снижения отрицательных последствий "человеческого фактора" следующее:
повышать мотивацию труда дефектоскопистов,
строгий отбор дефектоскопистов,
тренировку и периодическую аттестацию персонала,
применение автоматизированных и механизированных средств контроля,
автоматическое документирование результатов контроля,
повышение административной и уголовной ответственности за невыполнение должностных обязанностей.
К техническим методам относятся 4 и 5 пункты. Именно они и являются предметом настоящей диссертации.
Для автоматизации процесса ультразвукового контроля (УЗК) необходим специальный механизм сканирования (МС) пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП), который должен перемещать акустическую сие-
тему вдоль шва. При этом можно выделить два подхода к конструированию МС:
1. МС обеспечивает возвратно-поступательное движение ПЭП, повторяющее движения дефектоскописта при ручном контроле.
2.. МС обеспечивает продольное сканирование многоэлементными акустическими системами.
Системы, использующие продольное сканирование, существенно проще по конструкции и, следовательно, надёжнее. Такие разработки есть у фирм "RTD" (Голландия) - "Ротоскан" и "Бэндскан", "СГС Сономатик" (Англия) - UPS-1109 и "Орбискан" (Intercontrole, Франция) и др. Однако, эти системы обладают существенным недостатком: для задания направления перемещения и удержания механизма сканирования используются устанавливаемые вручную направляющие элементы.
Такое техническое решение отличается простотой конструкции МС, но осложняет его эксплуатацию. При неточной установке направляющих элементов достоверность контроля резко ухудшается. Установка и юстировка направляющих при контроле сварных стыков трубопроводов больших диаметров является весьма трудоёмкой операцией. Особенно она усложнена при проведении работ в неблагоприятных климатических условиях Сибири и Крайнего Севера.
На наш взгляд, более перспективный подход заложен в установке «Ав-токон МГТУ», где перемещение акустического блока вдоль сварного шва осуществляется механизмом сканирования (МС) на магнитных колесах, а отслеживание сварного шва в процессе сканирования - с помощью специальных датчиков слежения и системы управления. Недостатком указанного устройства является неудовлетворительное отслеживание оси сварного шва и недостаточная устойчивость механизма сканирования.
Цель работы:_ повышение достоверности ультразвукового контроля путём применения автоматизированных и механизированных средств контроля с автоматическим документированием результатов контроля.
Задачи исследования: I. Проанализировать ошибки измерения применительно к автоматизированному ультразвуковому контролю, возникающие, в основном, из-за несовершенства следующих элементов:
а) механизма перемещения преобразователя и системы слежения за
швом,
б) системы подачи контактной жидкости и слежения за качеством
акустического контакта,
в) акустического блока с преобразователями.
г) системы обработки, передачи и отображения информации.
Усовершенствовать существующие схемы МС в плане устойчивости движения и влияния на характер движения предварительных установок, задаваемых вручную.
Рассмотреть существующие конструкции датчиков слежения за швом (ДСШ) как основу автоматизации системы сканирования и выбрать их оптимальную для соответствующих условий конструкцию.
Построить математическую модель движения МС и проанализировать зависимость устойчивости движения МС от параметров системы и внешних воздействий.
Оптимизировать схемы и параметры МС и ДСШ по критерию минимальной чувствительности к действию мешающих внешних факторов и минимальным требованиям к квалификации обслуживающего персонала.
Проанализировать влияние качества акустического контакта (АК) на достоверность ультразвукового контроля, а именно;
а) Влияние состава контактной жидкости на качество АК.
б) Влияние различных способов оценки качества АК на достоверность ультразвукового контроля.
Научная новизна работы заключается в следующем: 1. На основе решения характеристического уравнения разработан алгоритм определения границ устойчивости МС в зависимости от схемы МС, её размеров, скорости движения, чувствительности датчиков, начальной установки МС и т.д..
На основе решения системы дифференциальных уравнений разработана математическая модель движения МС, описывающая кинематику МС.
На основе анализа устойчивости движения МС выработана методика построения МС с минимальным количеством оперативных ручных регулировок при соблюдении заданных параметров движения.
4. На основании сравнительных исследований влияния различных способов оценки АК на достоверность АУЗК предложен модернизированный метод оценки АК.
Практическая ценность работы: 1. Разработан МС, обеспечивающий слежение за сварным швом акустической системой (АС) с необходимой точностью без применения дополнительных механических направляющих и не требующий регулировок при изменении высоты и конфигурации сварного шва.
3. Разработан новый ДСШ, имеющий компенсацию погрешности слеже
ния при перекосе кромок сварного шва, нередко встречающегося при
сварке в полевых условиях.
4. На основе экспериментальных исследований даны рекомендации со
става контактной жидкости в зависимости от условий контроля.
Конструкции механизмов сканирования
Для широкого применения автоматизированного ультразвукового контроля необходимо определить степень достоверности информации, получаемой этим методом. Достоверность автоматизированного ультразвукового контроля зависит от каждого элемента системы, а именно:
1) от акустического блока (АБ) с преобразователями (степени оптимизации АБ, углов ввода, уровня чувствительности, способов настройки, помехо-защиты и т.д.) 2) от системы слежения за швом, и механизма для перемещения преобразователя вдоль и поперек шва, 3) от системы слежения за качеством акустического контакта, 4) от системы подачи контактной жидкости, 5) от электронного блока для генерирования зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов, 6) от электронного блока для логической обработки информации о дефекте, 7) от системы автоматической отбраковки.
Как показал опыт, наибольшее влияние на достоверность и оперативность автоматизированного ультразвукового контроля оказывают: 1) механизм перемещения преобразователя и система слежения за швом, 2) система подачи контактной жидкости и слежения за качеством акустического контакта, 3) акустический блок с преобразователями.
Эти элементы работают "на стыке" механики и электроники, или электроники и акустики, что всегда вызывает дополнительные проблемы. Остальные элементы являются чисто электронными, или чисто механическими, что обычно не вызывает проблем, потому что каждая из этих областей достаточно проработана.
При неразрушающем контроле возникают погрешности измерения координат и погрешности измерения размеров дефекта. Рассмотрим основные причины их возникновения и возможные пути устранения применительно к автоматизированному ультразвуковому контролю.
Погрешности измерения координат включают в себя: Систематические погрешности:
а) Погрешности, обусловленные несовпадением плоскости симметрии сварного шва с осью симметрии акустической системы контролирующего автомата из-за неточной установки направляющих элементов при приме нении таковых.
б) Те же погрешности при автоматическом слежении за швом, вы званные неточной настройкой датчика слежения за швом на середину шва.
в) Погрешности определения продольных координат дефекта, вы званные неправильным определением точки начала контроля. Случайные погрешности:
а) Погрешности, обусловленные несовпадением плоскости симметрии сварного шва с осью симметрии акустической системы контролирующего автомата из-за смещения "нуля" ДСШ, вызванного перекосом кромок сварного шва.
б) Погрешности, вызванные неточностью определения оси симметрии сварного шва датчиком слежения за швом из-за смещения верхнего относительно нижнего валиков усиления сварного шва.
в) Погрешности, вызванные неточностью определения оси симметрии сварного шва датчиком слежения за швом из-за валика усиления сварного шва.
г) Погрешности, вызванные "вилянием" механизма сканирования по сле случайных сбоев и перехода продольных швов.
д) Погрешности определения глубины залегания дефекта, вызванные конечной шириной диаграммы направленности пьезоэлектрического пре образователя (ПЭП).
е) Погрешности определения продольных координат дефекта, вызван ные проскальзыванием колес, связанных с датчиком пути.
Погрешности измерения размеров дефекта включают в себя: Систематические погрешности:
Погрешности, вызванные постепенным изменением свойств пьезоэлектрических преобразователей (истирание подошвы и др.) Случайные погрешности: а) Погрешности, вызванные самопроизвольным изменением качества аку стического контакта. б) Погрешности, вызванные произвольной ориентацией дефекта. в) Погрешности, вызванные неравномерной чувствительностью в преде лах ширины диаграммы направленности.
Изменение конфигурации системы.
Для выяснения характера движения механизма сканирования (МС) решим систему из трех дифференциальных уравнений [5] : у J а =у( (p-a ) p =-ax+(y-6)( -«) Как известно, решение системы дифференциальных уравнений имеет вид: у=С,е + сгеКх +C3/J где Kt2i - корни характеристического многочлена. В этом случае (крепление ДСШ на раме) характеристический многочлен имеет вид: К3 + ЬК2 + а(1+ )К + а где /=0,4; /i=0,2; V=0,015; а коэффициенты а и Ъ примем первоначально равными Ъ - 0,0375; а = 3,5. Подставив эти значения, получим следующий вид характеристического многочлена К3 + 0,0375K1 + 5,25К + 0,001968
Решив соответствующее кубическое уравнение, получим: Ki=-0,0012504 Rt=- 0,019375-0,39633І Кз=- 0,019375 + 0,39633i То есть характеристический многочлен имеет только один действительный корень Ki. Остальные два корня комплексно сопряженные. K2,3=g ± h і. Соответственно, решение дифференциального уравнения имеет вид: у =Суек + (Acos ht +Bcos ht) что являет собой затухающее колебание, где 1/Кл - постоянная времени затухания. Подставив единственный действительный корень, получим, что постоянная времени затухания колебаний МС вокруг шва равна 790 секунд, что весьма много. Решив систему уравнений относительно х, подставим граничные и начальные условия. Для наглядности представим, что оператор установил МС на шов с начальным смещением на 2 см влево от оси, что вполне реально. Углы р и а примем равными 0. Построим график движения МС (рис 2.3).
Из рис. 2.3 видно, что большое время затухания колебаний МС, неприемлемо для практической работы. Поэтому коэффициенты "а" и "6" надо изменить, увеличив "6", так как ДР является демпфирующим элементом. При этом чтобы не нарушать [7] придется уменьшить "а". Учитывая [7] и то, что в реальных условиях разброс параметров ДСШ и ДР достигает 10% и более, получим Ъ =0,08; а= 0,4 (рис.2.4)
Как видно на графике, характер затухания улучшился, но остался неприемлемым для практического применения. Улучшение временных параметров МС возможно, если увеличить чувствительность ДСШ и ДР при условии, что система слежения не будет работать в режиме ограничения. Это возможно только при точной начальной установке МС на шов, что не всегда возможно в реальных условиях эксплуатации.
Кроме того, два датчика ДСШ и ДР, работающие в одной САР, имеют свои весовые коэффициенты влияния и их чувствительности должны быть согласованы между собой. Чувствительность же ДСШ может меняться в зависимости от различных факторов, а именно, высоты ДСШ над швом, формы шва и т.д. Поэтому работа САР с МС по первой схеме возможна в довольно узком интервале чувствительности ДСШ, так как в противном случае нарушается соотношение между чувствительностями ДСШ и ДР и МС не обеспечивает достаточной точности слежения, или из-за нарушения фазовых соотношений в цепи обратной связи САР может самовозбудиться (МС будет двигаться зигзагом).
Если бы удалось создать МС без обратной связи (ОС) по углу, то "а" (чувствительность ДСШ), а вместе с ним и возможное быстродействие, можно было бы существенно повысить (в нашем случае в два раза). Это актуально, так как в рассмотренном выше случае постоянная времени системы управления составляет около 800 секунд, что слишком много. При этом приходится варьировать чувствительностью ДСШ и чувствительностью датчика угла поворота, что снижает устойчивость системы. Поэтому был предложен следующий способ повышения устойчивости:
ДСШ жестко связывается не с рамой МС, а с ведущими колёсами (рис.2.5). При этом сигнал ДСШ зависит не только от положения МС, но и от поворота ведущих колёс.
Оценим устойчивость системы. Уравнения, описывающие движение МС, выглядят так: fV = pV+ cp h і ( Р-а ) к. ( р-а) =-ax- Ь( р-а)
Как видно, в системе уравнений только первое уравнение системы отличается от соответствующего уравнения предыдущей системы уравнений [5]. Это происходит из-за того, что ДСШ поворачивается вместе с ведущими колёсами и его координаты изменяются. Остальные уравнения движения МС остались теми же. Система устойчива при условии: а 0 (Ь+а/і) (1+ -)-- 0
Из последнего неравенства видно, что b можно сделать равным 0, то есть отказаться от обратной связи по углу, исключив датчик руления. Тогда: (6+a//)(/+/0-V 0 приняв Ь= О,получим: а Подставив параметры нашего МС, получим: а 0,125 , при этом атах б ,то есть почти в 2 раза больше, чем в первом случае.
Интересен физический смысл этого условия. Для устойчивости МС с ОС по углу достаточно любого а 0, а для МС без ОС по углу а 0,125. В первом случае при малых а система после случайного отклонения сначала выпрямится ( р-а) - 0 , благодаря ОС по углу, а потом даже при небольшом влиянии ДСШ будет приближаться ко шву.
Во втором случае при малом а и большом начальном угле отклонения ( р-а ), МС может вообще уйти от шва и даже описать круг по поверхности, так как ДСШ влияет мало, а ОС по углу нет. Проанализируем траекторию МС с креплением ДСШ к управляемым колесам. В этом случае характеристический многочлен выглядит так: KJ+K20+ah)+KaV(l+ -)+a— а=6, Ь=0. Подставив значения переменных, получим: К3+ 1,2К2 + 0,135К + 0,003375 Решив кубическое уравнение, получим: Ki=-1,050 Кг=-0,1485 Кз=-0,001262 А если корни многочлена - действительные и отрицательные, решением дифференциального уравнения является апериодическое затухание (рис 2.6).
Как видно из рис. 2.6, путем изменения конструкции МС, удалось не только расширить пределы возможной чувствительности ДСШ, влияющие на постоянную времени затухания, но и коренным образом изменить характер затухания, сделав его апериодическим и гораздо более коротким, даже без изменения чувствительности ДСШ.
Регулирование и стабилизация скорости вращения микродвигателей постоянного тока в МС.
Из микродвигателей постоянного тока двигатели с возбуждением от постоянных магнитов наиболее просты по конструкции, имеют малые габариты и более высокий к.п.д. Кроме того, они имеют жесткую механическую характеристику, что выгодно при создании систем стабилизации скорости.
Регулирование скорости двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов осуществляется изменением напряжения, приложенного к обмотке якоря.
Физические процессы в электродвигателях, управляемых по цепи якоря, описываются следующими дифференциальными уравнениями: U=e +iR+L- (3.22) dt J j- =Мдв-Мс (3.23) at В этих уравнениях: U - напряжение, подводимое к двигателю; е - э.д.с. якоря двигателя; і — ток якоря; R - омическое сопротивление цепи якоря; L - индуктивность цепи якоря; J — момент инерции вращающихся частей, приведенный к валу двигателя; о - угловая скорость вращения вала; Мда- момент двигателя; Мс - момент нагрузки. Решая уравнения (3.22) и (3.23) совместно для установившегося режима (i =const, to = const) при неизменном напряжении питания, можно полу чить уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока в относительных единицах при питании от сети бесконечной мощности: «L = \- L 3.24) Где Мк-Си— - момент короткого замыкания двигателя при со = 0; л со0 — угловая скорость идеального холостого хода (при Мс = 0).
Из выражения (3.24) следует, что жесткость механической характеристики двигателя постоянного тока (отношение приращения скорости к приращению момента нагрузки) при работе от сети бесконечной мощности равна 5 = -1 и не зависит от напряжения питания.
В случае питания двигателя через реостат с сопротивлением Кл уравнение механической характеристики в относительных единицах имеет вид: - \- L (1+.) (3.25) Жесткость механической характеристики в этом случае равна: б = __?__ (3.26) ял+к и зависит от величины сопротивления реостата (рис.3.13). Из изложенного следует, что задача стабилизации скорости вращения двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов упрощается в случае безреостатного питания, так как при этом жесткость механической характеристики максимальна (5 = - 1).
Для реализации способа безреостатного управления скоростью двигателя необходимо иметь источник регулируемого напряжения с малым внутренним сопротивлением; часто для этого используют генераторы. Однако использование системы генератор-двигатель для стабилизации скорости микродвигателей неприемлемо из-за больших габаритов, веса и сложности системы.
Механические характеристики двигателя постоянного тока. Наиболее эффективным способом управления микродвигателем является управление с помощью изменения длительности импульсов напряжения прямоугольной формы высокой частоты, подводимых к его обмотке [28]. Схема питания двигателя постоянного тока импульсами напряжения приведена на рис .3.14.
Импульсное питание двигателя постоянного тока а—схема [К—ключ; Д (Г) — шунтирующий диод (триод)]; б — осциллограмма тока н цепи якоря (1— режим непрерывных токов; 2 — режим прерывистых токов).
Обычно в качестве ключа К используются полупроводниковые приборы. Для того чтобы в момент перехода полупроводникового прибора в режим отсечки индуктивность якоря не приводила к возникновению на нем перенапряжений, цепь якоря двигателя шунтируется диодом Д или триодом Т, который должен проводить ток в противофазе с ключом К. Этот же диод или триод обеспечивает высокую экономичность схемы, поскольку электромагнитная энергия, запасенная в якорной цепи во время действий импульса напряжения, не теряется, а поддерживает ток якоря и вращающий момент двигателя в промежутках между импульсами.
Электродвигатель с устройством, питающим его импульсами напряжения, представляет собой импульсную систему, импульсный элемент которой (модулятор) формирует импульсы прямоугольной формы.
Переходные процессы в двигателе при питании его импульсами напряжения описываются разностными дифференциальными уравнениями, для решения которых может быть использован метод дискретного преобразования Лапласа.
Влияние различных способов оценки АК на достоверность ультразвукового контроля
Для привода механизмов третьей группы основными факторами при выборе двигателя являются требуемый ресурс работы и к.п.д. При небольшом сроке службы с целью обеспечения максимального к.п.д. и снижения объема и веса двигателя при заданной мощности целесообразно использовать электродвигатели со скоростью вращения 6000 об/мин. Только в том случае, если заданный ресурс механизма превышает имеющийся ресурс двигателей со споростью вращения 6000 об/мин, следует использовать электродвигатели со скоростью вращения 4500 или 2500 об/мин, так как при этом снижается к п. д. и возрастают объем и вес двигателей при заданной мощности.
Для уменьшения времени выбега электродвигателей после отключения допускается использование динамического торможения для всех типов двигателей с нестабилизированной скоростью вращения. С той же целью можно применять противовключение этих двигателей на напряжение, не превышающее допустимого напряжения реверсирования для данного типа двигателя.
При использовании ЭД в МС основными факторами при выборе двигателя являются требуемый ресурс работы (обслуживание в условиях Севера крайне затруднено) и к.п.д., так как питание предполагается аккумуляторным. Габариты и вес двигателя не имеют первостепенного значения, так как они сравнительно малы относительно размеров и веса МС. Учитывая то, что ЭД работают большую часть времени на середине регулировочной характеристики, имеет смысл использовать ЭД с номинальной частотой вращения 9000 об/мин. например ДПР-52-Ф1-01 , который в процессе работы будет иметь среднюю частоту вращения 4500 об/мин, что положительно скажется на ресурсе при сохранении высокого к.п.д.
При повышенных требованиях к уровню радиопомех (например при передаче из МС во внешний блок необработанного аналогового сигнала малого уровня) целесообразно использовать безщеточный ЭД например БК, обезпечивающий уровень радиопомех на 20-40 дБ ниже, чем коллекторные ЭД. К сожалению, как было уже отмечено эти ЭД весьма дороги (около 300 $ за штуку).
При повышенных требованиях к стабильность скорости движения МС целесообразно использовать синхронные или шаговые ЭД. При этом усложняется схема управления ЭД, которая должна будет содержать многофазные генераторы переменной частоты. Подобные генераторы в виде функционально законченных микросхем уже выпускаются за рубежом. [28].
Система слежения кроме электродвигателей включает в себя: 1. Датчик слежения за швом (ДСШ). 2. Датчик угла поворота (датчик руления - ДР) 3. Датчик пути (ДП) и датчик начала и конца контроля (ДНКК). 4. Система обработки выходной информации датчиков; Типичный электромагнитный ДСШ представляет собой корпус из диэлектрика, в котором находятся Ы - катушка возбуждения, а под ней -L2 и L3 - информационные катушки.
При протекании переменного тока по обмотке L\ возникает ЭДС взаимоиндукции в обмотках L2 и L3 величина которой определяется величиной первичного тока обмотки L\ и коэффициентом магнитной проницае мости среды, который в свою очередь зависит от интегральной оценки объема металла находящегося под катушками L2 и 13. Выходные сигналы от катушек L2 и L3 детектируются и складываются с разной полярностью. Полярность выходного сигнала датчика определяется положением блока чувствительных элементов ДСШ над валиком усилителя сварного стыка. На реальных объектах подобные ДСШ надежно работают на сварных швах без перекоса кромок и при незначительных (до 10 мм) уходах ДСШ влево и вправо от валика усиления. Но так же был выявлен и ряд принципиальных недостатков значительно уменьшающих достоверность выходной информации датчика при работе в следующих условиях:
1) при перекосе кромок сварного шва появляется постоянная составляющая выходного сигнала по величине превышающего величину сигнала рассогласования от смещения датчика относительно валика усиления (рис.3.17);
2) незначительная величина выходного сигнала по амплитуде, что приводит к заметному влиянию на него различного рода помех и требует дополнительного усиления;
3) Конструктивно катушка возбуждения находится над информационными катушками, поэтому степень взаимного влияния катушек друг на друга очень большая. В результате закон изменения выходного сигнала от напряженности магнитного поля информационных катушек носит весьма сложный характер, и это обстоятельство вносит дополнительную погрешность в величину выходного сигнала.
Результатом научно-исследовательской проработки выявленных недостатков в конструкции и функционировании датчика слежения за швом явилось новое техническое решение ДСШ.
Принципиальной отличительной особенностью этого датчика является подход к проектированию блока чувствительных элементов. Блок содержит четыре чувствительных элемента, расположенные в ряд. Каждый из чувствительных элементов представляет собой многовитковую обмотку, заключенную в ферритовую чашку. Такая конструкция позволяет сфокусировать электромагнитное поле каждой катушки в направлении объекта контроля. Это приводит к значительному повышению чувствительности и магнитной развязке чувствительных элементов. В данном блоке крайние катушки играют роль компенсационных катушек, необходимых для учета в выходном сигнале ДСШ влияния перекоса кромок, а средние катушки -роль информационных. Катушка возбуждения в данном случае отсутствует. Информационным параметром служит изменяющаяся в зависимости от близости металла индуктивность катушек.
