Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 37
Текст из файла (страница 37)
В дефектоскопии с помощью вихревых токов удается обнаружить трещины наружного и внутреннего залегания длиной 1...2 мм и глубиной 0,1...0,3 мм, раковины:с глубиной залегания до 6 мм, неметаллические включения. Вихретоковые ЛС позволяют измерять толщину покрытий в диапазоне 0,001...1,0 мм. Для увеличения. глубины проникновения вихревых токов применяют специальные меры. Например, создавая в материале магнитное насыщение ~уменьшая его магнитную проницаемость), увеличивают глубину. проникновения вихревых токов до 1О мм. Особенностью вихретоковых ЛС является их многопараметричность, так как ЭДС преобразователя зависит от разных характеристик объекта контроля и окружающей среды, неявно влияющих на выходной сигнал.
Это обстоятельство определяет как достоинства, так и недостатки таких систем. Существенным я недостатком всех многокомпонентных вихретоковых датчиков является высокий коэффициент влияния информационных каналов (Л' =- 12...20 %). Для компенсации интегрального влияния внешних факторов, вызывающих дополнительную погрешность системы, в ее состав включают компенсационную катушку, на которую действуют те же факторы, что и на рабочие катушки, 5.2. Электро нй~ншлн~ ~е локг~нионные с~с~не иы кроме непосредственно измеряемого параметра. с помощью дифференциального усилителя (с уменышпь дополнительную погрешность. В задачах многопараметрического контрол сразу несколько параметров, удобно использо ретоковые датчики, получившие название маз базе матричных датчиков; широко используют параметров движущихся узкопрофильных пове лами.
Примерами таких объектов являются р провод. Матричные датчики содержат не од гнальных катушек. Так, для диагностики рельс четыре-шесть, а для контроля состояния провод На рис. 5.14 показан пример установки матр накладного типа на шасси вагона-дефектоскоп несколько идентичных катушек, намотанных имеющих общую ось вертикальной симметрии сти хОу оси продольной симметрии катушек о ~":::,;:.':. рые из них ориентированы вдоль, а некотор ~'":::::::. включения катушек дифференциальная.
Датчик ~,.'-'::.:-':- '.тот О,!...1,0 МГц, располагают непосредственн ком расстоянии над контролируемым рельсом. ':::;:. параметры пути обозначены так: Лх„ЬЬ вЂ” сме ~::;::,::::,, вертикальном направлении соответственна; Ж, ~:.::::,= зор в стыке рельсов. На рис. 5.14, 6 показан бок Ьх Суммируя сигналы с катушек м. 2.3) можно существенно б Рис. 5Л4. Схема установки матричного вихретокового датчика «Спектр» ~а) и боковой износ рельса ~б): 1 — рельсовая колея; 2 — датчик; 3 — вагон-дефевтоскоп В мат ":,::-:::::Нвприме '-;;-::аерпенд .::;:1ев А-:, Л разделение измеряемых факторов. хОу оси продолыюй симметрии ствительны к изменению парамсти параллельны оси рельса — к па- !89 ричных датчиках осуществляется р, катушки, у которых в плоскости икулярны оси рельса, наиболее чув у и ~й, а катушки, у которых эти ос я, когда приходится измерять вать многокомпонентные вихричных.
ЗЛС, построенные на для контроля геометрических рхностей с разрывами и устуельсовый путь и контактный ну, а несколько ~матриц) сиового пути обычно применяют а — две катушки. ичного вихретокового датчика а. Датчик представляет собой на прямоугольный каркас и О.. В горизонтальной плоскортогональны, поэтому некотоые — поперек рельса. Схема , работающий в диапазоне часо под вагоном на фиксированНа рис. 5,14, а контролируемые щение оси рельса в боковом и Лу — изменение высоты и заовой износ рельса Лг, 5. Ло~йИиониыв ~вфо~~ий~йо~~~~ сис~йеиы =0,05 мм =0,2 мм 0,08 0,04 0,04 0,08 Ь, мм 6 Рис. 5.15. Схема вихретоковой системы фирмы Акаеву Масй~пев для контроля качества отливок (а) и ее функции преобразования (б) 190 раметрам Лх и Лг, Рассмотренная система установлена в передвижной лаборатории компл~кс~~Й диа~~о~ти~~ пути, способн~Й проводить контроль при скорости движения вагона по железнодорожной магистрали до 80 км/ч.
Другой распространенной областью применения вихретоковых Лс является сварочное производство, где их используют для слежения за сварочным швом. Многокомпонентный вихретоковый датчик измеряет параметры взаимного положения свариваемых деталей и сварочной головки: расстояние От центра датчика до ОбъсктОв сварки или, линии шва, ширипу шва и др. Важной областью применения вихрстоковых Л(. "является также перазрушающий контроль ~зд~~~Й металлургической промышленности.
Поскольку структурное состояние металлов влияет на их электрические и магнитные свойства, оказывается возможным контролировать не только сплошиость материала, но и его ~~~и~е~~иЙ состав, а также качество термической обработки и состояние поверхностного слоя после механической обработки. Схема такой системы для автоматизации процесса контроля оплошности отливок и ее функции преобразования представлены на рис. 5.15. Система включает несколько разнотипных вихретоковых датчиков, что позволяет детерминировать различные дефекты: длину 1 и толщину Й наружных царапин, глубину О залегания трещин и т. д.
Выходным сигналом датчика является изменя|ощаяся частота генерации, которая с помощью частотного дискриминатора преобразуется в аналоговый амплитудный сигнал Ув„,„, пропорциональный измеряемому параметру. Заметим, что функции преобразования данной системы нелинейпы (см. рис. 5.!5, О). Для их линеаризации в схеме используется нормализатор.
5.2. Электромагнитные локационные системы В табл, 5Л дана характеристика некоторых вихретоковых ЛС. Таблица 5.1 Основные параметры вихретоковых ЛС К достоинствам вихретоковых ЛС можно отнести надежность, простоту конструкций и высокую разрешающую способность; к недостаткам — нелинейность функции преобразования, низкую точность измерений, сравнительно малую глубину зоны контроля. 5.2.3. Электромагнитные локационные системы специального назначения В последнее время все чаще 3ЛС применяют для решения специальных ':,..:'--.,задач экстремальной робототехники, а также задач, связанных с обеспече;::;; йием безопасности, контролем доступа и т.
и. Первые разработки в этой об'!'.,-'::;."."':,ласти датируются 20-ми годами ХХ в., когда в США были созданы устрой,::::::.:ства, позволяющие обнаруживать выносимые с заводов детали. К середине „":: ХХ в. в СССР на Монетном дворе были установлены приборы, способныс '=','-:::::риличать изделия из черных и цветных металлов.. Во время второй мировой ,=:::::.:;:::.войны активно развивались средства поиска мин, и к концу ХХ в, было раз",:; работано большое количество различных схем миноискателей, позволяю',:.:;: а~их обнаруживать мины всех типов, включая пластиковые.
В зависимости от области применения ЭЛС специального назначения ."-; ~ажно разделить на две группы: детекторы металлов и электромагнитные ";;:::антенны. Часто эти системы называют металлоискателями, понимая под ',зтим активные или пассивные ЭЛС, предназначенные для обнаружения мс-':.,~алли веских предметов из черных и цветных металлов в непроводящих и „'"',-::.жабо проводящих средах ~дерево, одежда, пластмасса). Дальность обна,'.;" ~ужения металлических объектов в таких системах составляет 20...200 мм. !91 5. Локииианные информационные системы Основным элементом металлоискателя является антенна, регистрирующая пассивные металлосодержащие объекты в зоне обнаружения или определяющая наличие электромагнитных полей в этой зоне. В наиболее распространенных схемах металлоискателей антенна содержит две катушки — излучающую и приемную (сигнальную).
Для уменыпения взаимовлияния между катушками в металлоискателях, так же как и в вихретоковых ЛС, используют специальные схемы соединения сигнальных катушек: с взаимно перпендикулярными (рис. 5.16, а) и со скрещивающимися осями (рис. 5.16, б), дифференциальную (рис. 5,16, в) и компланарную (рис. 5.16, е, д). В последнем случае сигнальная катушка выполнена в виде восьмерки и помешена внугрь излучающей, при этом датчик максимально приближен к поверхности земли. Г д Рис. 5.16. Схемы расположения катушек металлоискателя: а — с взаимно перпендикулярными осями; 6 — со скрещивающимися осями; в — дифференциальная; г, д — компланарная; ! — излучающая катушка„2 — приемная катушка В основе большинства методов расчета металлоискателей лежит модель антенны, состоящей из двух катушек в виде бесконечно тонких рамок с вза- =:":: имно перпендикулярными осями.
Магнитный поток излучающей катушки попадает на объект и переотражается от него на сигнальную катушку. Следовательно„объект можно представить эквивалентной рамкой, магнитный момент М,„которой зависит от тока, т. е. проводимости объекта, его размеров и т. д. Таким образом, модель взаимодействия антенны металлоискателя с объектом соответствует взаимодействию трех рамок с током. Количест- -.-:;:;,''. венно отраженный от объекта сигнал можно оценить по индукции, наведен-:.=''.':;; ной в сигнальной катушке.
Магнитный момент эквивалентной рамки зави-;:,':, сит от формы объекта. Для однородного шара радиусом г 5.2. Электромагнитные локаиионные системы 4л1р — 1) Вг, ЭНРОН где  — индукция магнитного поля излучающей катушки; ц — магнитная проницаемость материала шара. Недостатком металлоискателя с двумя катушками является зависимость его функции преобразования от ориентации на объект.
Этот недостаток от!,':: сутствует у индукционных металлоискатслсй, в антеннах которых использу: ется только одна катушка. Наведенное в объекте магнитное поле восприни. мается той же катушкой, при этом к индукции возбуждения добавлясгся составляющая, пропорциональная магнитному моменту М~.
Основными характеристиками мсталлоискателя являются чувствителью,.-:";::;: ность, разрешающая способность и сслсктивность, под которой понимается возможность детектировать объекты из разных металлов. Значении этих характеристик зависят от частоты ~„магнитного поля излучающей катушки. Так, с увеличением )" возрастает разрешающая способность металлоискателя, для оценки которой используют радиус г некоторой эквивалентной монеты.
Эмпирически установлена связь между радиусом эквивалентной монеты и частотой магнитного поля излучающей катушки: 15р 2щхог ~':-;,-":::, Например, для обнаружения медной монеты диаметром 25 мм необходимая частота магнитного поля излучающей катушки должна составлять 1 кГц. Промышленные металлоискатели работают в широком диапазоне частот от 1.кГц до 1 МГц. На низких частотах ~1...15 кГц) обеспечивается слабая чувствительность к влияющим факторам (мокрый песок, мелкие объекты, стружка) при разрешающей способности, достаточной для обнаружения ;:,;= ' объектов малого и среднего размера ~металлических коробок, труб, монст и пр,).
Для повышения разрешающей способносги частоту магнитного поля :.' излучающей катушки увеличивают до 0,1...0,5 МГц. Еще одним типом ЭЛС специального назначения являются устройства, -",-:':,Работающие в радиоволновом СВЧ'дйапазоне и получившие название гео- '~,-,'-:.,:.-'радаров. Как следует из названия, системы этого типа используют принцип ;-',: активной локации и предназначены для обнаружения различных объектов, .;: расположенных в грунте. В отличие от рассмотренных выше систем геора.,' 4ар предназначен для обнаружения главным образом неметаллических объ- ~::;;-':."актов: пустот в поверхностных слоях грунта:, подземных коммуникаций, по';:",::;,лезных ископаемых, пластмассовых мин и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
