2002

С.М. Ватолин, А.М. Шанаурин, В.Е Щербинин.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ФЕРРОЗОНДОВЫЕ ПРИБОРЫ Ф-205.03, Ф-205.30А, Ф-205.38

Кратко описан принцип действия и даны технические характеристики приборов. (Журнал 'Дефектоскопия', №9, 2002 г., стр. 46-52).

В комбинированных микропроцессорных феррозондовых приборах Ф-205.03, Ф-205.30А, Ф-205.38 нашли развитие идеи, заложенные в дефектоскопе-градиентометре ДФ-201.1 [1]. Приборы выполняют функции измерителей и дефектоскопов, а также дополнительные функции — запоминания результатов измерений и технологической информации, отслеживания текущего времени и т.п.

Как измерители приборы определяют напряженность и градиент напряженности статического магнитного поля (в приборе Ф-205.38 измеряется также напряженность переменного поля). Как дефектоскопы они сравнивают градиент статического поля с постоянным порогом (в приборах Ф-205.03, Ф-205.30А предусмотрен также режим сравнения градиента со следящим порогом).

Приборы снабжены двухстержневыми феррозондовыми преобразователями (ФП). Длина стержней значительно больше их диаметра.

На рис. 1 показаны расположение стержней (без обмоток) внутри ФП и привязка к ФП декартовых координат (x, y, z).

Рис. 1 Привязка координатных осей к ФП
1, 2 - пермаллоевые стержни; 3 - донышко.

При измерении напряженности статического поля погрешности приборов гарантируются, если поле до внесения в него ФП (невозмущенное поле) однородно внутри объема, в который при измерении помещаются оба стержня. Внутри этого объема ФП по рис. 1а позволяет измерять Н_z, по рис. 1б — Н_x (Н_z, Н_x — проекции вектора Н напряженности невозмущенного магнитного поля на оси z и x, соответственно).

При измерении градиента G напряженности статического поля погрешности гарантируются, если невозмущенное поле однородно вдоль стержней. Для измерения G используются ФП по рис. 1а. Вычисление G осуществляется по формуле

где x — база ФП, x_2,1=±x/2, _2,1 — величины, принимающие любые значения от 0 до l, l — длина стержней.

При работе в качестве дефектоскопов приборы сравнивают градиент G с порогом. Превышению порога соответствует работающий индикатор дефекта. Участок контролируемой поверхности должен сканироваться с помощью ФП вручную.

К настоящему времени в промышленности и на транспорте находятся в эксплуатации 564 прибора.

Прибор Ф-205.03 Внешний вид прибора показан на рис. 2.

1 - электронный блок; 2 - дисплей; 3 - ФП; 4 - одна из дискет с про-граммным обеспечением.

При дефектоскопировании и измерении G используются два ФП-градиентометра с базами 4 и 3 мм. Для измерения поля используются также два ФП-полемера — один для измерения H_x, другой — H_z.

При дефектоскопировании прибор Ф-205.03 может работать как в режиме постоянного, так и следящего порога.

Если установлен постоянный порог, возрастание градиента при приближении ФП к краю детали приводит к ошибкам.

На рис. 3 показана деталь с дефектом на середине. При заданном значении (рис. 3а) постоянного порога (пунктирная линия) дефект обнаруживается (средняя затемненная область), но это сопровождается ложными срабатываниями индикаторов дефектов на краях детали (периферийные затемненные области). Следящий порог позволяет контролировать поверхность детали до ее границ (рис. 3б) без ошибок.

Следящий порог вычисляется по формуле

(1)

где S_ц — центрированный порог (постоянная величина), S — усредненный градиент, который подчиняется рекуррентному соотношению

где G(n)=G(n)-G(n-1), k=_i, если W_i <G(n)i+1, i=0, 1,..., m, _i<_i+1, W_i>W_i+1. Величины W_i 'зашиты' в программу дефектоскопа, m=5.

Рис. 3 Обнаружение дефекта с постоянным а и следящим б порогами

Начальные условия в (1) задаются посредством нажатия кноки ФОН, при этом S становится равным нулю.

Технические характеристики

В памяти прибора Ф-205.03 может храниться информация о 400 проверенных деталях.

Прибор Ф-205.30А От Ф-205.03 отличается наличием манипулятора (позиция 3 на рис.4) и возможностью с помощью компьютера строить изображение пространственного распределения поля или градиента.

Рис. 4 Прибор Ф-205.30А:
1 — электронный блок; 2 — дисплей; 3 — манипулятор; 4 — одна из дискет с программным обеспечением; 5 — ФП

При перемещении манипулятора (с установленным в него ФП) по поверхности детали происходит автоматическая запись значений градиента (или поля) через каждый миллиметр пройденного пути. Участок контролируемой поверхности сканируется построчно как при телевизионной развертке. После передачи на компьютер записанных значений можно с помощью специальной программы (она находится на дискетах) получить картину распределения градиента (поля). Анализ картины на мониторе компьютера позволяет уточнить характер дефектов.

Одна из таких картин показана на рис. 5. На вертикальной оси отложены значения градиента (в А/м²), по осям x, y — расстояния до начала координат (в мм).

Отношение сигнал/помеха на мониторе компьютера можно улучшить, используя программы фильтрации изображений.

Технические характеристики приборов Ф-205.30А и Ф-205.03 совпадают за исключением того, что в памяти прибора Ф-205.30А может храниться информация о 1000 проверенных деталях (или о 16000 результатов измерений поля и градиента).

Рис. 5 Поле поперечной наклонной трещины на сварном шве

Прибор Ф-205.38. Внешний вид прибора показан на рис. 6. От Ф-205.30А прибор отличается возможностью:

• измерения напряженности и частоты переменного магнитного поля;
• записи в оперативную память значений поля и градиента через задаваемые временные интервалы. Будучи переданными на компьютер, записанные значения с помощью специальной программы (она находится на дискетах) превращаются в осциллограммы (рис.7). На рисунке напряженность поля указана в А/м, время — в мс.

Рис.6 Прибор Ф-205.38 1 — электронный блок; 2 — дисплей; 3 — ФП для измерения поля до 3000 А/м; 4 — ФП для измерения поля до 20000 А/м; 5 — одна из дискет с программным обеспечением; 6 — манипулятор; 7 — ФП для измерения градиента

В качестве измерителя статического магнитного поля прибор Ф-205.38 измеряет только величину Н_x, а в качестве дефектоскопа может работать только с постоянным порогом.

Технические характеристики

Приборы Ф-205.03, Ф-205.30А, Ф-205.38 как средства измерений зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений (№ 17803-98, сертификат RU.C.35.005.A № 5569) и допущены к применению в России.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ватолин С.М., Менщиков В.С., Шанаурин А.М., Щербинин В.Е. Дефектоскоп-градиентометр ДФ-201.1. — Дефектоскопия, 2001, № 10, с.89-91.