автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка адаптивных вихретоковых средств дефектометрии

Ефимов Алексей Геннадьевич

РАЗРАБОТКА АДАПТИВНЫХ ВИХРЕТОКОВЫХ СРЕДСТВ ДЕФЕКТОМЕТРИИ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

003473680

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009

003479680

Работа выполнена в ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр», г. Москва

Научный руководитель:

доктор технических наук

профессор Шкатов Петр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Федосенко Юрий Кириллович

кандидат технических наук, Курозаев Виктор Павлович

Ведущая организация:

НПЦ «Молния»

Защита состоится «11» ноября 2009 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 520.010.01 ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр» По адресу: 119048, г. Москва, ул. Усачёва, 35, строение 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР»

Автореферат разослан У "^октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

М.В. Королев

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность темы

Процесс производства различного класса изделий и их безопасной эксплуатации невозможен без контроля их качества неразрушающими методами. Важное место среди них занимает вихретоковый метод, который обеспечивает высокую надежность обнаружения поверхностных дефектов, высокую скорость контроля и возможность бесконтактного съема информации. Принцип вихретокового метода основан на возбуждении в контролируемом изделии вихревых токов и последующем выделении на выходе преобразователя сигнала, амплитуда и фаза которого определяются действующим вторичным полем вихревых токов.

Основными задачами неразрушающих методов контроля металлоизделий являются обнаружение дефектов сплошности и оценка их геометрических параметров. Сложность дефектометрической оценки вихретоковым методом связана с существенным влиянием на результаты измерения вариации рабочего зазора, электромагнитных свойств металла, изменения кривизны и шероховатости поверхности, а также других влияющих факторов. При ручном контроле на погрешность измерений наиболее существенно влияют: край изделия, изменение угла наклона вихретокового преобразователя (ВТП), зазор между вихретоковым преобразователем и контролируемой поверхностью, локальное изменение шероховатости и кривизны поверхности, магнитные пятна. Неоднозначность дефектометрической оценки обусловлена также формой дефекта и его расположением. В связи с большим числом влияющих факторов и необходимостью применения контрольных образцов, возможности дефектометрической оценки существующими средствами вихретокового контроля весьма ограничены, что определяет актуальность исследований и разработок, связанных с вихретоковой дефектометрией.

1.2 Состояние проблемы

В настоящее время в России и за рубежом созданы и используются в промышленности различные типы вихретоковых дефектоскопов, которые позволяют эффективно обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты типа трещин и оценивать их глубину. Однако точность определения геометрических размеров дефекта прямо зависит от электромагнитных свойств контролируемого материала и для улучшения метрологических характеристик дефектоскопа контрольные образцы с набором искусственных дефектов различной глубины необходимо изготавливать из материала объекта контроля. Оценку глубины естественного дефекта необходимо осуществлять через сравнение с эталоном. Данную проблему можно решить созданием адаптивного средства неразрушающего контроля, автоматически учитывающего свойства материала и влияющие факторы при определении глубины измеряемого дефекта.

1.3 Цель диссертационной работы

Цель данной диссертационной работы состоит в повышении

достоверности обнаружения дефектов и их дефектометрической оценки путем

разработки адаптивных средств вихретоковой дефектометрии.

1.4 Основные задачи диссертационной работы:

1. Разработать усовершенствованный ВТП и схему его включения для адаптивных средств вихретоковой дефектоскопии.

2. Провести исследования и определить изменение выходных сигналов реальных ВТП под воздействием характерных дефектов.

3. Разработать алгоритмы автоматического выбора и коррекции параметров измерения в процессе контроля: рабочих частот, чувствительности и способов обработки информации.

4. Разработать алгоритмы, автоматически учитывающие свойства материала и влияющие факторы при расчете глубины измеряемого дефекта и позволяющие выполнять дефектометрическую оценку его глубины.

5. Разработать алгоритмы, и схемотехнические решения, обеспечивающие работу средств вихретоковой дефектоскопии с зазором до 10 мм при диаметре преобразователя не более 5 мм.

6. Разработать адаптивные средства вихретоковой дефектоскопии с возможностью контроля объектов сложной геометрии с повышенной шероховатостью поверхности, коррозией, локальными структурными неоднородностями и т.д. на основе разработанных алгоритмов и решений.

1.5 Научная новизна

1. Получены математические модели для расчета выходных сигналов реальных конструкций накладных ВТП со стержневым ферромагнитным сердечником, в том числе, для ВТП с измерительной обмоткой, включенной в параллельный колебательный контур.

2. Оценка параметров дефекта по фазе выходного сигнала накладного ВТП с измерительной обмоткой, включенной в параллельный колебательный контур, позволяет значительно снизить влияние непроводящего зазора на сигнал от дефекта и улучшить соотношение сигнал/шум.

3. Для различных режимов контроля получены зависимости влияния вариации электромагнитных свойств материала, рабочего зазора и других параметров на вносимые под воздействием дефектов параметры накладного ВТП с измерительной обмоткой, включенной в параллельный колебательный контур.

4. Предложены алгоритмы, позволяющие повысить достоверность контроля и улучшить метрологические характеристики, за счет отстройки от влияния мешающих факторов и автоматического выбора квазиоптимальных режимов контроля.

1.6 Защищаемые научные положения

1. Применение корректирующей емкости, включенной в колебательный контур, позволяет снизить влияние дефекта на выходной сигнал амплитудного измерительного канала, что позволяет примерно в 2 раза увеличить диапазон рабочих зазоров.

2. Применение предложенного метода геометрической аппроксимации позволило снизить погрешность измерения глубины дефекта типа продольной трещины с 60% до 10%.

3. Применение предложенных методов цифровой фильтрации позволило снизить порог глубины выявляемого дефекта с 0.5 мм до 0.1 мм.

1.7 Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Предложенные алгоритмы аппроксимации результатов измерений и обработки сигналов, можно использовать при проведении лабораторных работ и учебного процесса по специальности 05.11.13.

2. Использование алгоритма обработки сигнала в программном обеспечении вихретокового дефектоскопа ВД-87НСТ/1 позволило значительно повысить точность измерения глубины дефекта и снизить влияние зазора.

3. Созданы эффективные средства вихретоковой дефектоскопии, с улучшенными техническими характеристиками:

• вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФП, способный работать по грубым поверхностям сложной криволинейной формы - разработан и внедрен.

• вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФК, предназначенный для контроля протяженных сварных соединений - разработан и внедрен.

• универсальный многочастотный вихретоковый дефектоскоп ВД-90НП, предназначенный для контроля наружной поверхности и сварных соединений промысловых и магистральных газопроводов, деталей и узлов насосно-компрессорных станций газопроводов в тяжелых полевых условиях.

1.8 Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на V Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (Москва, 2002г); 1-ой Национальной конференции "Методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики" (Молдова, Кишинев, 2003), III, VI и VIII Международных выставках и конференциях «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (Москва, 2004, 2007, 2009), XIV и XV Международных конференциях и выставках «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (Украина, Ялта, 2006 г, 2007 г), 13-ой и 17-ой Международных деловых встречах «Диагностика - 2003» и «Диагностика - 2007» (Сочи, 2003, 2007), III Российской научно-технической конференции "Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций", (Екатеринбург, 2007), XVIII всероссийской научно-техническая конференции по неразрушающему

контролю и технической диагностике (Нижний Новгород 2008), XVII Всемирной конференции и выставке по неразрушающему контролю (Китай, Шанхай, 2008), международной конференции "Неразрушающий контроль и диагностика - 2009" (Вильнюс, Литва, 2009), 3-й международной научно-техническая конференции и выставке «Современные методы и приборы контроля качества и диагностика состояния объектов» (Беларусь, Могилев, 2009), международной научно-техническая конференция "Информационные технологии в науке, технике и образовании"(Египет, Хургада, 2009).

По материалам диссертации опубликовано 24 печатные работы. На технические решения, реализованные в разработанных вихретоковых средствах контроля системах, получены 2 патента РФ на полезную модель и 1 патент РФ на изобретение. Разработанный на основании материалов диссертации вихретоковый дефектоскоп ВД-90НП занял 1-е место в конкурсе «ИННОВАЦИЯ 2009», проводившегося в рамках VIII Международной выставки и конференции NDT-2009 и награжден золотой медалью 1Х-го международного форума «Высокие технологии XXI века».

1.10 Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего 123 наименования.

Она содержит 150 страниц машинописного текста, 8 таблиц и 89 рисунков.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности выбранной темы диссертации, сформулированы цель работы и задачи исследования, отражена научная новизна, изложены сведения об апробации и показана практическая ценность работы.

В первой главе выполнен анализ современного состояния исследований и разработок в области вихретоковой дефектоскопии. Поставлены задачи исследования, направленные на достижение цели диссертационной работы. Представлен обзор современного состояния и тенденций развития вихретоковых средств неразрушающего контроля.

Существенный вклад в развитие вихретоковой дефектоскопии внесли российские ученые Клюев В.В., Мужицкий В.Ф., Федосенко Ю.К., Щербинин В.Е., Шатерников В.Е., Шкатов П.Н., Сапожников А.Б., Шкарлет Ю.М., Зацепин H.H., Сухоруков В.В., Дорофеев A.JI., Беда П.И., Герасимов В.Г., Власов В.В., Комаров В.А. и др.

Проведенный анализ показал, существующие средства вихретокового контроля не обеспечивают требуемую для практики погрешность измерений из-за воздействия мешающих факторов. При этом актуальными являются вопросы создания эффективных алгоритмов интерпретации результатов измерения, совершенствования дефектоскопических средств и их метрологического обеспечения.

Установлена необходимость повышения достоверности результатов ;ихретокового контроля за счет использования современных методов цифровой >бработки сигнала.

Во второй главе приведены исследования первичного преобразователя [ефектометрической информации, выполненного с помощью трехобмоточного 1рансформаторного накладного ВТП со стержневым ферромагнитным сердечником (СВТП).

Гт |— >

I I

I I

<4Е]

I

_1_

4-

а

Рис. 1. СВТП с корректирующей емкостью, где 1 - ферритовый стержень, 2 -обмотка возбуждения, 3- сигнальные обмотки, 4 - корректирующая емкость.

Предварительно проведенные экспериментальные исследования показали, что включение корректирующей емкости в колебательный контур существенно меняет характер взаимодействия СВТП с объектом контроля.

С целью эффективного использования преимуществ предложенной конструкции СВТП проводились расчетно-теоретические и экспериментальные исследования влияния мешающих факторов на параметры СВТП.

Для моделирования процесса контроля использовался метод конечных элементов (МКЭ). В качестве неизвестных использовались компоненты векторного потенциала. При моделировании МКЭ производилось преобразование, дискретизация и решение системы уравнений Максвелла для расчетной области. Моделируемые процессы можно описать используя известные уравнения Максвелла:

Мй)=7пшн дБ

го((Е) = -

51

(1) (2)

где:

В Е

Л.,

- индукция магнитного поля,

- напряженность электрического поля,

- плотность полного тока.

? - время.

Векторный магнитный потенциал Я вводится выражением: В = го/(Л)

= (7)

Для напряженности электрического поля при наличии токов проводимости справедливо выражение:

Е = -д* (4)

После проведения преобразований и учитывая что

можем записать дифференциальные уравнения, подлежащие решению:

^А-<у^г-цЗстор (5)

или для моногармонических процессов:

^2 + к2А = -МЗстор (6)

где: ц - магнитная проницаемость материала, <т - удельная электрическая проводимость, к2 - - . На границе раздела сред граничные условия имеют вид: Я. ,=Е2Г,Н11=Н2,-,Вы=В2а

В случае, когда к датчику не подключалась емкость, ЭДС каждой из измерительных обмоток вычислялась как: ^ ЭФ,

,=1 а

где:

Ф, - магнитный поток через ьый виток, IV - число витков.

В случае, если параллельно датчику подключается емкость, система уравнений дополнялась законом Ома для участка цепи и уравнением связи индуктивных элементов цепи и их реализацией в конечно-элементной модели. Для электрической схемы вторичные обмотки датчика фактически заменялись источниками напряжения с внутренним сопротивлением. Уравнение связи для этих элементов:

УУ г ЭФ

АУ = Я01 + — ЙУ (8)

где: ЛУ - падение напряжения на обмотке, Яо - активное сопротивление провода, / - ток в обмотке,

Бо - площадь поперечного сечения СВТП,

Конечно-элементные модели состояли из 8-ми, 5-ти и 4-х узловых элементов первого порядка. 8-ми узловые элементы первого порядка (гексаэдры) использовались для описания объекта контроля и преобразователя, т.е. областей, требующих повышенной точности вычисления. Для моделирования окружающего пространства вплоть до границы модели использовались 4-х узловые тетраэдры. 5-ти узловые элементы (пирамиды) использовались для стыковки гексаэдрической и тетраэдрической сеток.

- ~ = ^^ ~ - - лмж

Рис. 2. Модель для МКЭ с наложенными сетками, где 1 - СВТП, 2 - воздушный зазор, 3 - объект контроля, 4 - дефект.

На рис.2 приведена модель поверхностного дефекта типа несплошности в проводящем образце, которая была использована при моделировании. Учитывая симметрию образца и СВТП, моделирование проводилось для сектора пространства в 90 градусов, причем линия раздела проходила через ось симметрии дефекта. Данный подход к построению модели позволил значительно уменьшить количество машинного времени, необходимое для численных расчетов.

На рис.За приведены векторы плотности тока на поверхности объекта контроля для сектора пространства в 90° относительно оси преобразователя. На рис.Зб дано распределение модуля плотности тока для полупространства, образованного плоскостью, проходящей через ось симметрии СВТП, установленного над дефектом.

а)

Рис. 3. Графическое отображение

б)

плотности тока при моделировании МКЭ.

1И-1 0,045

-•-0.3 мм Р, град 12 00-ш-10 кГц

0,025

0,005

0,035

0,015

0,03

0,04

0,02

0,01

0

10

60

"О I, КГц

а)

б)

Рис. 4 Результаты, полученные при моделировании МКЭ.

На рис.4а. приведено полученное с помощью моделирования значение нормированного модуля внесенных параметров для СВТП в зависимости от частоты тока возбуждения. На рис 46, представлена зависимость фазы сигнала, как основного информативного параметра дефекта от его обобщенной глубины для различных частот тока возбуждения. Данные получены для образца, изготовленного из стали 45. Анализируя полученные данные можно сделать следующие выводы: при работе со значительным зазором предпочтительной является, соответствующая максимуму модуля внесенных параметров, так как это позволяет обеспечить наилучшее соотношение сигнал/шум; при выборе в качестве основного информативного параметра фазы и работе с минимальным зазором с ростом частоты наблюдается увеличение чувствительности и улучшение линейности фазовой характеристики при величине обобщенной глубины дефекта Ь*<1.5,

где к'=1гдеф,/Опреобр (9)

Для выполнения экспериментальных исследований, а также для обеспечения необходимого метрологического обеспечения совместно с ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИМС» был разработан, согласован, утвержден и внесен в Государственный реестр средств измерений под №40696-09 «Комплект образцов искусственных дефектов и зазоров для вихретоковой дефектоскопии КОИДЗ-ВД». В данный комплект вошли образцы с искусственными дефектами, изготовленные из сталей и сплавов, наиболее часто встречающихся в качестве материалов объектов контроля (Рис. 5).

г

Рис. 5 Комплект образцов искусственных дефектов и зазоров КОИДЗ-ВД.

Основные технические характеристики КОИДЗ В£ Таблица 1

Диапазон номинальных значений глубины дефектов, мм от0,1 до 10

Пределы допустимой погрешности значения глубины дефектов, мм от ±0,01 до ±0,25

Диапазон номинальных значений ширины раскрытия дефектов, мм от 0,05 до 0,25

Пределы допустимой погрешности значения ширины раскрытия дефектов, мм от ±0,01 до ±0.05

Диапазон номинальных значений длины дефектов, мм от 11 до 100

Пределы допустимой погрешности значения длины дефектов, мм от ±0.5 до ±1

Диапазон номинальных значений толщины образцов зазоров, мм от 0,2 до 10

Пределы допустимой погрешности значения толщины образцов, мм от ±0,02 до ±0,5

Диапазон номинальных значений радиуса кривизны криволинейных поверхностей с дефектами, мм - выпуклой - вогнутой от 13 до 510 10

Для проведения исследований была использована экспериментальная установка с выходом на персональный компьютер, имеющая следующие

характеристики:

частота возбуждения в пределах от 100 Гц до 2 МГц, ток возбуждения - от 1мА до 1 А, усиление входного сигнала составляет 20 дБ, усиление сигнала фазы можно изменять от 0,1 до 20 дБ, усиление сигнала амплитуды можно изменять от 0,1 до 20 дБ, разрядность АЦП фазы и амплитуды - 12 бит,

частота дискретизации до 3600 пар значений амплитуда/фаза в секунду. Данные об амплитуде и фазе сигнала передавались в персональный компьютер в виде цифровых данных.

Обобщенная структурная схема системы изображена на рис. 6.

I

11

/ - генератор напряжения, 2 - формирователь сигнала возбуждения, 3 - формирователь опорного сигнала, 4 - формирователь вспомогательной частоты, 5 - измерительный вшретоковый преобразователь (ВТП), б - фазовращатель, 7 - управляемый усилитель, , 8 - автоматический регулятор уровня (АРУ), 9 - управляемый полосовой фильтр, 10 - фазовый детектор, 11 - фазовый детектор сигнала вспомогательной частоты, 12 - амплитудный детектор сигнала вспомогательной частоты, 13-амплитудный детектор, 14 - масштабирующийусилитель, 15 - АЦП сигнала фазы, 16 - АЦП сигнала амплитуды, 17 - АЦП сигнала амплитуды, 18 - АЦП сигнала фазы, 19 - микропроцессор, 20 - персональный компьютер. Рис. 6 Структурная схема экспериментальной установки вихретокового контроля.

На Рис.7а приведена экспериментально полученная зависимость фазы сигнала СВТП от обобщенной глубины дефекта для различных частот возбуждения. На рис. 76 отражено влияние величины корректирующей емкости на амплитуду сигнала СВТП, нормирование проведено по максимальному значению.

о

А*

Рис 7. Результаты экспериментальных исследований.

Анализируя данные рис. 7а, можно сделать вывод о том, что экспериментальные данные подтверждают результаты, полученные при моделировании МКЭ. Данные рис. 76 устанавливают связь между величиной корректирующей емкости, амплитудой входного сигнала СВТП и частотой экстремума модуля внесенных параметров. Использование корректирующего контура, состоящего из встречно включенных сигнальных обмоток и емкости, подключенной параллельно им, позволяет добиться увеличения амплитуды выходного сигнала СВТП в 5-10 раз при значениях частоты тока возбуждения от 100 кГц до 1 МГц, что облегчает задачу корректного детектирования фазы и значительно улучшает соотношение сигнал/шум.

В третьей главе приведены алгоритмы обработки выходных сигналов ВТП для адаптивных средств дефектоскопии, разработанные с целью повышения достоверности контроля, предложен метод математической обработки результатов измерений с целью повышения точности метрологической оценки дефекта. Также предложен алгоритм автоматической адаптации средств вихретокового контроля к различным влияющим факторам.

На рис.8. Представлены результаты работы адаптивного фильтра.

I

мкс

Рис. 8. Результат работы адаптивного фильтра. Исходный и результирующий сигнал после цифровой фильтрации с использованием оконной функции, представленной на рис.9, показаны на рис. 10а и 106.

о!б ; / ''

0.4 г

0.2 у'!

О б 12 18 24 3 0 мс 4

Рис. 9. Вид оконной функции

и, в

2.5

1.9

1.3 0.7 0 I

-0.5

1

( tl

\н 1 ±H'-.№'f<t 11

-30 -20 -10 0 МС

Рис. 10

10

20 t

а)

Фильтрация с использованием оконной функции

На Рис. 11а представлен сигнал от двух дефектов с наложенным на них гармоническим шумом. На Рис. 116 показан сигнал после фильтрации с использованием метода свертки в частотной области. U, В

Зг

а) б)

Рис. 11 Фильтрация с использованием свертки сигнала в частотной области.

Оба метода дают значительное улучшение соотношения сигнал/шум, однако использование оконной функции ограничено при наличии гармонических шумов, а метод свертки дает значительное искажение исходного сигнала.

С целью повышения точности измерения были исследованы различные методы обработки результатов измерений. На рис. 12 представлены кривые, полученные для: 1 - аппроксимации по двум точкам (начало и конец диапазона); 2 - аппроксимации по 4-ем точкам (начало и конец диапазона с зазором и без зазора на частоте возбуждения, для которой линейность измеренной характеристики глубины дефекта максимально); 3 - идеального случая, 4 - расчета с помощью уравнения окружности (на основании 3-х

измеренных значений рассчитывается уравнение сектора окружности, наиболее совпадающего с характеристикой дефектов, разница между уравнением окружности и идеальной кривой принимается в качестве поправки к измеренному значению). Как видно из полученных результатов наилучшие результаты получены при использовании уравнения окружности.

Нт*

Нг*

Рис. 12. Сравнение точности измерения глубины дефектов для различных методов математической обработки, где Нг* и Нт* - обобщенные действительная и измеренная

глубины дефектов.

В четвертой главе приведены средства вихретоковой дефектоскопии, разработанные на основании результатов диссертационной работы, а также проведен анализ результатов применения различных методов математической обработки и цифровой фильтрации.

Для работы по грубым поверхностям со сложной геометрией и малыми радиусам скругления наилучшие результаты были получены при использовании дифференциальных преобразователей, трансформаторного типа, с тремя соосными катушками и ферритовым сердечником.

Разработанный вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФП зарегистрирован в Реестре Системы добровольной сертификации средств измерений - сертификат под № 090000328) и внесен в отраслевой Реестр средств измерений допущенных к применению на железнодорожном транспорте в разделе "Средства диагностики общеотраслевого применения" (свидетельство о регистрации № МТ 004.2006) [2,3,5-7,9,10,12].

Дефектоскоп широко используется при неразрушающем контроле деталей и узлов подвижного состава в соответствии с РД32.150-2006 "Вихретоковый метод неразрушающий контроля деталей вагонов", в условиях депо и ремонтных предприятий ОАО «РЖД», в РАО «Газпром» при обследовании поверхности действующих магистральных трубопроводов, а также в других отраслях промышленности.

Устройство дефектоскопа ВД-12НФП поясняется структурной схемой (рис.13).

1 - генератор; 2 - преобразователь; 3 - фазовращатель; 4 - блок АРУ; 5 - усилитель; 6 -фазовый детектор; 1 - программируемый усилитель; 8 - фильтр; 9 - аналого-цифровой преобразователь; 10 - микропроцессор; 11 - блок памяти; 12 - дисплей; 13- звуковой индикатор

Рис. 13 Структурная схема и общий вид дефектоскопа вихретокового ВД-12НФП

Для контроля протяженных сварных соединений, где контроль производится в статическом режиме и влияние зазора и перекоса преобразователя особенно сильно, был разработан вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФК [11].

Отличительной особенностью ВД-12НФК стало использование амплитуды в качестве информационного параметра о величине непроводящего зазора между преобразователем и поверхностью объекта контроля. Для повышения достоверности контроля был применен метод «вычитания амплитуды», который позволил практически исключить влияние зазора на показания дефектоскопа и значительно повысил достоверность контроля. На рис. 14а представлен исходный сигнал от дефекта на фоне изменения рабочего зазора. На рис. 146 представлен сигнал от дефекта после использования метода «вычитания амплитуды» и цифровой фильтрации, и, В и, В

-5 О

10 15 20 25 30

10 20

мс ' мс

а) б)

Рис. 14 Результаты использования метода «вычитания амплитуды».

Рис.15. Контроль шкива редукторно-карданного Рис.16. Рама тележки КВЗ-ЦНИИ на привода генератора с использованием HPK намагничивающем устройстве МСИ-21

ВД-12НФК был успешно применен в составе стенда автоматизированного контроля рам тележек (Рис. 16), а также для неразрушающего контроля других деталей и узлов подвижного состава.

Вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФК зарегистрирован в Реестре Системы добровольной сертификации средств измерений - сертификат под № 070000291).

Для решения задач дефектометрической оценки глубины дефекта был разработан вихретоковый дефектоскоп ВД-90НП (Рис. 17), предназначенный для работы в лабораторных и цеховых условиях депо, ремонтных заводов МПС России и других отраслях промышленности [16,17,20].

Для решения поставленной задачи в дефектоскопе был использован метод адаптивной фильтрации, а также оригинальный алгоритм математической обработки результатов контроля с использованием уравнения окружности, что позволило повысить точность оценки и снизить количество стандартных образцов, необходимых для настройки дефектоскопа.

Использование в данном дефектоскопе материалов диссертационной работы позволило значительно снизить влияние электромагнитных свойств материала, а также непроводящего зазора [21,23,24].

Проведенный в третьей главе анализ влияния угла наклона преобразователя на его выходной сигнал показал, что на определенной частоте это влияние минимально. Для преобразователя, используемого для контроля сварных швов эта частота составила 142 кГц. На этой частоте происходит падение сигнала от дефекта с увеличением зазора, однако при контроле сварных швов зазор не превышает 0,5 - 1 мм и этим падением можно пренебречь.

На рис. 15 приведен пример контроля шкива редукторно-карданного привода генератора ТК-2 с помощью вихретокового дефектоскопа ВД-12НФК и устройства непрерывной регистрации

Рис. 17. Внешний вид и структурная схема вихретокового дефектоскопа ВД-90НП

Схемотехнические решения, защищенные патентами РФ, позволили решить задачу дефектометрии изделий с различными электромагнитными свойствами [13,14,22]. Вихретоковый дефектоскоп ВД-90НП зарегистрирован в Реестре Системы добровольной сертификации средств измерений - сертификат под № 080000305).

При разработке средств неразрушающего контроля, предназначенных для работы в составе автоматизированных линий и комплексов, особое внимание уделяется использованию современных методов цифровой фильтрации и обработки сигналов. Их применение позволяет значительно повысить соотношение сигнал шум и обеспечить надежное выявление дефектов малой глубины на фоне шумов, что представляется затруднительным при использовании традиционных методов фильтрации.

На рис. 18-21 представлены результаты, полученные при фильтрации случайного шума с использованием различных методов цифровой фильтрации используемых в разработанных дефектоскопах. Сигнал получен на образце, изготовленном из стали 10 с искусственными дефектами 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 мм - испытания проводились в цеховых условиях. Шумы обусловлены работой оборудования.

Анализируя данные рис. ¡9-21 можно сделать следующие выв оды:

Метод скользящего среднего улучшает соотношение сигнал шум, но искажает форму дефекта, использование оконной функции дает меньшее искажение, что позволяет видеть более мелкие дефекты. Адаптивная фильтрация дает минимальные искажения формы сигнала при наилучшем соотношении сигнал/шум, что позволяет выявить все дефекты образца.

1 - генератор; 2 - формирователь сигнала возбуждения; 3 -формирователь опорного сигнала; 4 - преобразователь; 5 - фазовращатель; 6 - усилитель; 7 - блок автоматической регулировки уровня; 8 - фазовый детектор; 9 — амплитудный детектор; 10-управляемый усилитель; 11—АЦП амплитуды сигнала; 12-АЦП фазы сигнала; 13 - микропроцессор; 14 - блок памяти; 15 - дисплей; 16- звуковой индикатор

Рис. 18. Исходный сигнал от дефектов без обработки.

Рис. 19. Сигнал от дефектов после фильтрации методом скользящего среднего.

Рис. 20. Сигнал от дефектов после фильтрации с использованием оконной функции.

МС 1

Рис. 21. Сигнал от дефектов после адаптивной фильтрации. 19

Для наглядного анализа преимущества использования разработанных технических решений и алгоритмов в таблице 2 приведены технические характеристики вихретоковых дефектоскопов и использованные для их достижения технические решения.

Таблица 2

№ п.п Дефектоскоп Пороговый дефект, мм Макс, зазор Фильтрация Нормирование Погрешность оценки, %

1 ВД-12НФМ 0.5 3 аналоговая Нет 60

2 ВД-12НФП 0.5 3 скользящее среднее Аппроксимация по 2-ум точкам 50

3 ВД-12НФК 0.3 3 оконная функция, свертка в частотной области Аппроксимация по 4-ем точкам 30

4 ВД-90НП 0.1 10 адаптивная фильтрация, оконная функция, свертка в частотной области Аппроксимация по 3-ем точкам (метод окружности) 10

На рис. 22 представлена погрешность 5 измерения глубины дефектов в диапазоне от 0.3 до 3 мм на образце из стали 45 для разработанных средств вихретокового контроля и используемых методов нормирования, б, % 60

50 40 30 20 10 о

"'8.05 0.16 0.27 0.38 0.48 0.59 0.7

Нг*

Рис. 22. Погрешность оценки глубины дефектов для разработанных средств вихретокового

контроля.

Основные выводы и результаты работы

1. Для адаптивных средств вихретокового контроля предложен накладной ВТП со стержневым ферромагнитным сердечником (СВТП) с измерительной обмоткой, включенной в колебательный контур.

2. Показано, что основные закономерности изменения под влиянием дефекта нормальной составляющей напряженности магнитного поля, полученные расчетным путем, согласуются с экспериментальными данными, полученными с помощью измерительного модуля вихретокового преобразователя.

3. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили установить взаимосвязь между напряжением, вносимым в дефектоскопический измерительный модуль и параметрами дефекта, рабочим зазором, частотой, углом наклона СВТП.

4. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали преимущество накладного СВТП с измерительной обмоткой, включенной в параллельный колебательный контур по сравнению с традиционной конструкцией ВТП.

5. Проведенные эксперименты подтвердили достоверность результатов расчетов, выполненных методом конечных элементов, так как расхождение расчетных и экспериментальных данных в абсолютном значении не превысило 20%, при сохранении всех основных закономерностей.

6. В результате теоретических и экспериментальных исследований был предложен научно-методический подход к решению задачи по снижению влияния электромагнитных свойств объекта контроля на погрешность оценки глубины дефектов. Разработаны методы предварительной математической обработки информации и интерпретации результатов измерений; созданы и внедрены в промышленность средства вихретоковой дефектоскопии для контроля различного класса изделий.

7. Разработанные методы обработки сигнала обеспечили улучшение соотношения сигнал/шум в несколько раз. Это позволило при использовании СВТП с включенной в колебательный контур измерительной обмоткой увеличить рабочий зазор до 10 мм.

8. Использование предложенных методов математической обработки результатов измерений позволило снизить погрешность измерений, вызванную нелинейностью характеристики ВТП с 60% до 10%.

9. Применение алгоритма адаптации средств вихретокового контроля к электромагнитным свойствам контролируемого материала, значительно повысило достоверность контроля, уменьшило влияние человеческого фактора, упростило настройку средств НК на объекте контроля.

10. Предложенные методы обработки сигнала вихретокового преобразователя реализованы в аппаратной части и программном обеспечении разработанных вихретоковых дефектоскопов ВД-12НФП, ВД-12НФК, ВД-90НП, которые сертифицированы органами Госстандарта России и внедрены в различных отраслях промышленности. Было произведено ВД-12НФП - 500 шт., ВД-12НФК-2 шт., ВД-90НП - 10шт.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ефимов А.Г.. Шубочкин А.Е., "Использование вихретоковых дефектоскопов для контроля насосных штанг и насосно-компрессорных труб." - Научные труды V Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» книга "Приборостроение", Москва, 2002, с. 69-73.

2. Мужицкий В.Ф., Бизюлев А.Н., Ефимов А.Г., Шубочкин А.Е., "Вихретоковые дефектоскопы ВД-12НФМ и ВД-12НФП." - 1-ая Национальная конференция "Методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики" Материалы конференции 21-24 октября 2003 г. Молдова, Кишинев, с. 111-112

3. Шубочкин А.Е., Ефимов А.Г.. "Средства вихретоковой дефектоскопии для ручного и автоматизированного контроля изделий различных отраслей промышленности." - 13-я Международная Деловая встреча «Диагностика - 2003» в Сочи, с.69.

4. Ефимов А.Г.. "Использование оконной функции и метода свертки для цифровой фильтрации сигнала от дефекта" - III международная конференция "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности", Москва 2004 г, с.80.

5. Мужицкий В.Ф., Бизюлев А.Н., Загидулин Р.В., Ефимов А.Г.. "Вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФП и методы обработки измеренного сигнала от дефекта." -Дефектоскопия, 2004, № 5, с. 85-91.

6. Ефимов А.Г. Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф., Шлеин Д.В., "Опыт применения вихретокового дефектоскопа ВД-12НФП на предприятиях ОАО "РЖД' -Материалы XIV международной конференции "Современные методы и средства НК и ТД", Ялта 2006, с.41

7. Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф., Шубочкин А.Е., Ефимов А.Г. "Вихретоковые дефектоскопы ВД-12НФМ и ВД-12НФП."- Материалы III Российской научно-технической конференции "Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций", тезисы конференции, Екатеринбург, ИМАШ УрО РАН, 2007, с. 189.

8. Ефимов А.Г.. "Использование оконной функции и метода свертки для цифровой аналитической фильтрации сигнала от дефекта"- VI международная конференция "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности", Москва 2007 г, с.109.

9. Загидулин Р.В., Мужицкий В.Ф., Ефимов А.Г.. Загидулин Т.Р., Шубочкин А.Е., "Исследование влияния продуктов коррозии магистрального нефтепродуктопровода на сигнал вихретокового дефектоскопа ВД-12НФП." -Контроль. Диагностика, Москва, №09,2007, с. 42-46.

10. Мужицкий В.Ф., Ефимов А.Г.. Шубочкин А.Е., Сысоев A.M., "Портативные вихретоковые дефектоскопы ВД-12НФМ и ВД-12НФП." - Дефектоскопия, 2007, №10, с. 80-90.

И. Мужицкий В.Ф., Ефимов А.Г.. Шубочкин А.Е., Сысоев A.M., "Вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФП с устройством непрерывной регистрации результатов контроля." - XV международной конференции "Современные методы и средства НК и ТД", Ялта 2007, с. 200.

12. Ефимов А.Г. Шубочкин А.Е "Портативные вихретоковые дефектоскопы ВД-12НФМ и ВД-12НФП" - 17-я Международная Деловая встреча «Диагностика -2007», Сочи 2007, с.52.

13. Мужицкий В.Ф., Ефимов А.Г.. Шубочкин А.Е., Патент на полезную модель №63068 от 13.05.2007 "Вихретоковое устройство для обнаружения поверхностных и подповерхностных трещин в деталях из токопроводящих материалов", заявка от 13.12.2006, опубл. 10.05.2007.

14. Мужицкий В.Ф., Ефимов А.Г.. Шубочкин А.Е., Патент на изобретение №2312333 "Вихретоковое устройство для обнаружения поверхностных и подповерхностных трещин в деталях из токопроводящих материалов", заявка от 30.08.2006, опубл. 10.12.2007

15. Мужицкий В.Ф., Ефимов А.Г.. "Модель поверхностного дефекта конечной длины при нормальном намагничивании переменным магнитным полем и расчет топографии его магнитосптического поля."- Дефектоскопия, 2008, № 3, с.8-29.

16. Ефимов А.Г. "Экспериментальное исследование преимуществ применения мультичастотного контроля с использованием вихретокового дефектоскопа ВД-90НП» - XVIII всероссийская научно-техническая конференция по неразрушающему контролю и технической диагностике, Нижний Новгород 2008, с. 16.

17. Vladimir F. Muzhitskiy, Alexey G. Efimov, Andrey E. Shubochkin «COMPUTERIZED PORTABLE EDDY-CURRENT FLAW DETECTORS» - 17th World Conference on Nondestructive Testing, 2008, Shanghai, China, p.541.

18. Бакунов A.C., Ефимов А.Г. «Вихретоковый неразрушающий контроль в дефектоскопии металлоизделий» Контроль. Диагностика, Москва, №04, 2009, с.21-22.

19. Бакунов A.C., Ефимов А.Г.. Шубочкин А.Е «Новые практические достижения в области вихретоковой дефектоскопии» - VIII международная конференция "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности", Москва 2009 г, с.48.

20. Alexander S. Bakounov, Aleksey G. Efimov. Andrey E. Shubochkin «NEW POSSIBILITIES OF EDDY-CURRENT FLAW DETECTORS» - ISSN 1392-2114 ULTRAGARSAS (ULTRASOUND), Kaunas, Vol.64, No.2, 2009, p.32-34.

21. Бакунов A.C., Ефимов А.Г.. Шубочкин A.E., Патент на полезную модель «Адаптивное вихретоковое устройство для обнаружения и измерения поверхностных и подповерхностных трещин в деталях из токопроводящих материалов» заявка per. № 2009118371 от 18.05.2009. Положительное решение от 05.07.09.

22. Бакунов A.C., Ефимов А.Г.. Шубочкин А.Е «Вихретоковый дефектоскоп ВД-90НП» - 3-я международная научно-техническая конференция и выставка «Современные методы и приборы контроля качества и диагностика состояния объектов», Могилев 2009, с. 15

23. Ефимов А.Г. "Сравнительный анализ методов цифровой фильтрации" - Контроль. Диагностика, Москва, №10,2009, с.67-68

24. Шкатов П.Н, Ефимов А.Г. «Накладной дифференциальный ВТП с резонансным контуром, использование математич:ского аппарата для моделирования процессов и повышения точности оценки дефектов». Международная научно-техническая конференция "Информационные технологии в науке, технике и образовании", Египет, Хургада2009.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В

ОБЛАСТИ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

1.1 развитие и современный уровень исследований в области вихретоковой дефектоскопии

1.2 Современное состояние и тенденции развития средств вихретоковой дефектоскопии

1.3 Выводы и постановка задачи

2. ВЫБОР И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИХРЕТОКОВЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ АДАПТИВНЫХ СРЕДСТВ ВИХРЕТОКОВОЙ

ДЕФЕКТОСКОПИИ

2.1 Выбор конструкции вихретокового преобразователя и усовершенствование его конструкции для решения поставленной задачи

2.2 Математическое моделирование взаимодействия вихретокового преобразователя с дефектами типа несплошности методом конечных элементов

2.2.1 Выбор метода расчета и построение расчетной модели

2.3 Разработка контрольных образцов для проведения экспериментальных исследований

2.4 Экспериментальные исследования выходных характеристик накладных ВТП со стержневым ферромагнитным сердечником и измерительной обмоткой, включенной в параллельный колебательный контур

2.4.1 Экспериментальное исследование влияния корректирующей емкости на вносимое напряжение ВТП

2.4.2 Экспериментальное исследование влияния разбаланса сигнальных обмоток на вносимое напряжение ВТП

2.4.3 Экспериментальное исследование влияния зазора на фазу и амплитуду сигнала вихретокового преобразователя для различных частот возбуждения

2.4.4 Экспериментальное исследование влияние частоты тока возбуждения преобразователя на чувствительность дефектоскопа

2.4.5 Экспериментальное исследование влияния непроводящего зазора на показания дефектоскопа для различных частот возбуждения

2.4.6 Амплитуда и фаза вносимого напряжения СВТП для различных зазоров.

2.4.7 Оценка влияния угла наклона преобразователя на вносимое напряжение СВТП.

2.5 Выводы

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ ВТП ДЛЯ

АДАПТИВНЫХ СРЕДСТВ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

3.1 Использование методов цифровой обработки сигнала для отстройки от влияющих факторов

3.1.1 Отстройка от смещения фазы сигнала ВТП под влиянием зазора.

3.1.2 Адаптивный фильтр для подавления шума в смеси сигнала и шума

3.1.3 Проектирование цифровых фильтров методом взвешивания.

3.2 Повышение точности оценки глубины дефектов

3.3 Разработка алгоритма адаптации вихретоковых средств неразрушлющего контроля к электромагнитным свойствам объекта контроля

3.4 Выводы

4. РАЗРАБОТКА АДАПТИВНЫХ СРЕДСТВ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

4.1 Дефектоскоп вихретоковый ВД-12НФП

4.2 Дефектоскоп вихретоковый ВД-12НФК

4.3 Дефектоскоп вихретоковый ВД-90НП

4.4 Модернизированный вихретоковый дефектоскоп ВД-87НСТ/

4.5 Сравнительные характеристики разработанных вихретоковых средств дефектоскопии.

4.6 Выводы

Процесс производства различного класса изделий и их безопасной эксплуатации невозможен без контроля их качества неразрутающими методами. Важное место среди них занимает вихретоковый метод, который обеспечивает высокую надежность обнаружения поверхностных дефектов и высокую скорость контроля, возможность бесконтактного съема информации и является экологически безопасным. Также к достоинствам вихретокового метода следует отнести возможность работы по грубым поверхностям и выявление дефектов через значительный непроводящий зазор.

Основной задачей неразрушающих методов контроля металлоизделий является обнаружение дефектов сплошности и оценка их геометрических параметров, однако для вихретокового метода точность оценки геометрических параметров дефектов ограничена рядом влияющих факторов, таких как величина зазора, состояние поверхности, форма дефекта и его расположение.

При проведении ручного контроля наибольшее влияние на погрешность результатов измерения глубины дефектов также оказывают следующие факторы: краевой эффект, изменение угла наклона преобразователя, наличие непроводящего зазора между вихретоковым преобразователем и контролируемой поверхностью, отрыв преобразователя от поверхности, локальное изменение шероховатости и кривизны поверхности, магнитные пятна.

В современной дефектоскопии требования к точности определения параметров дефектов непрерывно растут. Использование различных численных методов увеличивает объем обрабатываемых данных, поэтому приходится искать компромисс между значительным временем обработки информации и точностью определения параметров дефекта, что делает процесс контроля в реальном времени практически невозможным, и требует использования высокопроизводительной и дорогостоящей вычислительной аппаратуры.

Контроль реальных изделий связан с необходимостью отстройки от мешающих факторов, вызванных состоянием объекта контроля и окружающей среды. При контроле вихретоковым методом распределение электромагнитного поля поверхностного дефекта достаточно локально в отличие от поля структурных неоднородностей. Особые трудности возникают при измерении электромагнитного поля дефекта с повышенным зазором (более 10 мм), когда спектр помех практически не отличается от спектра полезного сигнала, и обычные методы частотной фильтрации не дают приемлемых результатов.

Для решения поставленных задач перспективным направлением является разработка математических методов предварительной обработки информации, методов интерпретации результатов измерений и реализация их алгоритмов в программном обеспечении вихретоковых дефектоскопов.

В настоящее время в России и за рубежом созданы и используются в промышленности различные типы вихретоковых дефектоскопов, которые позволяют эффективно обнаруживать поверхностные и подповерхностные дефекты типа трещин и оценивать их глубину. Однако точность определения геометрических размеров дефекта прямо зависит от электромагнитных свойств контролируемого материала и для улучшения метрологических характеристик дефектоскопа необходимо изготавливать из того же материала контрольные образцы с набором искусственных дефектов различной глубины. Оценку глубины естественного дефекта также необходимо осуществлять через сравнение с эталоном. Данную проблему можно решить созданием адаптивного средства неразрушающего контроля, автоматически учитывающего свойства материала и влияющие факторы при расчете глубины измеряемого дефекта.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и приложения.

4.6 ВЫВОДЫ

1. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований созданы и внедрены в различных отраслях промышленности вихретоковые дефектоскопы типа ВД-12НФП, ВД-12НФК, ВД-90НП и разработанные на их базе установки.

2. Вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФП предназначен для контроля изделий из ферромагнитных и немагнитных сталей и сплавов. Прибор широко используется для контроля деталей и узлов железнодорожного подвижного состава, контроля поверхности действующих магистральных трубопроводов, а также в других отраслях промышленности. В настоящее время выпущено более 500 дефектоскопов ВД-12НФП. Дефектоскоп сертифицирован органами Госстандарта России и внесен в отраслевой Реестр МПС России.

3. Вихретоковый дефектоскоп ВД-12НФК является модификацией ВД-12НФП, предназначенной для контроля сварных швов и других протяженных объектов. Дефектоскоп позволяет передавать в режиме реального времени данные от дефекта, используя беспроводной радиоканал. Использование математической обработки позволило значительно повысить достоверность контроля. На базе дефектоскопа создан участок контроля сварных швов рам тележек подвижного состава. Дефектоскоп сертифицирован органами Госстандарта России.

4. Вихретоковый дефектоскоп ВД-90НП является последней разработкой, созданной под руководством автора. Данный прибор предоставляет широкие возможности, связанные с возможностью изменения частоты тока возбуждения. Он позволяет выявлять дефекты глубиной от 0,1 мм на любых проводящих материалов. Столь высокую чувствительность позволили добиться цифровые методы обработки сигнала, причем обработка информации происходит в реальном времени. Также это позволило добиться увеличения рабочего зазора до 10 мм. Отличительной особенностью дефектоскопа является автоматическая адаптация к материалу объекта контроля и локальному изменению его электромагнитных свойств. Дефектоскоп прошел производственные испытания, сертифицирован органами Госстандарта России и внесен в отраслевой Реестр МПС России. В настоящее время выпущено 10 дефектоскопов ВД-90НП. Также дефектоскоп отличает высокая точность измерений глубины дефекта.

- 137 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для адаптивных средств вихретокового контроля предложен накладной ВТП со стержневым ферромагнитным сердечником (СВТП) с измерительной обмоткой, включенной в колебательный контур.

2. Показано, что основные закономерности изменения под влиянием дефекта нормальной составляющей напряженности магнитного поля, полученные расчетным путем, согласуются с экспериментальными данными, полученными с помощью измерительного модуля вихретокового преобразователя.

3. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили установить взаимосвязь между напряжением, вносимым в дефектоскопический измерительный модуль и параметрами дефекта, рабочим зазором, частотой, углом наклона СВТП.

4. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали преимущество накладного СВТП с измерительной обмоткой, включенной в параллельный колебательный контур по сравнению с традиционной конструкцией ВТП.

5. Проведенные эксперименты подтвердили достоверность результатов расчетов, выполненных методом конечных элементов, так как расхождение расчетных и экспериментальных данных в абсолютном значении не превысило 20%, при сохранении всех основных закономерностей.

6. В результате теоретических и экспериментальных исследований был предложен научно-методический подход к решению задачи по снижению влияния электромагнитных свойств объекта контроля на погрешность оценки глубины дефектов. Разработаны методы предварительной математической обработки информации и интерпретации результатов измерений; созданы и внедрены в промышленность средства вихретоковой дефектоскопии для контроля различного класса изделий.

7. Разработанные методы обработки сигнала обеспечили улучшение соотношения сигнал/шум в несколько раз. Это позволило при использовании СВТП с включенной в колебательный контур измерительной обмоткой увеличить рабочий зазор до 10 мм.

8. Использование предложенных методов математической обработки результатов измерений позволило снизить погрешность измерений, вызванную нелинейностью характеристики ВТП с 60% до 10%.

9. Применение алгоритма адаптации средств вихретокового контроля к электромагнитным свойствам контролируемого материала, значительно повысило достоверность контроля, уменьшило влияние человеческого фактора, упростило настройку средств НК на объекте контроля.

Ю.Предложенные методы обработки сигнала вихретокового преобразователя реализованы в аппаратной части и программном обеспечении разработанных вихретоковых дефектоскопов ВД-12НФП, ВД-12НФК, ВД-90НП, которые сертифицированы органами Госстандарта России и внедрены в различных отраслях промышленности. Было произведено ВД-12НФП - 500 шт., ВД-12НФК - 2 шт., ВД-90НП - 10шт.

1. Сапожников А.Б. Теоретические основы электромагнитной дефектоскопии металлических тел. Томск: Изд-во ТГУ, 1980. - 308 с.

2. Сапожников А.Б. Основы электромагнитной дефектоскопии металлических тел. Докт. дисс. - Томск: ТГУ, 1951.

3. Михановский В.Н. Электромагнитная дефектоскопия в постоянном и переменном поле. Харьков: Изд-во ХГУ, 1963. - 58 с.

4. Кессених В.Н. Теория скин-эффекта и некоторые задачи дефектоскопии. -ЖЭТФ, 1938, 8, вып. 5, с. 531-548

5. Шилов Н.М. Распределение индукционных токов в пластине и поля около нее.-ЖЭТФ, 1940, 10, вып. 9, с. 695-705.

6. Власов В.В., Комаров В.А. Формирование вихретокового поля дефекта в случае поверхностной трещины. Дефектоскопия, 1970, №5, с. 109-115.

7. Власов В.В., Комаров В.А. Магнитное поле вихревых токов над поверхностной трещиной в металле при возбуждении их накладным индуктором. Дефектоскопия, 1971, №6, с. 63-75.

8. Бурцева В. А., Власов В.В. О возможности обнаружения мелких поверхностных дефектов в стальных изделиях электроиндуктивным методом. Дефектоскопия, 1974, №1, с. 120-122.

9. Бурцева В.А., Власов В.В. О магнитном поле дефекта, обусловленном вихревыми токами. -Дефектоскопия, 1967, №6, с. 23-32.

10. Зацепин Н.Н. Исследование магнитного поля вихревых токов над поверхностными дефектами. Дефектоскопия, 1969, №4, с. 104-112.

11. Герасимов В.Г., Покровский А.Д., Сухоруков В.В. Решение некоторых задач вихретоковой дефектоскопии посредством математического моделирования. В кн.: Электромагнитные методы неразрушающего контроля. - Минск: Наука и техника, 1971, с. 110-120.

12. Рязанов Г.А. Электрическое моделирование с применением вихревых токов.- М.: Наука, 1969.-338 с, ил.

13. Сухоруков В.В. Основы теории и проектирования вихретоковых дефектоскопов с проходными преобразователями. Докт. дисс. - М., 1979.

14. Сухоруков В.В. Математическое моделирование электромагнитных полей в проводящих средах. М.: Энергия, 1975. - 152 с.

15. Шкатов П.Н. Развитие теории и совершенствование методов и средств вихретоковой, магнитной и электропотенциальной дефектоскопии и дефектометрии металлоизделий. Докт. дисс. - М., 1990.

16. Клюев В.В. Исследование электромагнитных методов и разработка комплекса приборов для неразрушающего контроля дефектов, толщины и смещений изделий в процессе производства и технологических испытаний.- Докт. дисс. М., 1972

17. Беда П.И. Зависимость вносимой ЭДС накладного датчика от параметров трещин в немагнитном металле. В кн.: Электромагнитные методы контроля. МДНТП, им. Ф.Э.Дзержинского, 1969, с. 56-63.

18. Беда П.И. Исследование сигнала накладного датчика в зависимости от изменения размеров и расположения дефектов типа трещин. Дефектоскопия, 1970, №1, с. 62-67.

19. Демирчян К.С. Моделирование магнитных полей. JL: Энергия, 1974. - 288 с, ил. Демирян К.С, Чечурин В.Л. Машинные расчеты электромагнитных молей. - М.: Высшая школа, 1986.-240 с.

20. Дорофеев A.JI. Неразрушающие испытания методом вихревых токов. М.: Оборонгиз, 1961.

21. Тозони О.В. Расчет электромагнитных полей на вычислительных машинах.- Киев: Техника, 1967. 252 с.

22. Тетер ко А.Я. Исследование электромагнитного поля поверхностных дефектов и разработка средств электромагнитной дефектоскопии. Канд. дисс. - Львов, 1976.

23. Власов В.В., Комаров В.А. Магнитное поле вихревых токов над поверхностной трещиной в металле при возбуждении их накладным индуктором. Дефектоскопия, 1971, №6, с. 63-75.

24. Шатерников В.Е. Взаимодействие полей электромагнитных преобразователей с проводящими телами сложной формы. Дефектоскопия, 1977, №2, с. 54-63.

25. Шатерников В.Е. «Вихретоковый контроль металлических изделий сложной формы». Дефектоскопия, 1979, №9, с. 5-11.

26. Запускалов В.Г., Шатерников В.Е., Мирсаитов С.Ф. «Повышение метрологических характеристик ВТП, обусловленное устранением остаточных температурных деформаций его элементов» Контроль. Диагностика, №04, 2007.

27. Мужицкий В.Ф. К расчету магнитостатических полей рассеяния от поверхностных дефектов конечной глубины. Дефектоскопия, 1987, №7, с. 8-13.

28. Мужицкий В.Ф. Развитие теории и создание электромагнитных средств дефектоскопии изделий сложной формы. Докт. дисс. - М., 1986.

29. Мужицкий В.Ф. Модель поверхностного дефекта и расчет топографии его магнитостатического поля. Дефектоскопия, 1987, №3, с. 24-30.

30. Федосенко Ю.К. Алгоритмы определения размеров дефектов в теории вихретоковой дефектоскопии накладными преобразователями. Дефектоскопия, 1982, №11, с. 25-30.

31. Федосенко Ю.К. Вопросы теории вихретоковой дефектоскопии накладными преобразователями. Строгое математическое решение двумерных задач. -Дефектоскопия, 1982, №2, с. 1-10.

32. Сухоруков В.В. Основы теории и проектирования вихретоковых дефектоскопов с проходными преобразователями. Докт. дисс. - М., 1979.

33. Сухоруков В.В., Утилин Ю.М., Чернов JI.A. Возможность определения параметров дефектов при модуляционной вихретоковой дефектоскопии. -Дефектоскопия, 1977, №1, с. 7-14.

34. Пашагин А.И., Филиппов Б.А. Влияние частоты намагничивания на магнитное поле дефекта. Дефектоскопия, 1981, №8, с. 34-39.

35. Герасимов В.Г., Покровский А.Д., Сухоруков В.В. Решение некоторых задач вихретоковой дефектоскопии посредством математического моделирования. В кн.: Электромагнитные методы неразрушающего контроля. - Минск: Наука и техника, 1971,с. 110-120.

36. Dodd C.V., Deeds W.E. and Spoeri W.J. Optimizing Defect Detection in Eddy Current Testing. Materials Evalution, 1971, №3, p. 59-83.

37. Дорофеев A.JI. Неразрушающие испытания методом вихревых токов. М.: Оборонгиз, 1961.- 14239. Лещенко И.Г. Электромагнитные методы контроля. Автореферат докт. дисс. - Томск, 1975.

38. Клюев В.В. Исследование электромагнитных методов и разработка комплекса приборов для неразрушающего контроля дефектов, толщины и смещений изделий в процессе производства и технологических испытаний. Докт. дисс. - М., 1972.

39. Клюев В.В., Файнгойз М.Л. Контроль накладными и накладными экранными вихретоковыми преобразователями движущихся изделий. -Дефектоскопия, 1974, №1, с. 106-111.

40. Родигин Н.М., Коробейникова И.Е. Контроль качества изделий методом вихревых токов. Свердловск: Машгиз, 1958.

41. Forster F. Teoretische und experimentalle Grundlagen der zerstorungfreien Werkstoffpriifiing mit Wirbelstormverfahren. Zeitschrift fur Metallkunde, 1954, Bd. 45, H. 4

42. Шатерников B.E. Электромагнитные методы и средства контроля изделий, сложной формы. Автореферат докт. дисс. - М., 1976. - 43 с.

43. Шкарлет Ю.М. Основы теории моделей накладных электромагнитных и электромагнито-акустических преобразователей. Дефектоскопия, 1974, №2, с. 39-45.

44. Локшина Н.Н., Шкарлет Ю.М. Приближенная методика расчета накладных вихретоковых датчиков. Дефектоскопия, 1970, №1, с. 41-45.

45. Соболев B.C., Шкарлет Ю.М. Накладные и экранные датчики (для контроля методом вихревых токов). Новосибирск: Наука, 1967. - 144 с.

46. Соболев B.C., Зерщикова М.Г. К расчету воздействия проводящей сферы на катушку с током. Дефектоскопия, 1965, №3, с. 60-62.

47. Ивченко Алексей Валерьевич. Разработка адаптивных вихретоковых средств контроля коррозионных поражений обшивки планера летательных аппаратов : Дис. канд. техн. наук. М., 2006.

48. Forster F., Sturnm W. Application of Magnetic and Electromagnetic Nondestructive Test Methods for Measuring Physical and Technological Material Values. Materials Evalution, 1975, №1, p. 5-16.

49. Зацепин H.H. Исследование магнитного поля вихревых токов над поверхностными дефектами. Дефектоскопия, 1969, №4, с. 104-112.52.55.