RU2022262C1

RU2022262C1 - Heat flaw detector

Info

Publication number: RU2022262C1
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Фесенко; Сергей Семенович Маташков; Валерий Васильевич Штейнбрехер; Владимир Семенович Шленкин
Original assignee: Александр Иванович Фесенко; Сергей Семенович Маташков; Валерий Васильевич Штейнбрехер; Владимир Семенович Шленкин
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: flaw meter has thermal head 1 provided with thermal flux primary converter 2, heater 3, temperature difference electron regulator 5, integral and differential channels 6 and 7, level detector 12, defect indicator 13, control circuit, pulse counter 18, decoder 19, code-to-voltage converter 21 and digital indicator 20. Thermal pulse sequence is applied to tested specimen and value of this sequence is defined. EFFECT: improved precision; improved reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему методу контроля качества металлических и неметаллических композиционных материалов и клеемеханических соединений путем тепловой дефектоскопии. The invention relates to a non-destructive method for controlling the quality of metallic and nonmetallic composite materials and glucose-mechanical compounds by means of thermal flaw detection.

Известен тепловизионный дефектоскоп, содержащий источник нагрева, тепловизионную камеру, связанную с видеоконтрольным устройством, блок коммутации, блок памяти, два формирователя сигналов, блок команд, блок вычитания, причем тепловизионная камера соединена через блок коммутации с входами блока памяти и первого формирователя сигналов, выход первого формирователя непосредственно, а выход блока памяти через второй формирователь соединены с входами блока вычитания, выход которого соединен с видеоконтрольным устройством, причем блок команд соединен с управляющим входом коммутатора и блоком памяти. Known thermal imaging flaw detector containing a heating source, a thermal imaging camera associated with a video monitoring device, a switching unit, a memory unit, two signal conditioners, a command unit, a subtraction unit, the thermal imaging camera connected through the switching unit to the inputs of the memory unit and the first signal conditioner, the output of the first the shaper directly, and the output of the memory block through the second shaper is connected to the inputs of the subtraction block, the output of which is connected to the video monitoring device, and the block lp is connected to the control input of the switch and the memory unit.

Недостатком известного тепловизионного дефектоскопа является малая глубина дефектоскопии. A disadvantage of the known thermal imaging flaw detector is the shallow depth of the flaw detector.

Известен теплометрический дефектоскоп, наиболее близкий к предлагаемому, содержащий нагреватель, установленный в одном корпусе с первичным преобразователем теплового потока, терморегулятор, соединенный с первичным преобразователем, индикатор дефекта, детектор уровня, соединенный с индикатором дефекта, интегральный канал, состоящий из последовательно соединенных интегратора и аттенюатора, подключенного к первому входу дефекта уровня, и последовательно соединенных дифференциатора и амплитудного детектора, подключенного к второму входу детектора уровня, причем входы интегратора и дифференциатора связаны с первичным преобразователем теплового потока, цепь управления, состоящая из измерителя отношений, к входам которого подключены выходы дифференциатора и амплитудного детектора, и триггера, первичный вход которого соединен с выходом измерителя отношений, второй - с выходом первичного преобразователя теплового потока, а выход - с индикатором дефекта интегратора. Known thermometric flaw detector closest to the proposed one, containing a heater installed in one housing with a primary heat flux converter, a temperature controller connected to the primary transducer, a defect indicator, a level detector connected to a defect indicator, an integral channel consisting of an integrator and an attenuator connected in series connected to the first input of the level defect, and series-connected differentiator and amplitude detector connected to the second an ode to the level detector, the integrator and differentiator inputs being connected to the primary heat flow transducer, a control circuit consisting of a ratio meter, the inputs of which are the differentiator and amplitude detector outputs, and a trigger, the primary input of which is connected to the output of the ratio meter, and the second to the output primary heat flow transducer, and the output with an integrator defect indicator.

Недостатком данного теплометрического дефектоскопа является сравнительно малая глубина дефектоскопии, обусловленная ограничением по энергии подаваемого на испытуемый образец теплового импульса. Увеличение энергии теплового воздействия приводит к значительным температурным перепадам в приповерхностном слое контролируемого образца, что может вызвать в нем физико-химические превращения и механические разрушения. The disadvantage of this thermometer flaw detector is the relatively shallow depth of the flaw detector, due to the limitation in energy of the heat pulse supplied to the test sample. An increase in the energy of thermal action leads to significant temperature differences in the surface layer of the controlled sample, which can cause physicochemical transformations and mechanical damage in it.

Целью изобретения является повышение информационной способности дефектоскопа. Последнее выражается в том, что определение дефекта в образце осуществляется на большую глубину. The aim of the invention is to increase the information ability of the flaw detector. The latter is expressed in the fact that defect determination in a sample is carried out to a great depth.

Указанная цель достигается тем, что теплометрический дефектоскоп дополнительно снабжен последовательно соединенными счетчиком, дешифратором и преобразователем кода в напряжение, а также цифровым индикатором, причем вход счетчика подключен к выходу триггера, выход преобразователя - к входу регулятора перепада температур, а вход цифрового индикатора - к выходу дешифратора. This goal is achieved by the fact that the flaw detector is additionally equipped with a counter, decoder and code-to-voltage converter connected in series, as well as a digital indicator, with the counter input connected to the trigger output, the converter output to the input of the temperature differential controller, and the digital indicator input to the output decoder.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается наличием новых элементов схемы - счетчика, дешифратора, преобразователя кода в напряжение, цифрового индикатора и их связями с остальными элементами схемы. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of new circuit elements - a counter, a decoder, a code-to-voltage converter, a digital indicator and their connections with other circuit elements.

Таким образом, оно соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, it meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что счетчик, дешифратор, преобразователь кода в напряжение и цифровой индикатор широко известны в технике, однако введенные в указанной связи с остальными элементами схемы в предложенное устройство для тепловой дефектоскопии они позволяют расширить его функциональные возможности. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the counter, decoder, code-to-voltage converter and digital indicator are widely known in the art, however, they are introduced into the proposed device for thermal flaw detection, introduced in this connection with the other elements of the circuit, to expand its functionality. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На чертеже представлена структурная схема теплометрического дефектоскопа. The drawing shows a structural diagram of a thermometric flaw detector.

Теплометрический дефектоскоп содержит тепловую головку 1 с первичным преобразователем 2 теплового потока (ППТП) и нагревателем 3, разделенных металлической стенкой 4, электронный регулятор 5 перепада температур, связанный с нагревателем 3, интегральный 6 и дифференциальный 7 каналы, подключенные к выходу ППТП 2. The thermometric flaw detector contains a heat head 1 with a primary converter of heat flux 2 (PPTP) and a heater 3, separated by a metal wall 4, an electronic temperature controller 5, connected to the heater 3, integral 6 and differential 7 channels connected to the output of the PPTP 2.

Интегральный канал 6 состоит из последовательно соединенных интегратора 8 аттенюатора 9, а дифференциальный канал 7 - из последовательно соединенных дифференциатора 10 и амплитудного детектора 11. Выходы каналов 6 и 7 соединены с входами детектора 12 уровня, соединенного своим выходом с входом индикатора 13 дефекта. Вход и выход амплитудного детектора 11 соединены с измерителем 14 отношения, который совместно с последовательно соединенным триггером 15 образует цепь управления. Выход триггера 15 соединен с интегратором 8 и с индикатором 13 дефекта. Выход ППТП также подключен к входу триггера 15. На чертеже также показан контролируемый образец 16 с внутренним дефектом 17. Выход триггера 15 также подключен к последовательно соединенным счетчику импульсов 18, дешифратору 19 и цифровому индикатору 20. Выход дешифратора 19 через последовательно соединенный преобразователь 21 кода в напряжение связан с задатчиком регулятора 5. The integrated channel 6 consists of a series-connected integrator 8 of the attenuator 9, and the differential channel 7 consists of a series-connected differentiator 10 and an amplitude detector 11. The outputs of the channels 6 and 7 are connected to the inputs of the level detector 12, connected by its output to the input of the defect indicator 13. The input and output of the amplitude detector 11 are connected to a ratio meter 14, which together with a series-connected trigger 15 forms a control circuit. The output of the trigger 15 is connected to the integrator 8 and to the indicator 13 of the defect. The output of the PPTP is also connected to the input of the trigger 15. The drawing also shows a controlled sample 16 with an internal defect 17. The output of the trigger 15 is also connected to a series-connected pulse counter 18, a decoder 19 and a digital indicator 20. The output of the decoder 19 through a series-connected code converter 21 to voltage is connected to the regulator 5.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Нагреватель 3 создается тепловой поток со стороны стенки 4, который регистрируется ППТП 2. Заданное значение теплового потока обеспечивается регулятором 5 температуры с вмонтированным в него задатчиком температуры перегрева над температурой окружающей среды. The heater 3 creates a heat flux from the side of the wall 4, which is registered by the PPTP 2. The set value of the heat flux is provided by the temperature controller 5 with a temperature set-point set for overheating above the ambient temperature.

Перед проведением контроля качества материалов устройство предварительно калибруется на эталонном бездефектном образце. Before conducting quality control of materials, the device is pre-calibrated on a reference defect-free sample.

В процессе контроля напряжение с выхода ППТП 2 поступает на интегратор 8 и дифференциатор 10 и переключает триггер 15. Интегратор 8 вычисляет определенный интеграл напряжения, пропорционального тепловому потоку через ППТП 2 с момента начала контроля до установления стационарного состояния. Сигнал контроля определяется спадом на выходе триггера 15. In the control process, the voltage from the output of the PPTP 2 is supplied to the integrator 8 and the differentiator 10 and switches the trigger 15. The integrator 8 calculates a certain voltage integral proportional to the heat flux through the PPTP 2 from the moment the control starts until the stationary state is established. The control signal is determined by the decline at the output of the trigger 15.

Скорость изменения напряжения на выходе ППТП 2 регистрируется дифференциатором 10, которая прямо пропорциональна скорости изменения теплового потока, поглощаемого контролируемым образцом 16. Напряжение U₁₀ с выхода дифференциатора 10 поступает на амплитудный детектор 11. Выходное напряжение U₁₁ амплитудного детектора 11 равно максимальному значению производной dU₁₀/dτ (τ - время) и характеризует максимальную скорость убывания теплового потока через ППТП 2. Напряжения U₁₀ и U₁₁ с выходов дифференциатора 10 и детектора 11 поступают на входы измерителя 14 отношения. Последний формирует управляющий сигнал, переключающий триггер 15 в исходное состояние, при достижении определенного отношения напряжений на его входах, например (U₁₁/U₁₀) ≥ 3.The rate of change of voltage at the output of the PPTP 2 is registered by the differentiator 10, which is directly proportional to the rate of change of the heat flux absorbed by the controlled sample 16. The voltage U ₁₀ from the output of the differentiator 10 is supplied to the amplitude detector 11. The output voltage U _{11 of the} amplitude detector 11 is equal to the maximum value of the derivative dU ₁₀ / dτ (τ - time) and characterizes the maximum rate of decrease of the heat flux through PPTP 2. Voltages U ₁₀ and U ₁₁ from the outputs of the differentiator 10 and detector 11 are fed to the inputs For 14 relationships. The latter generates a control signal that switches the trigger 15 to its original state, upon reaching a certain voltage ratio at its inputs, for example (U ₁₁ / U ₁₀ ) ≥ 3.

В итоге измеритель 14 отношения индуцирует наличие квазистационарного состояния, определяемого как уменьшение скорости нагрева контролируемого образца в заданное количество раз, например в 3 раза, по сравнению с максимальной. С выхода триггера 15 сигнал поступает на интегратор 8 и одновременно на вход индикатора 13 дефекта, разрешая индикацию измерения. As a result, the ratio meter 14 induces the presence of a quasistationary state, defined as a decrease in the heating rate of a controlled sample by a predetermined number of times, for example, 3 times, compared with the maximum. From the output of the trigger 15, the signal goes to the integrator 8 and at the same time to the input of the defect indicator 13, allowing the measurement indication.

Выходное напряжение интегратора 8, подаваемое через калибровочный аттенюатор 9 на вход детектора 12 уровня, пропорционально количеству тепла, необходимого для нагрева контролируемого образца 16 до определенной установившейся температуры, т.е. величине объемной теплоемкости контролируемого участка. The output voltage of the integrator 8, supplied through the calibration attenuator 9 to the input of the level detector 12, is proportional to the amount of heat required to heat the controlled sample 16 to a certain steady-state temperature, i.e. the volumetric heat capacity of the controlled area.

Участок контролируемого образца с дефектом имеет меньшую теплоемкость, чем бездефектный участок, из-за уменьшения его плотности. Поэтому входное напряжение детектора 12 уровня при контроле образца с дефектом меньше, чем при контроле бездефектного участка, на величину, пропорциональную разнице объемных теплоемкостей контролируемого и эталонного образцов. The area of the controlled sample with a defect has a lower heat capacity than the defect-free area, due to a decrease in its density. Therefore, the input voltage of the level 12 detector when controlling a sample with a defect is less than when monitoring a defect-free section by an amount proportional to the difference in the volumetric heat capacities of the controlled and reference samples.

Выходное напряжение с амплитудного детектора 11 поступает на второй вход детектора 12 уровня. Это напряжение характеризует скорость нагрева контролируемого образца, зависящее от объемной теплоемкости и теплового сопротивления испытуемого образца. В образцах с дефектом типа нарушения сплошности меньшая постоянная времени, чем в бездефектном. Таким образом, напряжение на втором входе детектора 12 уровня при контроле образца с дефектом увеличивается на величину, пропорциональную разности тепловых постоянных времени контролируемого и эталонного образцов. The output voltage from the amplitude detector 11 is supplied to the second input of the level detector 12. This voltage characterizes the heating rate of the controlled sample, depending on the volumetric heat capacity and thermal resistance of the test sample. In samples with a defect of the type of discontinuity, a shorter time constant than in a defect-free one. Thus, the voltage at the second input of the level 12 detector when controlling a defective sample increases by a value proportional to the difference in the thermal time constants of the controlled and reference samples.

Разность входных напряжений фиксируется детектором 12 уровня, что увеличивает чувствительность дефектоскопа. На синфазные изменения входных напряжений, связанные с погрешностями измерений, детектор 12 уровня не реагирует. С его выхода сигнал поступает на индикатор 13, который индицирует состояние контролируемого участка (дефект, нет дефекта) только при поступлении на второй вход индикатора 13 разрешающего сигнала с выхода триггера 15. The difference in input voltage is detected by a level 12 detector, which increases the sensitivity of the flaw detector. To in-phase changes in input voltages associated with measurement errors, the level detector 12 does not respond. From its output, the signal enters the indicator 13, which indicates the state of the area being monitored (defect, no defect) only when an enable signal from the output of the trigger 15 arrives at the second input of the indicator 13.

В исходном состоянии в счетчике 18 записана единица. При переключении (сбросе) триггера 15 в счетчик 18 записывается дополнительная единица, на выходе счетчика устанавливается число 2. Число со счетчика через дешифратор 19 и преобразователь 21 кода в напряжение устанавливает задающее напряжение на регуляторе 5 перепада температур. Повторные переключения триггера 15 регистрируются на индикаторе 20. Напряжения на выходе преобразователя 21 кода при этом изменяются. In the initial state, one is recorded in counter 18. When switching (resetting) the trigger 15, an additional unit is written to the counter 18, the number 2 is set at the counter output. The number from the counter through the decoder 19 and the code-to-voltage converter 21 sets the reference voltage on the temperature differential controller 5. Repeated switching of the trigger 15 are recorded on the indicator 20. The voltage at the output of the Converter 21 code when this changes.

Таким образом, в дефектоскопе осуществляется подача последовательности тепловых импульсов на испытуемый образец, что позволяет прогревать образец на большую глубину и определять дефекты типа нарушения сплошности, более глубоко залегающие при сохранении небольших температурных градиентов в приповерхностном слое испытуемого образца. Thus, in the flaw detector, a sequence of thermal pulses is supplied to the test sample, which allows the sample to be heated to a greater depth and to identify defects such as discontinuities that occur more deeply while maintaining small temperature gradients in the surface layer of the test sample.

Claims

TEPLOMETRIC DEFECTOSCOPE containing a heater installed in one housing with a primary heat flux converter, a temperature differential controller connected to the primary transducer, a defect indicator, a level detector connected to a defect indicator, an integral channel consisting of an integrator and an attenuator connected in series to the first level detector input, and a differential channel consisting of a series-connected differentiator and an amplitude detector connected to the second input of the level detector, as well as a control circuit consisting of a ratio meter, the inputs of which are connected to the outputs of the differentiator and amplitude detector, and a trigger, the first input of which is connected to the output of the ratio meter, the second to the output of the primary heat flux converter, and the output with a defect indicator and an integrator, and the integrator and differentiator inputs are connected to the primary heat flux transducer, characterized in that it is additionally equipped with a counter connected in series m pulses decoder, a code-to-voltage converter, and a digital indicator of the amount of heat pulses, wherein the counter input connected to the output flip-flop, the output of code converter in the voltage connected to an input differential temperature controller, and the input digital indicator connected to the output of the decoder.