Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Поскольку на практике электропроводность и магнитная проницаемость объекта контроля по длине изменяется плавно, то дифференциальный ВТП значительно подавляет сигналы от неоднородности этих параметров, практически не ослабляя сигналов от коротких дефектов.
3.7.3.Подавление мешающих факторов в аналоговых преобразователях. При двухпараметровом контроле в качестве носителя информации может быть использована либо амплитуда вносимого напряжения ВТП, либо его фаза, либо проекция вектора на выбранное на комплексной плоскости направление. Соответственно различают амплитудный, фазовый и амплитудно-фазовый способы выделения полезной информации.
Амплитудный способ выделения информации. Пусть, например, параметры вносимого напряжения объекта контроля характеризуются точкой А на комплексной плоскости вносимого напряжения (рис.3.19). Этой точке соответствуют номинальные значения контролируемого параметра Рк0 и подавляемого параметра Рп0.
Рис.3.19. Амплитудный способ выделения полезной информации:
Рк - линия влияния контролируемого параметра;
Рп – линия влияния подавляющего параметра
При изменении контролируемого параметра Рк конец вектора вносимого напряжения перемещается по линии влияния контролируемого параметра Рк , обозначенной стрелкой. При изменении подавляемого параметра Рп конец вектора вносимого напряжения перемещается по линии влияния подавляемого фактора Рп , также обозначенного стрелкой. Как видно из рис.3.19 амплитуда вносимого напряжения, т.е. амплитуда вектора , зависит одновременно от обоих параметров Рк и Рп. Для того, чтобы избавиться от зависимости вносимого напряжения от подавляемого параметра Рп, начало координат плоскости вносимых напряжений переносят из точки О в точку К, которая лежит на нормали к линии влияния подавляемого фактора в точке А. Начало координат можно сместить введением компенсирующего напряжения последовательно с измерительной обмоткой ВТП. Если изменение подавляемого параметра Рп вызывает смещение конца вектора из точки А в точку В, то разность амплитуд векторов U = 0. В то же время при изменении контролируемого параметра Рк вектор вносимого напряжения смещается в точку С и изменение сигнала U = 0.
Амплитудный способ двухпараметрового контроля целесообразно применять тогда, когда линии влияния подавляемого параметра близки к дугам концентрических окружностей, а точка К является центром этих окружностей, причем, наилучшие условия разделения влияния Рк и Рп будут, когда угол между линиями влияния Рк и Рп 90. Если 20о, то применение метода неэффективно.
Структурная схема прибора, действие которого основано на амплитудном способе выделения информации, приведена на рис.3.19. Генератор 1 возбуждает преобразователь 2, сигнал с измерительных обмоток которого через сумматор 3 и избирательный усилитель 4 поступает на амплитудный детектор 5, выходной сигнал которого измеряется индикатором 6. Характерная особенность этой схемы - наличие компенсатора 7, позволяющего смещать начало координат плоскости вносимого напряжения в точку, необходимую для подавления мешающего фактора. Наличие в схеме прибора амплитудного детектора говорит о применении именно амплитудного способа отстройки.
При фазовом способе выделения полезной информации за информативный параметр принимается фаза вносимого напряжения. Поскольку фаза вносимого напряжения вн вектора зависит одновременно от контролируемого к и подавляемого п параметров, начало координат плоскости вносимых напряжений необходимо передвинуть в точку , лежащую на касательной к линии влияния подавляемого фактора п в точке (рис.3.20).
б
Рис.3.20. Векторная диаграмма фазового способа выделения полезной информации (а) и структурная схема устройства с фазовым способом отстройки(б):
к - линия влияния контролируемого параметра;
п - линия влияния подавляемого параметра
Смещение начала координат также происходит за счет подачи компенсирующего напряжения . После смещения начала координат за информативный фазовый угол принимается угол между направлением касательной ММ (опорная фаза) и направлением вектора при изменении контролируемого параметра к. Так, если под воздействием к точка А переместилась в точку C ,то выходным параметром является фаза с. Если же под действием подавляемого фактора п рабочая точка А переместилась в точку В, то фаза измеряемого сигнала b незначительно изменилась относительно опорной фазы.
Как амплитудный, так и фазовый способ выделения полезной информации эффективно действуют в том случае, если изменение подавляемого фактора п смещает рабочую точку в небольших пределах, так что линия влияния п в этих пределах может считаться прямой. Если 20о, то применение метода неэффективно. Структурная схема прибора, действие которого на фазовом способе выделения информации, приведена на рис.3.20. Генератор 1 возбуждает преобразователь 2. Сигнал измерительных обмоток ВТП поступает на сумматор 3 и далее через избирательный усилитель 4 на измерительный вход фазового детектора 8. На опорный вход фазового детектора поступает опорный сигнал с генератора, фаза которого повернута с помощью фазовращателя 9 и совпадает с линией ММ. Напряжение компенсатора 7 смещает начало координат плоскости вносимых напряжений в точку, лежащую на линии ММ. Фазовый детектор 8 преобразует сдвиг фаз в постоянное напряжение, которое измеряется индикатором 6. Выходной сигнал идеального фазового детектора не зависит от амплитуды входных сигналов и пропорционален только разности фаз входных сигналов одинаковой частоты. Обычно входы фазового детектора равноценны и смена входов означает лишь изменение знака выходного постоянного напряжения.
Амплитудно-фазовый способ выделения полезной информации
При амплитудно-фазовом способе за информативный параметр принимается проекция вектора контролируемого параметра к на направление нормальное к линии влияния подавляемого фактора п в точке А (рис.3.21).
При этом начало координат смещается непосредственно в точку А и анализируются сигналы, возникающие при отклонении положения точки А. Для смещения начала координат в точку А нет необходимости применять специальные компенсаторы – для этого достаточно пользоваться дифференциальным ВТП, в котором начальные и вносимые напряжения измерительных обмоток вычитаются. Если при изменении контролируемого параметра рк рабочая точка А переместиться в точку C, то информативным параметром будет величина проекции вектора на нормаль NN, т.е. вектор . В случае же, если изменится подавляемый фактор рп и рабочая точка А переместиться в точку B, то выходным информативным параметром будет проекция вектора на нормаль NN, т.е. вектор . Нетрудно видеть, что при небольших изменениях подавляемого фактора рп в окрестностях точки А амплитуда полезного сигнала много больше амплитуды мешающего сигнала:
Рис.3.21. Векторная диаграмма амплитудно-фазового способа выделения полезной информации (а) и структурные схемы устройств с амплитудно-фазовым способом отстройки (б и в)
Структурные схемы дефектоскопов, действие которых основано на амплитудно-фазовом способе выделения полезной информации, приведены на рис.3.21. Если в качестве фазочувствительного устройства используется электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), то в зависимости от способа индикации применяют две основные структурные схемы. На рис 3.21,б приведена структурная схема с временной разверткой на экране («способ синусоиды»). На вертикальные пластины ЭЛТ подается усиленный усилителем 3 сигнал вихретокового преобразователя 2, а на горизонтальные - пилообразное напряжение от генератора развертки 5, синхронизируемого генератором 1 через фазовращатель 4. Таким образом, на экране ЭЛТ возникает периодическая кривая, фаза которой плавно изменяется с помощью фазорегулятора 4. Это позволяет фиксировать мгновенное значение сигнала, а при синусоидальной кривой сигнала – проекцию вектора сигнала на принятое направление. При таком способе возможна индикация несинусоидальных сигналов при контроле ферромагнетиков в сильных магнитных полях.
На рис 3.21,в приведена структурная схема прибора с ЭЛТ и двумя фазовыми детекторами 4 и 5 (схема реализует так называемый способ точки). Опорные напряжения на детекторы 4 и 5 поступают через фазорегулятор 6. Фазовращатель 7 сдвигает на 90о фазу опорного напряжения, поступающего на детектор 5. Таким образом, постоянные напряжения на выходах детекторов 4 и 5 пропорциональны проекциям вектора сигнала на два взаимно перпендикулярных направления. Используя фазовый регулятор 6, можно добиться, чтобы под влиянием мешающего фактора светящаяся точка на экране ЭЛТ смещалась по одной из осей, тогда изменение контролируемого параметра может быть учтено смещением точки по другой оси. Следовательно, в данном случае на экране ЭЛТ отображается комплексная плоскость сигналов ВТП. В последние годы широкое распространение получило применение вместо ЭЛТ жидкокристаллических экранов, которые потребляют значительно меньше энергии, что особенно важно в портативной аппаратуре контроля.
Амплитудно-фазовый детектор можно представить как перемножающее устройство, на информационный вход которого поступает сумма синусоидальных гармонических сигналов одной частоты, но с различными амплитудами и фазовыми сдвигами:
На второй (управляющий) вход АФД поступает прямоугольное напряжений той же частоты с амплитудой Uупр и начальной фазой упр. В идеальном случае амплитуда управляющего напряжения Uупр не влияет на коэффициент передачи АФД, который полностью определяется фазой управляющего напряжения упр. Допустим, что в моменты времени, когда управляющее напряжение Uупр отрицательно, коэффициент передачи АФД равен нулю (рис.3.22). Тогда в моментs времени, когда управляющее напряжение положительно, коэффициент передачи АФД равен 1.
Рис.3.22. Диаграммы работы амплитудно-фазового детектора
Если на вход АФД воздействует один гармонический сигнал Uвхsin(t + вх), то выходное напряжение АФД определяется как
U0 = (1/)Uвхcos(Uвх Uупр) = (1/)Uвхcos(вх - упр) (3.48)
В случае, если вх = упр (рис.3.22а) на выход АФД проходят положительные полуволны входного сигнала, выходной сигнал АФД максимален по амплитуде. Если вх = упр + 90 (рис.3.22б), среднее значение выходного напряжения АФД равно нулю, т.к. площади положительной и отрицательной полуволны выходного напряжения равны. Для того, чтобы получить информацию о среднем значении выходного напряжения АФД (т.е. о постоянной составляющей этого сигнала), на выходе АФД обязательно включается RC-фильтр нижних частот с большой постоянной времени (). Необходимо четко понимать, что за информативный параметр собственно АФД принимается постоянная составляющая выходного сигнала на выходе RC-фильтра, а не сигналы Uвых, представленные на рис.3.22, которые приведены для иллюстрации принципа амплитудно-фазового детектирования. Формула (3.48) дает значение именно постоянной составляющей сигнала, коэффициент 1/ соответствует однополупериодному детектированию. В случае двухполупериодного детектирования необходимо использовать коэффициент 2/. Таким образом, выбирая фазу опорного напряжения АФД из условия
вх= упр+ 90, (3.49)
можно полностью подавить сигнал Uвхsin(t + вх) на выходе АФД. Это означает, что на выходе АФД до RC-фильтра вы можете наблюдать (например, при помощи осциллографа) сигнал, подобный Uвых на правой части рис.3.32, причем при изменении амплитуды сигнала Uвх (но при неизменной фазе вх) амплитуда сигнала на экране осциллографа будет пропорционально изменяться. На выходе RC-фильтра сигнал будет отсутствовать и постоянная составляющая сигнала равна нулю, что и означает подавление входного сигнала с фиксированной фазой вх, а формула (3.49) определяет условие этого подавления.
В случае двухпараметрового контроля на вход АФД воздействует напряжение контролируемого параметра Uкsin(t + к) и подавляемого параметра Uпsin(t + п). Выходное напряжение АФД при этом
U0 = [Uкcos(к - упр) + Uпcos(п - упр)]1/ (3.50)
Обеспечив условие п= упр + 90, мы обратим в нуль второе слагаемое и тем самым подавим мешающий параметр Uп. Практически фазу опорного напряжения изменяют с помощью фазовращателя ФВ, включенного в тракт управляющего (опорного) напряжения АФД.
Геометрическая интерпретация уравнений (3.49) и (3.50) означает, что выходное напряжение АФД пропорционально проекции входного напряжения (или сумме проекций каждого из входных напряжений) на направление, задаваемое начальной фазой управляющего (опорного) напряжения.
Из (3.50) следует, что в одноканальном дефектоскопе с одним АФД можно подавить только один мешающий фактор, причем для подавления мешающего фактора необходимо, чтобы фазовый угол между контролируемым и подавляемым параметром был не менее 15-20.
Для того, чтобы процесс отстройки от мешающего фактора можно было проводить визуально, вихретоковые дефектоскопы с амплитудно-фазовой отстройкой часто строят по схеме с осциллографом в режиме комплексной плоскости (рис.3.21). В этом случае структурная схема прибора содержит два идентичных амплитудно-фазовых детектора 4 и 5 с объединенными входами. Формирователи управляющих (опорных) напряжений этих детекторов получают сигналы с выхода фазовращателя 6 и квадратурного фазовращателя 7, выходные напряжения которых сдвинуты по фазе на 90. На выходах детекторов 4 и 5 при этом получается активная и реактивная составляющие входного напряжения детекторов относительно фазы опорного напряжения на выходе фазовращателя 6. Эти составляющие напряжения через фильтры нижних частот ФНЧ подаются на входы усилителей горизонтального и вертикального отклонения осциллографа (усилители идентичны и обладают одинаковым коэффициентом усиления). Экран осциллографа в этом случае представляет комплексную плоскость вносимого напряжения ВТП, на нем появляется изображение светящейся точки, отклонение положения которой от центрального положения пропорционально амплитуде сигнала на выходе детекторов 4 и 5, а угол наклона произволен и определяется фазовращателем 6. Такое построение дефектоскопа позволяет опытному оператору проводить отстройку от мешающего фактора для работы с различными объектами контроля и при различных мешающих факторах. Отстройка от мешающего фактора заключается в том, что с помощью фазовращателя 6 фазу опорного напряжения выбирают такой, чтобы вносимое напряжение, обусловленное воздействием только мешающего параметра, на экране осциллографа лежало, например, на горизонтальной оси. Это означает, что в канале Y (на выходе детектора 4) влияние мешающего фактора подавлено. Затем проверяют параметры вносимого напряжения, обусловленного контролируемым параметром. Если между векторами от контролируемого параметра и мешающим параметром имеется достаточный угол (15-20), то контроль можно проводить, причем контролируемый параметр нужно регистрировать с выхода канала Y. Если угол между векторами (оцененный по экрану осциллографа) контролируемого и мешающего параметра слишком мал, необходимо изменить условия контроля, изменив обобщенный параметр контроля.
В случае применения параметрических ВТП наибольшее распространение для отстройки от мешающих факторов получили два способа: включение ВТП в резонансный контур и включение ВТП в контур автогенератора [1].
3.7.4. Подавление мешающих факторов в блоке дискретных преобразований. При многопараметровом контроле возможен случай, когда все приведенные выше способы борьбы с мешающими факторами не позволяют полностью исключить их влияние и выходная информация блока аналоговой обработки сигналов ВТП зависит от контролируемого и нескольких мешающих параметров. Для примера рассмотрим метод выделения полезной информации из трех сигналов U1, U2 и U3 , зависящих от контролируемого параметра pк и двух подавляемых параметров рп1 и рп2 , считая, что чувствительности сигналов U1, U2 и U3 к контролируемым параметрам линейны и взаимно независимы, т.е. процесс контроля описывается системой линейных уравнений третьего порядка
(3.51)
где Sij – чувствительность i-того выходного параметра к j-ому входному параметру. Измеряемый параметр рк из этой системы уравнений определится как
(3.52)
где К1 , К2 и К3 равны отношению соответствующих определителей.
При реализации многопараметрового контроля для получения системы линейно независимых уравнений используют либо несколько рабочих частот (многочастотный способ), либо вихретоковый преобразователь с несколькими возбуждающими обмотками разного диаметра. В первом случае каждой рабочей частоте соответствует свое значение обобщенного параметра и свое уравнение преобразования параметров рп и рк в выходную величину измерительного канала. Количество измерительных каналов равно числу частот возбуждения. Во втором случае контроль происходит на одной частоте, изменение обобщенного параметра происходит за счет изменения диаметра обмотки возбуждения (при контроле накладным ВТП переключаются обмотки с разным диаметром намотки), измерение можно проводить с выхода одного измерительного канала последовательно во времени.
Обычно коэффициенты К1, К2 и К3 (комплексные в общем случае) определяются экспериментально с помощью набора стандартных образцов. Операции по настройке таких приборов трудоемки и требуют высо-
144
3
8
4
1
9
7
3
2
1