Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Схема амплитудного детектора (а) и графическая иллюстрация принципа выпрямления (б): 7 — входной сигнал; 2 — волйт-амнсрная характеристика; 3 — сигнал носке детскгора; 4 — выходной сигнал Рис. 5.9. Принцип преобразования сигнала в частотном дискриминаторе; 1 — входной сигнал„2 — функция нрсобразования колебательного ко~пса; 3 — выходной сигнал При отклонениях несущей частоты модулированных колебаний от резонансной частоты сок контура изменяется амплитуда выходного си~нала Увых, причем влияние модулированных колебаний тем слабее, чем острее резонансная кривая ~рис, 5З), Резонансные свойства контура зависят от его добротности О, определяемой выражением 182 5.2.
З~ектромагнмтиые лоиационаые системы где Й вЂ” константа, Недостатком схемы является нелинейность ес функции преобразования. Для умсньше~~~я нелинейности исп~~ьзу~~ двухконтурные дискриминаторы. 5.2. Электромагнитные локанионные системы 1) магнитные — возбуждение постоянным или низкочастотным магнитным полем; 2) вихрстоковыс — возбуждение переменным магнитным полем частотой от 2 10 до 5.10 Гц; 3) радиоволновыс .— возбуждение высокочастотным магнитным полем частотой от 3.10 до 3 10 Гц.
5.2.1. Магнитные локационные системы Магнитпые ЛС являются основными средствами неразрушающсг троля в литейном и прокатном производствах. Их используют для дсфектоскопии — выявлен~я нарушений сплошности пред~ето~ из ф магнитных материалов, обнаружения мелких (3...10 мкм) трещин на верхности, определения толщины немагнитных покрытий на магнитн нове и толщины стенок изделий из магнитных и нсмагнитных матер Принцип магнитной дефсктоскопии иллюстрирует рис. 5.10, а. Если д :;;,:,':::,:- из ферромагнитного материала находится в однородном магнитном по при отсутствии в материале дефектов м~гни~~~й пото~ Ф практичсс выходит за пределы детали, так как магнитная индукция в воздухе меньше, чем в металле, Следовательно, магнитное сопротивление '.;:1':.'.
щицы ширицой Ь будет намного выше, чем ферромагнетика (рис. 5.1 Использование магнитных систем в задачах дефектоскопии ~;;::::::,:- создания достаточно высоких уровней магнитной индукции в матер ~::.;:-,- тали. Поэтому определяющее значение приобретают собственно ма ~-,-:.... характеристики материала, для оценки которых используют такие ~ ~~;::-;:; ры, как остаточная индукция Во,, намагниченность Я и магнитная имчивость с. Намагниченность представляет собой векторную в "!,'- характеризующую состояние материала при воздействии на него м '':,: го поля напряженностью Н: В в рраз Ир тре- О, 6). требует нале дегнитные ~арамет- восприеличину, агнитно- 183 Принцип работы электромагнитных локационных систем (ЭЛС) основан на взаимодействии магнитного поля преобразователя с металлическими объектами.
Эти системы обычно используют для параметрического контроля и дефектоскопии, а также для измерения расстояний, вибраций и т. п. В качестве ЧЭ служат дросссли и трансформаторы различной формы В зависимости от частоты магнитного поля ЭЛС разделяют на три груп- 5.
Локациоииые информационные системы где Мр — магнитный момент единицы объема У тела. Рис. 5.10. Гаспределение магнитного поля (а) и изменение магнитного сопротивления (6) а области дефекта: 1 — детали; 2 — трещина; 3 — магнитные линии Индукцию в намагниченном материале определяют по формуле В = = 1~О (Н + Б), где ро = 4я 10 7 Гн/м. Магнитная восприимчивость с характеризует способность материала намагничиваться в магнитном поле и с = ЫН. Для всех металлов г, зависит от магнитной проницаемости: с = р — 1, причем для диамагнстиков с < О, а для парамагнстиков с > О. Поскольку в обоих случаях 1х нс зависит От напряженности маГнитнОГО пОля и мало Отличается от единицы, значения магнитной восприимчивости для диа- и парамагнетиков весьма малы: Ю ...10 и 10 ..;Ю: соответственно.
Магнитные дефсктоскопы позволяют Обнаруживать подповерхностные трещины .и раковины.на. Глубине до 20 мм. Магнитные ЛС применяют также для измерения зазоров в магнитных цепях. В системах этОГО типа испОльзуют как индуктивные, так и индукционные датчики. В первых вариация магнитного сопротивления зазора вызывает изменение .индуктивности катушки, во вторых — ЭДС .индукции, В простейших магнитных. системах катушка внешним источником питания не возбуждается; при этом выходной сигнал возникает только при движении объекта относительйо датчика. На этом принципе построены магнитные головки разных типов, использующиеся в системах магнитной записи сигналов.
Для повышения эффективности магнитных головок их сердечник выполняют из материала с большой магнитной проницаемостью (феррита„ пермаллоя и др.). В системах измерения зазоров или малых расстояний головка содержит. две кагушки — первичную и вторичную, при этом первая является катушкОй. возбуждения и питается От внсшнеГО источника напряжения, а вторая — сигнальной.
Пример использования. индукционной головки наведения для управле- ния подвижным мобильным средством приведен на рис. 5.11, а. Головка 5.2. Электромагнитные локсщионные системы включена в состав навигационной системы транспортной тележки, перемещающейся внутри цеха вдоль уложенных под полом металлических шин. Катушка возбуждения создает высокочастотное электромагнитное поле, которое на поверхности металлической шины наводит соответствующее магнитное поле, под действием которого во вторичных (сигнальных) катушках генерируются переменные напряжения. Обмотки катушек соединены дифференциально, в результате чего их суммарный сигнал Ц,вф соответствует разности напряжений в каждой катушке.
Угловое рассогласование а вызывает на выходе фазочувствительного выпрямителя сигнал Ц„,„, амплитуда которого пропорциональна напряжению У „ф, а знак соответствует фазе а (рис. 5.11, б). В некоторой зоне измерения при Ьа <:й40 достигается линейность функции преобразования головки наведения. Рис. 5Л 1. Схема индукционной головки наведения (а) и се функция преобразования (б): Х вЂ” поверхность пола; 2 — металлическвв шина; 3 — датчик; 4 — генератор; 5 — приемник; 6 — фазочувствительный выпрямнтель В робототехнике магнитные ЛС с индуктивными датчиками широко ис';-';,'::::,- пользуют для определения расстояния до металлического объекта. На ",;:::-':: рис, 5.12 представлена функция преобразования и схема включения индуктивного датчика в контур управления сварочным роботом. Выходные сигналы поступают в регулятор привода, который перемещает исполнительный орган ~~..":,.':,':: (сварочную головку) по соответствующей оси до тех пор, пока не будет до- ~".;::,.',:,'."стигнуто требуемое расстояние 1 в- между электродом и поверхностью за1:::: готовки.
Это расстояние, определяемое эмпирически, составляет. в среднем 6; 4 ~:.; и 3 мм для черных металлов, алюминия и меди соответственно. Погрешность позиционирования. головки при отслеживании траектории равна + 0,4 мм. в::::::::::,-' К достоинствам магнитных Х1С можно отнести простоту конструкций, ::;:- большую глубину зоны контроля, высокую надежность (на показания дат- чика практически не влияют климатические факторы и загрязнение поверх':; ности), к недостаткам — низкую разрешающуго способность и нелиней:-.;-; ность функции преобразования.
135 5. Локациоииые информационные системы и „,в Рнс. 5.12. Функция преобразования магнитной ЛС (а) и схема включсиия индуктивного датчика а контур управления сварочным роботом (б) 5.2.2. Вихретоковые локационные системы Впервые датчик вихревых токов был использован англичанином. Д. Хьюзом в 1879 г. для сравнения параметров металлических объектов. С тех пор вихреиоковые ЛС нашли широкое применение в прокатном и сварочном производствах, на транспорте, в задачах измерения геометрических параметров быстропротекающих.процессов движения и др. Системы этого типа работают в условиях активного воздействия внешней среды (при значительных перепадах температур и влажности, в агрессивных средах и т.
д.). Работа вихретоковой ЛС основана на взаимодействии внешнего магнитного поля с электромагнитным полем вихревых (замкнутых) токов, наводимых возбуждающей катушкой в любом электропроводящем объекте'. Синусоидальный или импульсный ток, действующий в катушке возбуждения датчика, создает электромагнитное поле, которое вызывает вихревыс токи в материале объекта. Электромагнитнос поле этих токов воздействует на сигнальную катушку, наводя в ней ЭДС.
В простейших схемах (без сигнальной катушки) вихревые токи воздействуют непосредственно на катушку возбуждения. Сила У вихревых токов, возбужденных в изделии, определяется урав- 1дВ нением Максвелла го1 У = — — и зависит от частоты тока обмотки возбуж- рй дения, материала объекта (его удельного электросопротивлсния р и магнитной пронипаемости и), а также расстояний между катушками и объектом, Она ! Принннп формнровання ннхревых токов в материале был открыт в 1825 г, Д.
Араго н развит впоследствии его учсннком Л, Фуко, максимальна на поверхности объекта в контуре, диаметр которого близок к диаметру катушки возбуждения (рис. 5.13). Рис. 5.13. Схема образования и эпюра вихревых токов: 1 — генератор; 2 — катушка возбуждения; 3 — сигнальная катушка; 4 — измсрнтель; 5 — мсталлнческий объект оящее время выпускают большое к чиков, размером от долей миллиме кольких граммов до сотен килогра женин катушек датчика и объекта к на три типа: проходные, накладные ки проходного датчика устанавлива атушку .возбуждения внутри, а сиг атчик также содержит две катушки, кта.
Наконец, в комбинированном асположенных с двух сторон объе возникает взаимовлияние. Так, нав вастся нс только полем вихревых то ем катушки возбуждения, а, в свою ывает нротивоЭДС в катушке возб ияпия катушек часто используют ~х сигнальных катушек — так назы моткой, а также схемы с коаксиальн тушек. В первом случае ЭДС в к и объекта компенсируются. Во вто нии катушек выходной сигнал в с м действием потока возбуждения и 187 В наст ,-„;:::;::: ковых дат сой от нес НОГО ПОЛО ':-:::.;"-'.,:::;.- разделяют Катуш ':-;:::,";;. пример, к ''';::,':-:: кладной д.
.'!:;:;.. роны объс ~,'=';:;::::-:,:: катушек, р ~,.'::;:"::. тушками :~::;:,:::.: ЭДС вызы ':,'-,::-.:;::,:::::асино пол ;,";,:;;:.' '-~ис выз ~;,'::::::."иыного вл Включеннь ',;::;,, раной на ;.":-';: '= жснием ка отсутствн -'-:.;"-аовмсстны 5.2. Электромагнитные локаиионные системы оличсство различных вихретотра до 0,5 м в диаметре и масммов. В зависимости от взаимонтроля вихретоковые датчики и комбинированные, ют с двух сторон объекта (нанвльную снаружи труби).
Нано нх размещают с одной стодатчике используют несколько кта. Бо всех случаях между каодимая в сигнальной катушке ков в объекте, но и непосредсточередь, ток в сигнальной кауждения. Для уменьшения взанесколько дифференциально ваемыс катанки с восьмеркообым и ортогональным расГ1олоаждой половинке восьмерки при ром случае при коаксиальном игнальной катушке образуется вихревых токов объекта кон- 5. Локационные информационные системы троля, что требует устранения постоянной составляющей, обусловленной катушкой возбуждения. При ортогональном же расположении катушек ток в сигнальной катушке наводится только вихревыми токами, однако и уровень выходного сигнала при этом будет ниже, чем в первом и втором случаях. Расчет вихревых токов достаточно сложен,.поэтому в большинстве случаев используют эмпирическис зависимости, полученные для разных частных случаев. Например, для вихретоковой ЛС с накладным преобразователем глубину Ь проникновения вихревых токов определяют по формуле гдс в, = 2п,~ — круговая частота тока возбуждения; р — удельное электросопротивление материала, Данное выражение дает завышенное значение Ь, и для более точных измерений в расчет вводят обобщенный параметр и, учитывающий диаметр Н катушки возбуждения: Следовательно, Ь- 2'0 Значение Ь глубины проникновения вихревых токов тем ближе к реальному, чем больше параметр 'о, например диаметр катушки возбуждения, При работе в диапазоне частот 0,1...10 кГц для большинства металлов Ь < 0,5...5 мм и уменьшается с увели"чением частоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
