Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор и анализ существующих методов вихретокового контроля изделий цилиндрической формы 12
1.1 Применение многоэлементных вихретоковых преобразователей 14
1.2 Вихретоковый контроль цилиндрических изделий 26
1.3 Вихретоковый контроль тепловыделяющих элементов 34
2. Теоретическое описание взаимодействия вихретокового многоэлементного преобразователя с объектом контроля 47
2.1 Расчет эффективной площади вихревых токов при использовании накладного многоэлементного преобразователя 47
2.2 Расчет оптимального количества элементов многоэлементного преобразователя 57
2.3 Определение координаты дефекта, находящегося между элементами многоэлементного преобразователя 60
3. Разработка многоэлементного преобразователя на основе математического моделирования процедуры вихретокового контроля 64
3.1 Создание модели процедуры вихретокового контроля цилиндрических изделий многоэлементным преобразователем 64
3.2 Расчет оптимального количества элементов многоэлементного преобразователя с помощью математического моделирования 76
3.3 Анализ модельных сигналов от внешних дефектов 80
3.4 Анализ модельных сигналов от внутренних дефектов 101
3.5 Обработка сигналов, полученных с помощью математического моделирования 108
4. Экспериментальное исследование системы вихретокового контроля цилиндрических изделий с применением многоэлементного преобразователя 121
4.1 Описание системы вихретокового контроля цилиндрических изделий с применением многоэлементного преобразователя 121
4.2 Анализ экспериментальных сигналов от внешних дефектов 125
4.3 Анализ экспериментальных сигналов от внутренних дефектов 139
4.4 Обработка сигналов, полученных в ходе эксперимента 151
4.5 Анализ повторяемости результатов алгоритма обработки данных при вихретоковом контроле цилиндрических изделий многоэлементным накладным преобразователем 175
Заключение 180
Список литературы 182
- Вихретоковый контроль тепловыделяющих элементов
- Расчет оптимального количества элементов многоэлементного преобразователя
- Расчет оптимального количества элементов многоэлементного преобразователя с помощью математического моделирования
- Анализ экспериментальных сигналов от внешних дефектов
Введение к работе
Актуальность темы
В ряде производств необходимо контролировать однородность
электрофизических свойств проводящих материалов протяженных
цилиндрических изделий (в частности, труб, прутков, проволоки).
Неоднородность проводящего материала чаще всего определяется наличием дефектов, которые возникают в процессе изготовления при нарушении технологии производства. Для выявленных дефектов важно знать как объем, так и их ориентацию в пространстве (локальные или вытянутые вдоль оси или радиуса). Отбраковка изделий с выявленными дефектами проводится по размеру обнаруженной неоднородности контролируемого материала изделия.
Задача контроля протяженных цилиндрических изделий может быть успешно решена с помощью вихретоковой дефектоскопии. Доступ к объекту контроля в случае сплошных или заполненных изнутри изделий возможен только с внешней стороны. В настоящее время широко применяются аксиальные проходные вихретоковые преобразователи и накладные вращающиеся преобразователи. Преобразователи данных типов обладают рядом недостатков, которые ограничивают возможность их применения. Поэтому для выявления дефектов и оценки их формы и объема целесообразно использование многоэлементного преобразователя, состоящего из нескольких одноэлементных накладных преобразователей.
Задача контроля состоит в том, чтобы при поступательном перемещении объекта контроля относительно многоэлементного преобразователя по сигналам всех элементов сделать вывод о местоположении дефекта в сечении цилиндрического изделия, его характере и размерах.
Объем дефекта определяется, прежде всего, амплитудой сигнала. Сигнал
конкретного элемента преобразователя зависит от его расположения
относительно дефекта. Случай, когда дефект располагается непосредственно под
одним из элементов – самый простой. Об объеме дефекта можно судить
напрямую по амплитуде сигнала от данного элемента. Но если такой же дефект
будет располагаться между элементами многоэлементного преобразователя, то
амплитуда сигнала каждого из них будет меньше, чем в предыдущем случае, что
может явиться причиной пропуска дефекта. Поэтому разработка эффективных
методов обработки данных, получаемых с помощью многоэлементных
преобразователей, позволяющих определять объем дефекта независимо от его
месторасположения относительно элементов преобразователя, является
актуальной задачей неразрушающего контроля.
Объект исследования
Вихретоковый контроль проводящих материалов изделий цилиндрической формы с использованием многоэлементного накладного преобразователя.
Предмет исследования
Обработка данных вихретокового контроля, получаемых с помощью многоэлементного преобразователя при сканировании цилиндрических изделий, позволяющая определять объем дефектов, расположенных произвольно между соседними элементами преобразователя.
Цель исследования
Разработка математического аппарата и алгоритма для автоматического анализа данных, получаемых с помощью многоэлементного преобразователя при вихретоковом контроле электропроводящих изделий, позволяющего определять объем дефектов вне зависимости от их месторасположения относительно элементов преобразователя.
Задачи исследования
Рассмотреть и проанализировать существующие методы вихретокового контроля изделий цилиндрической формы, а также методы обработки сигналов при контроле с использованием многоэлементного преобразователя.
Описать взаимодействие вихретокового многоэлементного преобразователя с объектом контроля цилиндрической формы.
Вывести формулу для расчета оптимального количества элементов многоэлементного преобразователя при контроле цилиндрических изделий.
Определить соотношение для нахождения координаты дефекта, находящегося между элементами многоэлементного преобразователя, при контроле цилиндрических изделий.
Разработать конечно-элементную математическую модель процедуры вихретокового контроля цилиндрических изделий многоэлементным преобразователем.
Решить прямую задачу вихретокового контроля, а именно определить сигналы на выходе элемента в виде наводимого напряжения на катушке преобразователя при сканировании им области цилиндрического изделия с дефектом.
Рассчитать оптимальное количество элементов многоэлементного преобразователя для контроля цилиндрического изделия с заданными физическими и геометрическими параметрами.
Сформировать базу модельных сигналов от дефектов с различными геометрическими характеристиками.
Выявить признаки модельных сигналов для определения характера и объема дефектов.
Разработать алгоритм обработки данных вихретокового контроля на предмет отбраковки изделий.
Сформировать базу экспериментальных сигналов от дефектов с различными геометрическими характеристиками.
Выявить признаки экспериментальных сигналов для определения типа и объема дефектов, сравнить их с модельными.
Апробировать алгоритм обработки вихретоковых данных на экспериментальных сигналах, полученных с помощью многоэлементного преобразователя при вихретоковом контроле цилиндрических изделий и при необходимости провести его корректировку.
Решить обратную задачу неразрушающего контроля с целью оценки повторяемости результатов применения разработанного алгоритма.
Методы исследования
В работе использованы сеточный метод моделирования распределения электромагнитных полей (метод конечных элементов), эксперимент, метод формализации, метод сравнения, а также методы цифровой обработки сигналов и математической статистики.
Научную новизну работы составляют следующие положения
Выведены формулы для расчета количества элементов многоэлементного преобразователя и определения координаты дефекта, находящегося между соседними элементами при контроле цилиндрических изделий.
Разработана конечно-элементная модель процедуры вихретокового контроля для получения сигнала вихретокового преобразователя при его перемещении вдоль оси цилиндрического изделия.
Теоретически описан и составлен алгоритм определения объема дефектов при автоматическом анализе данных, получаемых с помощью многоэлементного преобразователя. При этом дефект может занимать произвольное расположение между соседними элементами преобразователя.
Основные положения, выносимые на защиту
Математическое обоснование определения координаты дефекта, находящегося между соседними элементами при контроле проводящих цилиндрических изделий многоэлементным преобразователем.
Математическое обоснование выбора количества элементов многоэлементного преобразователя при вихретоковом контроле проводящего материала изделий.
Математическое обоснование и алгоритм определения объема дефектов, произвольно расположенных между соседними элементами многоэлементного вихретокового преобразователя при контроле цилиндрических изделий.
Практическая значимость
Практическая ценность работы связана с разработкой алгоритма, позволяющего в автоматическом режиме производить обработку сигналов, полученных от многоэлементного вихретокового преобразователя и давать заключение о наличии дефектов и их параметрах. Разработанный в диссертации метод обработки сигналов позволяет автоматически идентифицировать выявленные дефекты вне зависимости от их месторасположения на предмет отбраковки контролируемого изделия, повышая производительность вихретокового контроля с применением многоэлементного преобразователя. На основе полученных параметров и типе дефектов возможна своевременная корректировка технологического процесса на этапе изготовления изделий.
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы могут быть использованы как для проектирования многоэлементых преобразователей, так и для обработки вихретоковых сигналов, получаемых с их помощью.
Разработанный алгоритм анализа данных, позволяющий определять объем дефектов вне зависимости от их месторасположения относительно элементов преобразователя, внедрен на ПАО «Машиностроительный завод», входящем в Топливную компанию «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом».
Достоверность
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, разработанных в диссертации, подтверждается сопоставлением с публикациями в научных изданиях, а также проверкой с использованием экспериментальных данных, полученных на модельных и реалистичных образцах.
Вихретоковый контроль тепловыделяющих элементов
В статье [2] описывается высокоточное измерение внутреннего диаметра трубчатых объектов контроля с помощью внутреннего многоэлементного накладного преобразователя с погрешностью 0.015 мм. Представлены конструкции вихретоковых катушек, а также механическое устройство преобразователя. Авторы подробно обосновывают выбор вихретокового метода контроля для решения поставленной задачи. Последовательно описывают шаги по созданию надежной техники для измерения внутреннего диаметра трубчатых объектов с помощью вихревых токов.
В качестве одной из основополагающих причин, по которой был выбран многоэлементный внутренний накладной преобразователь, указывается возможность не только измерения диаметра трубы, но и возможность обнаружения дефектов в ее стенках. Большое влияние на точность измерения диаметра оказывает зазор между каждой катушкой и стенкой трубы, поэтому авторами статьи было принято решение о создании конкретной системы измерения для конкретного диаметра (например, преобразователь диаметром 81 мм может быть использован только для контроля трубы диаметром 81 мм). Другая проблема – это проблема центрирования. Так как задача состоит в измерении диаметра, то авторы выбрали менее сложный в реализации способ центрирования преобразователя по диаметру, а не по средней линии трубы.
На рис. 1 показан прототип системы измерения внутреннего диаметра труб, которая состоит из двух колец вихретоковых катушек. Было выявлено, что наиболее точное измерение обеспечивает кольцо, находящееся в центре системы. Это расположение катушек было выбрано разработчиками в дальнейшем. Подавление шумов для каждой из катушек достигается путем сложения сигнала данной катушки с сигналом катушки, находящейся на противоположной стороне кольца.
Катушки были спроектированы таким образом, чтобы максимизировать влияние на них изменения зазора и минимизировать влияние других факторов, таких как изменение температуры и структуры материала. С этой же целью была подобрана частота тока возбуждения равная 1 кГц. Ввиду того, что чувствительности каждой из катушек кольца немного различаются, для каждой из них автоматически задается усиление и фазовый угол на настроечном образце.
Но необходимо отметить, что в статье [2] не описаны алгоритмы определения внутреннего диаметра трубы и, тем более, нахождения и определения местоположения дефекта в стенке. Авторы говорят о возможности нахождения дефектов, но не указывают на возможности определения их местоположения и оценки размеров.
В статье [3] показана возможность применения вихретокового метода контроля для получения электромагнитных изображений. Электромагнитные изображения получаются с помощью одно-, двух- и трехмерных многоэлементных накладных преобразователей. Авторы отмечают то, что данные преобразователи работают на низких частотах, что обеспечивает глубокое проникновение вихревых токов в ОК. Это дает возможность определения не только поверхностных дефектов, но и подповерхностных несплошностей и аномалий.
В работе говорится о таких недостатках автоматического сканирования ОК одиночным накладным вихретоковым преобразователем, как высокая стоимость систем сканирования, большие затраты времени и возможность контроля объектов только простой формы. В качестве преимущества называется высокое качество изображения ввиду постоянства характеристик ВТП.
Авторы делают выбор в пользу трансформаторного ВТП, представленного на рис. 2, и дают этому подробное обоснование, включающее компьютерное моделирование. Основное его преимущество – это детектирование подповерхностных дефектов и аномалий. . Трансформаторный ВТП, используемый для нахождения подповерхностных дефектов Вместо того чтобы перемещать одиночный ВТП, авторы предлагают с помощью электроники перемещать электромагнитное поле, используя массив (матрицу) описанных выше преобразователей. Тем самым система вихретокового контроля сужается до мультиплексора, АЦП и ЦАП. Все остальные компоненты и функции передаются программному обеспечению ПК. В представленной статье описываются три варианта применения матриц ВТП для получения электромагнитных изображений: 1. одномерная матрица преобразователей; 2. двухмерная матрица преобразователей;
Для каждого из случаев приведены примеры использования на конкретных ОК. Авторы говорят о том, что применение метода перемещения электромагнитного поля имеет потенциал в визуализации и определении скрытых дефектов, а также о неоспоримом преимуществе данного метода -снижении стоимости и сложности оборудования. Но в статье отсутствует описание методов обработки получаемых сигналов. В частности нет информации о случае, когда дефект располагается между соседними ВТП, а этот случай требует особых методов и алгоритмов обработки сигналов для оценки величины и опасности дефекта. В работе [4] говорится о преимуществах использования многоэлементных накладных преобразователей (матричных преобразователей). Авторы отмечают, что типичные методы контроля поверхностей требуют химической обработки поверхности и больших временных затрат, в то время как применение вихретокового метода может устранить эти недостатки.
Развитие техники и программного обеспечения сделали возможным использование метода вихревых токов в новых областях. В частности, стало возможно применение матричных преобразователей для инспекции больших поверхностей, для контроля которых в прошлом применялись одиночные ВТП. Авторы приводят сравнительную характеристику контроля одиночным преобразователем и многоэлементным накладным преобразователем. Среди преимуществ последнего они выделяют скорость контроля, отсутствие системы сканирования (но есть возможность подключения) и повышение вероятности обнаружения дефекта. При равных условиях время контроля поверхности одиночным преобразователем превосходит время контроля МНП в 30 раз. В статье говорится о том, что развитие производства гибких печатных плат было использовано для разработки нового типа вихретокового преобразователя. В результате были получены тонкие и гибкие катушки, которые могут работать так же, как и обычные катушки. У гибких катушек много преимуществ, но наиболее важное – это возможность их использования в матричных преобразователях, что делает их менее дорогими. Гибкие МНП могут быть применены для контроля поверхностей сложной формы, содержащих острые углы и закругления.
Расчет оптимального количества элементов многоэлементного преобразователя
Постоянные интегрирования С3 и С4 определяются также из граничных условий. Если координата г имеет значение Rc (радиус ферритового сердечника), то напряженность электрического поля Е\(г) имеет максимальное значение, равное Е0. При изменении координаты г от Rc до бесконечности напряженность электрического поля изменяется от Е0 до нуля. Таким образом, функция Ei(r) при r = Rc должна быть равна 1, следовательно С4 = Rc, а С3 равно нулю. В результате уравнение (35) принимает вид: Напряженность электрического поля в материале объекта контроля запишется следующим образом:
Из выражения (37) видно, что напряженность электрического поля на поверхности объекта контроля (при z = 0) убывает пропорционально координате г. Таким образом, радиус эффективной площади вихревых токов превышает радиус ферромагнитного сердечника одноэлементного накладного преобразователя в е раз.
Введение понятия эффективной площади вихревых токов на поверхности позволяет рассчитать расстояние, на котором должны располагаться два соседних одноэлементных накладных преобразователя. Каждый из одноэлементных накладных преобразователей создает свою эффективную площадь вихревых токов. Чтобы эффективные площади охватили всю поверхность трубы по периметру, границы эффективных площадей вихревых токов должны соприкасаться, следовательно, центры ферромагнитных сердечников соседних одноэлементных накладных преобразователей будут располагаться на расстоянии двойного радиуса эффективной площади вихревых токов (рис. 21).
Для того чтобы охватить всю внешнюю поверхность по периметру (внешний диаметр трубы D) эффективными вихревыми токами, количество одноэлементных накладных преобразователей «для внешней поверхности трубы определяется соотношением: тЮ лО 2Яэф 2eRc (3 ) Выражение (38) является ориентировочным и при проектировании многоэлементного преобразователя расстояние между одноэлементными преобразователями подбирается более точно.
Рассмотрим пример расчета многоэлементного преобразователя для цилиндрического объекта контроля с внешним диаметром D = 6.8 мм. Размеры ферритового сердечника: диаметр сердечника - 1.5 мм (Rc = 0.75мм); длина сердечника - 8 мм. Количество одноэлементных преобразователей необходимое для охвата внешней поверхности ОК эффективными вихревыми токами, согласно (38), равно п = 5.2.
Учитывая дальнейшую компьютерную обработку сигнала, удобнее выбрать количество одноэлементных преобразователей, кратное степени числа 2, то есть принять п = 4. Рассмотрим три случая: п = (4, 5, 6).
При п = 4 диаметр площади, охватываемой одним одноэлементным преобразователем, равен Dвт = n-Dln, то есть Dвт = 5.341 мм. При этом расстояние между сердечниками / = Dвт - 2RC= 3.841 мм, а напряженность электрического поля при изменении г от Rc до Rc + I определяется выражением: f 0.75 0.75 (39) E4(r,0) = E0\ + \ r 3.841 + 1.5-rJ При n = 5 диаметр площади, охватываемой одним одноэлементным преобразователем, равен Dвт = 4.273 мм. Расстояние между сердечниками l = 2.773 мм. Напряженность электрического поля при изменении r от Rc до Rc + l определяется выражением:
График изменения относительной напряженности электрического поля при n = (4, 5, 6) Из приведенных зависимостей напряженности электрического поля при разных значениях n, видно, что зависимости Е(r) значительно отличаются друг от друга. Поэтому применение МНП с количеством элементов равным расчетному значению (n = 5) приведет к наиболее оптимальным результатам контроля. В приведенном расчете, как отмечалось ранее, контролируемая поверхность для каждого элемента преобразователя считается плоской. Ввиду этого при расчете числа одноэлементных ВТП для контроля труб или прутков малых диаметров следует уточнять расчетное значение, учитывая радиус кривизны поверхности, например, с помощью математического моделирования.
В процессе перемещения многоэлементного преобразователя вдоль трубы дефекты типа трещин могут оказаться как непосредственно под одним из ферромагнитных сердечников, так и между ними. Если дефект располагается под одним из сердечников, то координата этого дефекта определяется координатой этого одноэлементного преобразователя. Если дефект Рис. 21. Взаимное расположение преобразователей (вид сверху) располагается между сердечниками одноэлементных преобразователей, то степень близости к тому или иному преобразователю необходимо рассчитывать по уровню сигнала соседних одноэлементных преобразователей. Рис. 22. Взаимное расположение преобразователей (вид сбоку)
Аналитическое выражение для распределения напряженности электрического поля между двумя соседними одноэлементными накладными преобразователями можно получить на основе выражения (37). Если центр одного из ферромагнитных сердечников расположить в начале системы координат, то максимум напряженности электрического поля для этого преобразователя будет находиться на окружности с радиусом г = Rc. Центр другого сердечника будет иметь радиальную координату Г] (рис. 22), при этом координата г і определяется выражением:
Расчет оптимального количества элементов многоэлементного преобразователя с помощью математического моделирования
Максимальное расхождение в фазах годографов от внутренних лысок для одного и того же угла составляет 3.0 (при = 90), что позволяет говорить о том, что годографы вносимого напряжения от внутренних дефектов различной протяженности при одном и том же угле отклонения имеют одинаковые фазы, как и в случае внешних дефектов. Также необходимо отметить, что годографы от всех дефектов типа внутренней лыски имеют фазы в интервале от -155 до -115. Более точное определение границ интервала будет представлено далее.
Обработка сигналов, полученных с помощью математического моделирования Анализ сигналов, полученных с помощью конечно-элементного моделирования процедуры вихретокового контроля цилиндрических изделий многоэлементным накладным преобразователем, показал, что в качестве признака, позволяющего отличать внутренние дефекты от внешних можно использовать угол наклона () годографа (рис. 59, рис. 71) вносимого дефектом напряжения на комплексной плоскости. Данный признак обеспечивает надежное отличие внешних лысок от внутренних для любого угла . На рис. 72 представлена комплексная плоскость, на которой выделены области фаз годографов для внутренних и внешних дефектов.
Соответственно, если фаза годографа попадает в красную область, то дефект признается внешним, если в зеленую, то внутренним.
Определив характер дефекта (внешний или внутренний), необходимо определить его объем и сделать вывод о годности контролируемого объекта. Объем дефекта может быть определен исходя из амплитуды годографа вносимого им напряжения.
Самый простой случай соответствует расположению дефекта непосредственно под одним из элементов МНП. В этом случае, если амплитуда годографа вносимого напряжения, наводимого на дынный элемент, превосходит определенный пороговый уровень, то дефект признается недопустимым, и ОК бракуется. Но, как правило, дефект располагается в промежуточном положении между соседними ВТП, входящими в состав МНП. В этом случае выявление объема дефекта усложняется, так как амплитуда годографов для каждого из элементов может не превосходить порогового уровня, а дефект по-прежнему может являться недопустимым. Поэтому для определения объема дефекта, расположенного между соседними элементами необходимо разработать алгоритм, позволяющий по амплитудам годографов для двух соседних преобразователей рассчитать амплитуду годографа, соответствующую случаю расположения дефекта непосредственно под одним из элементов МНП рассматриваемой пары.
Было выявлено, что функция (63) аппроксимирует исходные данные наилучшим образом по сравнению с функциями иного вида. Поведение выбранной функции полностью соответствует изменению амплитуды годографа сигнала при перемещении дефекта от исследуемого элемента МНП к соседнему.
За уникальную величину для каждой из аппроксимирующих кривых, по значению которой можно отличить объем одного дефекта от другого, была принята величина амплитуды годографа комплексного вносимого напряжения Umax = U(0). По сути, это значение амплитуды годографа от дефекта непосредственно находящегося под элементом МНП, от которого получен сигнал с учетом погрешности аппроксимации (таблица 8).
Затем были исследованы зависимости коэффициентов a, b, c от величины Umax и получены соответствующие аппроксимации для внешних (рис. 75 – рис. 77) и внутренних (рис. 78 – рис. 80) дефектов, участвующих в модели.
Из таблицы видно, что максимальная погрешность аппроксимации для внутренних дефектов не превышает 9%, а для внешних – 21%, причем максимальные значения погрешности соответствуют случаю, когда дефект располагается непосредственно под одним из соседних элементов МНП относительно рассматриваемого и определение объема дефекта осуществляется по сигналу, полученному от соседнего элемента. Для остальных значений угла отклонения для внешних дефектов погрешность не превышает 9%, а для внутренних - 5.5%.
На основе формулы (67) был разработан алгоритм автоматического преобразования сигналов, полученных от двух соседних накладных ВТП (элементов МНП) от дефекта типа лыски при 0 р 90 в сигнал от преобразователя при ср = 0. Для определения годности ОК задаются два пороговых значения напряжения: Uiev = lfHeuiiev - для внешних дефектов, Uiev = UeHympiev - для внутренних. Входными параметрами алгоритма являются два значения амплитуды годографов А\ и А2 (А\ А2), полученные от соседних элементов МНП при сканировании ОК и соответствующие им фазы (углы наклона) годографов. Обработка входных данных производится следующим образом:
Если фаза годографа сигнала попадает в область внешних дефектов (рис. 72), то для дальнейшей обработки сигнала используется функция (67) с коэффициентами, рассчитанными для случая внешней лыски (таблица 9) и пороговое значение 1Гнешы. Если фаза годографа попадает в область внутренних дефектов (рис. 72), то для дальнейшей обработки сигнала используется функция (67) с коэффициентами, рассчитанными для случая внутренней лыски (таблица 9) и пороговое значение lfHympkv. Если хотя бы одна из фаз годографов расположена между областей (рис. 72), то индикация не является сигналом от дефекта и требует детального рассмотрения. 2. Если Аг Ukv, то объект контроля бракуется, без дальнейшей обработки сигнала. 3. Если условие пункта 2 не выполнено, то находится такое значение Umax, для которого сумма неизвестных ері и ср2 в системе уравнений (68) будет равна 90 с заданной точностью.
Анализ экспериментальных сигналов от внешних дефектов
Основой экспериментальной установки является вихретоковая испытательная система Elotest PL-500 [38], которая предназначена для промышленного контроля труб, прутков, изделий автомобильной и авиационной промышленностей. Главным ее достоинством является возможность работы в мультиплексорных режимах: режим мультиплексирование параметра (разделение сигналов по частоте) и режим мультиплексирования преобразователей.
В первом режиме различные параметры измерительного канала (частота, усиление, фаза, фильтр и т.п.) последовательно устанавливаются для одного и того же преобразователя. В зависимости от выбранной частоты измерения частота переключения может достигать 32 кГц. Работа в режиме мультиплексирования параметра – стандартное свойство контрольно-измерительного прибора. На один ВТП возможно мультиплексировать до 16 наборов параметров (частота, усиление, фильтр и пр.).
Во втором режиме происходит быстрое переключение одного и того же канала на разные датчики. В зависимости от выбранной частоты измерения частота переключения может также достигать 32 кГц. Для работы в режиме мультиплексирования преобразователей требуется как минимум один модуль мультиплексирования ВТП.
Таким образом, было выделено 8 каналов, а именно возбуждение каждого из четырех элементов производилось на двух частотах: 110 кГц – дифференциальный режим, 30 кГц – абсолютный. Сигналы, полученные по абсолютным каналам, позволяют отслеживать момент появления ОК в зоне контроля МНП, а также момент выхода контролируемого объекта из зоны контроля многоэлементного преобразователя без дополнительных датчиков.
По причине отсутствия в Elotest PL-500 функций анализа (например, измерения фазы, амплитуды и так далее) полученных сигналов в системе используется персональный компьютер (ПК). Связь между ПК и вихретоковой испытательной системой устанавливается средствами Ethernet. Запись и обработка получаемых сигналов, а также настройка параметров Elotest PL-500 осуществляется с помощью программы Ariel, разработанной на кафедре ЭИ. Эта программа состоит из двух модулей: модуля сбора данных (ArielAquire) и модуля обработки сигналов (Ariel). Модуль обработки сигналов позволяет выделить интересующую часть сигнала по одному из каналов и определить амплитуду и угол наклона годографа индикации от дефекта по всем каналам (рис. 83).
Специально для проведения экспериментов был разработан настроечный образец (рис. 84), по своим свойствам и параметрам аналогичный цилиндрическому объекту, описанному в параграфе 3.1. Образец содержит вставки с искусственными дефектами в виде внутренних и внешних лысок (специальных фрезеровок), а также проточек. Дефекты выполнены таким образом, что полученные от них сигналы идентичны сигналам, полученным от реальных дефектов. Длина настроечного образца 950 мм. Схема сборки настроечного образца представлена в приложении 2.
В процессе получения экспериментальных сигналов от дефектов было необходимо пропускать настроечный образец через многоэлементный преобразователь под разными углами ориентации дефектов относительно осей
ВТП. С этой целью была изготовлена проградуированная шкала (рис. 85), которая позволяет устанавливать необходимый угол перед началом движения объекта контроля, совмещая риску на настроечном образце с одной из рисок на шкале.
Перед процессом получения вихретоковых данных, которые стали основой для алгоритма обработки реальных сигналов, необходимо было убедиться в повторяемости сигналов от одного и того же дефекта для каждого из элементов многоэлементного преобразователя. С этой целью были получены десять дифференциальных сигналов от каждого из ВТП от проточки №4 (приложение 2).
Для оценки случайной погрешности измерений амплитуды и фазы рассматриваемых сигналов были выполнены следующие расчеты [26]:
Значения отклонений амплитуды от среднего значения не превосходит 2.6%, а фазы – 0.6%. Исходя из этого, повторяемость результатов была признана удовлетворительной.
С целью уменьшения случайной погрешности при создании алгоритма обработки реальных вихретоковых данных было проведено 5 идентичных экспериментов. Каждый эксперимент заключался в прохождении настроечного образца через МНП под различными углами ориентации дефектов () относительно элементов многоэлементного преобразователя. Необходимый угол задавался путем совмещения риски на образце с определенной риской на проградуированной шкале. Так как ОК совершал только поступательное движение через МНП, то угол во время одного прохода не изменялся. Каждый эксперимент состоял из 36 проходов настроечного образца через МНП. Угол варьировался от 0 до 350 с шагом = 10. Всего было совершено 180 проходов ОК через многоэлементный преобразователь, во время которых было зарегистрировано 720 сигналов от всех четырех ВТП на частоте 110 кГц.
На рис. 86 снизу представлены мнимая и действительная компоненты годографа индикации сигнала от дефекта при полном проходе настроечного образца через МНП. Широкими (внешними) границами синего цвета выделены области компонент, представленные в более детальном виде сверху слева. Красными рамками на рисунке выделены индикации от дефектов типа внешних лысок. Номер индикации соответствует номеру дефекта в приложении 2. Сверху справа находится годограф сигнала, заключенного между узкими (внутренними) границами. В таблицах 13-15 представлены все значения амплитуд и фаз (углов наклона) годографов для всех внешних лысок для всех экспериментов и углов .