чо tNi чо ooffl о QQQQQpq

Рмс. 6.7i. Принципиальная электрическая схема электронного тракта дефектоскопа

Рис. 6.74. Результаты сканирования магнитных потоков рассеяния на внутренней стороне намагниченной стальной трубы с применением различных вариантов включения элементов Холла: а - один элемент Холла с питанием от источника постоянного тока; б - два элемента Холла с дифференциальным включением и с питанием от источника постоянного тока; в - два элемента Холла с

дифференциальным включением и с питанием от источника переменного тока

2 мТл

Один элемент Холла с питанием от источника постоянного тока

Два элемента Холла с дифференциальным включением и с питанием от источника постоянного тока

0,5 мТл

0,5 мТл

Твердое включение

О

019 мм 019 мм 50 X 12 мм

О о 1=1

12 X 50 мм

Трансформатор Т1 с коэффициентом трансформации п = 35 обеспечивает среднеквадратичную величину тока возбуждения порядка 45 мА для каждого из параллельно соединенных элементов Холла. При таком уровне возбуждения выходная чувствительность ЭХ в среднеквадратичном значении составляет 140 мВ/Тл.

Папряжение сигнала с элементов Холла В1, В2 измеряется дифференциальньпии усилителями DA2, ВАЗ с единичньпй коэффициентом усиления. Эти усилители соединены в одном и том же направлении, так что при наличии одного и того же поля на обоих преобразователях и при отсутствии напряжений рассогласования разность между двумя сигналами равна нулю.

Разность между двумя напряжениями Холла измеряется с помощью программируемого инструментального усилителя DA4, работающего в режиме дифференциального усилителя. В зависимости от выбранной чувствительности переключателем SA1 обеспечивается точное и устойчивое усиление с коэффициентами 100, 400 или 1000. Переменные резисторы R14, R21, включенные между усилителями DA2, ВАЗ и усилителем нахождения разности DA4, предназначены для компенсации неравномерности чувствительностей элементов ХоллаВ1,В2.

Усиленный разностный сигнал измеряется с помощью синхронного детектора, который содержит полосовой фильтр (DA1.4, DA6.1, DA6.2), инвертор DA6.3, синхронный переключатель DD2 и низкочастотный фильтр DA7. Полосовой фильтр обеспечивает уменьшение шумов по напряжению Холла переменного тока и устранение смещения напряжения по постоянному току. Его полоса пропускания имеет ширину 1 кГц с центром на частоте возбуждения, то есть на частоте 10 кГц.

Детектирование амплитуды сигнала переменного тока производится за счет синхронного двухполупериодного вьшрямления, для чего с помощью сигнала кварцевого генератора обеспечивается управление состоянием КМОП переключателя DD2. Этот переключатель выбирает либо отфильтрованный сигнал, либо тот же сигнал в инвертированном виде.

Па выходе переключателя низкочастотный фильтр с частотой сопряжения 400 Гц обеспечивает сглаживание результирующего сигнала. Этот фильтр определяет самую высокую частоту, на которой на выходе прибора будут отслеживаться изменения во входных магнитных полях. Полоса пропускания синхронного детектора составляет приблизительно 640 Гц.

Схема фазового опережения DA5 обеспечивает регулируемый фазовый сдвиг в пределах от О до 180°. Максимум чувствительности по выходу выставляется в процессе подготовки прибора к работе регулированием фазового сдвига, для чего предназначена контрольная точка, обозначенная на рис. 6.73 как ТР1, на которую вьшеден симметричный вьшрямленный по двухполупериодной схеме сигнал [6].

Па рис. 6.74 приведены результаты сканирования магнитных потоков рассеяния на внутренней стороне намагниченной стальной трубы с несколькими специально вьшолненньп*а1 глухими отверстиями и прорезями, имитирующими наружную коррозию.

На рис. 6.74.а представлен простой график составляющей поля в радиальном направлении, полученный с одним элементом Холла. В сравнении с большим основным полем трубопровода, который действует как стержневой магнит, сигналы от дефектов являются очень маленькими.

График на рис. 6.74.6 получен как разность между парой согаасованных элементов Холла с усилением по постоянному току.

Кривая на рис. 6.74.в относится к случаю с использованием дифференциальных элементов Холла с усилением по переменному току. Как и в предьщущем случае, вновь получены великолепные сигналы от дефектов.

Поскольку данные получены в лабораторных условиях при практически полном отсутствии шумов, результаты по ЭХ с усилением по переменному и постоянному току являются почти одинаковыми. При проведенных краткосрочных проверочных испытаниях дрейф в усилителе постоянного тока бьш очень малым.

Рассмотренный выше вариант принципиальной схемы дефектоскопа обладает определенными недостатками, к которым можно отнести значительный ток потребления (по цепи питания ЭХ - более 45 мА) и недостаточно высокую магнитную чувствительность.

Элементы Холла с усилением по переменному току в дифференциальной схеме можно с успехом использовать и для измерения рассеяния в остаточном магнитном поле.

При контроле трубопроводов преобразователи с усилением по переменному току - в сравнении с дифференциальными ЭХ с усилением по постоянному току - обладают определенными преимуществами, а именно: обеспечивают, благодаря синхронному детектированию, повьппенные отношения сигнал/шум, легко адаптируются к работе от батарейных источников питания [6].

Электронный тракт дефектоскопа, реализованный с применением полевых

элементов Холла

Эксплуатационные параметры дефектоскопа, схема которого показана на рис. 6.73, можно улучшить, если в качестве ПМП применить полевые элементы Холла. На рис. 6.75 приведена электрическая схема подобного устройства. В качестве преобразователя магнитного поля в данном устройстве используется полевой элемент Холла (ПДХ типа FEHS-02), отличающийся малым током управления (до 0,5 мА) и возможностью модуляции входного сигнала.

Рассмотрим назначение элементов принципиальной схемы на рис. 6.75.

Полевой элемент Холла типа FEHS-02 с размером чувствительной области 0,5X0,5 мм питается от источника тока, вьшолненного на операционном усилителе DA4.

Сигнал с ЭХ поступает на входы дифференциального усилителя DA1, в качестве которого используется малошумящий микромощный инструментальный усилитель типа INA-118P. Коэффициент усиления устанавливается резистором R9 в пределах от 500 до 1000. Переменные многооборотные резисторы R6 и R7 служат для предварительной балансировки схемы по постоянному напряжению.

Микросхемы DA2 и DD2 представляют собой синхронный детектор, управляемый от генератора, вьшолненного на таймере КР1006ВИ1 (DDI). Этот же генератор является источником модулирующего напряжения для полевого элемента Холла.

Частота модуляции определяется экспериментально (в пределах 1000-10000 Гц) по максимальному отношению сигнал/шум, контролируемому на выходе микросхемы DA2. Частота модуляции устанавливается резистором R11. Напряжение с выхода DA2 поступает на вход амплитудного детектора DA3.

Измерение выходного сигнала производится прибором Р1, в качестве которого используется микроамперметр типа М285К с пределом измерений 100 мкА или аналоговый самописец любого типа. Конденсатор С7 определяет постоянную времени регистрирующего прибора.

Схема питается от автономного двухполярного источника питания с напряжением 12В через интегральный стабилизатор DA4. Ток, потребляемый всем устройством, не превышает ±30 мА. Устройство обладает достаточно высоким порогом чувствительности, который составляет 10Тл при отношении сигнал/шум, равном 1.

В случае необходимости в данном устройстве могут быть использованы двухэлементные ПДХ в дифференциальном включении, с подачей напряжения их сигнала на разные входы усилителя DA1.