Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для оценки состояния электропроводящих изделий, например оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности метода импульсных вихревых токов в определении параметров дефектов.

Известен способ (G.Wittig, H.-M.Thomas. Design of a pulsed eddy-current test equipment with a digital signal analysis. - Eddy-current characterization of materials and structures. ASTM STP 722, 1981. P.387-397) оценки параметров дефектов токопроводящих изделий при импульсном вихретоковом контроле с помощью дефектоскопа модуляционного типа, заключающийся в измерении мгновенных значений U_i выходного сигнала дифференциального вихретокового преобразователя, соответствующих определенным моментам времени t_i от начала импульса возбуждения. Прохождение дифференциального преобразователя над дефектом контролируемого изделия приводит к изменению выходного сигнала и, следовательно, его огибающих, полученных для выбранных моментов времени. Эти огибающие будут отличаться по амплитуде и форме. Определение параметров дефекта сводится при этом к поиску положения узловой точки, т.е. такого момента времени, при котором изменение амплитуды сигнала на дефектном участке минимально. По результатам измерения имитатора с дефектами разной глубины получают зависимость положения узловой точки от глубины дефекта. С помощью этой зависимости определяют глубину аномалий объекта контроля по положению узловых точек их откликов.

Основные недостатки этого способа:

- малое количество измерительных каналов требует многократного сканирования изделия для точного нахождения узловой точки;

- относительно высокая погрешность измерения параметров дефекта из-за дискретности шага стробирования по времени выходного сигнала преобразователя и влияния фоновых факторов.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения по наибольшему количеству существенных признаков является способ определения параметров дефекта по положению на оси времени первой точки нуля t_ZC (Time to Zero-Crossing) графика вносимого отклика от дефекта (US Patent №6037768. J.C. Moulder et al. Pulsed eddy current inspections and the calibration and display of inspection results. 14.03.2000 г.).

В способе по прототипу вдоль контролируемого изделия перемещают вихретоковый преобразователь, возбуждающую катушку которого запитывают импульсом тока в каждой точке контроля, и регистрируют выходной сигнал с измерительных обмоток преобразователя. Далее получают график вносимого отклика от дефекта путем взаимного вычитания выходных напряжений преобразователя на дефектном и бездефектном участках. Чем глубже располагается дефект в изделии, тем больше значение t_ZC.

Прототип оперирует с полностью оцифрованным сигналом и превосходит аналог по скорости определения точек нуля. Однако ему свойственна та же точность в определении их положения на оси времени при равном шаге дискретизации из-за идентичности принципов, заложенных в основу способов. Повышение точности за счет уменьшения шага дискретизации сигнала приводит к усложнению аппаратуры, поскольку возрастают требования к быстродействию АЦП, схем стробирования, управления и т.п. Уменьшение шумов измерительного тракта после использования с этой целью приемлемых аппаратных и программных средств возможно только при увеличении количества повторных измерений выходного сигнала преобразователя в каждой точке сканирования и, соответственно, общего времени измерений.

Заявляемое техническое решение дает принципиальное улучшение в точности определения параметров дефектов по сравнению с прототипом при тех же характеристиках измерительной аппаратуры.

Для этого в заявляемом способе определяют интервал времени от начала возбуждающего импульса, посылаемого на вихретоковый преобразователь, до пересечения нулевого уровня по напряжению графиком вносимого отклика преобразователя и в соответствии с полученным значением судят о свойствах сканируемого изделия, в каждой точке сканирования за нулевой уровень по напряжению принимают амплитуду вносимого отклика, соответствующую моменту времени, смещенному относительно начала возбуждающего импульса на некоторую постоянную величину и принятую за новую точку отсчета по времени.

Нулевой уровень по напряжению получают путем вычитания из двумерного массива измерений амплитуды вносимого отклика А[К×Т] (К - координата сканирования, Т - время выборки амплитуды вносимого отклика) строки результатов измерений амплитуды А[К×Т_см.], где Т_см. - время выборки, смещенное от начала возбуждающего импульса на заданную величину.

В предлагаемом способе параметр дефекта, например глубина, оценивается по положению первой точки нуля вносимого отклика относительно точки отсчета, смещенной по времени от начала импульса возбуждения на некоторую постоянную величину. Напряжение вносимого отклика, соответствующее новой временной точке отсчета, принимается за нулевой уровень по напряжению.

Способ импульсной вихретоковой дефектоскопии иллюстрируется чертежами, где на фиг.1a - начальное положение вносимого отклика от неглубокого наружного дефекта на плоскости время-амплитуда, а фиг.1б - положение вносимого отклика, преобразованного предлагаемым способом. После установления новой точки отсчета времени, смещенной на величину t_см. относительно начала возбуждающего импульса, глубину дефекта определяют по положению нуля t₀ преобразованного отклика (см. фиг.1б). При этом за нулевой уровень по напряжению принимается U_см. (см. фиг.1а).

На фиг.2а показаны вносимые отклики и положения первого нуля для неглубокого (1) и глубокого (2) дефектов изделия, полученные способом прототипа, а на фиг.2б - предлагаемым способом.

Для вносимых откликов обоих дефектов за начало отсчета времени принимается момент времени t_см. (см. фиг.2а). Для дефекта 7 нулевой уровень по напряжению смещается на величину U_см.1, полученную при выборке из вносимого отклика дефекта в момент времени t_см. (см. фиг.2а). Для дефекта 2 нулевой уровень по напряжению не смещается (см. фиг.2б), поскольку в момент времени t_см. исходное значение вносимого отклика этого дефекта было равным нулю (см. фиг.2а).

На фиг.3 показаны вносимые отклики (а) и результаты измерения положения первого нуля t_ZC (б), полученные способом прототипа для неглубокого дефекта 7, дефекта средней глубины 2.

На фиг.4 показаны вносимые отклики (а) и результаты измерения положения первого нуля t₀ (б), полученные предлагаемым способом для неглубокого дефекта 7, дефекта средней глубины 2 и глубокого дефекта 3.

На трубку из циркониевого сплава Э-110 диаметром 9,1 мм с толщиной стенки 0,65 мм были нанесены два дефекта: наружная кольцевая риска глубиной 0,1 мм и наружное глухое отверстие глубиной 0,6 мм. Изготовленный образец перемещали через дифференциальный проходной вихретоковый преобразователь, который запитан импульсами тока путем быстрой разрядки через возбуждающую обмотку датчика предварительно заряженного конденсатора, возбуждая тем самым импульсные вихревые токи в образце. На выходе преобразователя в каждой точке сканирования образца получали импульс отклика, форма которого запоминается путем последовательной выборки и оцифровки его мгновенных значений, соответствующих моментам времени, определяемым стробирующими импульсами с частотой 40 МГц (шаг стробирования 25 нс). Таким образом, при сканировании образца для каждого строба (т.е. момента стробирования от начала импульса отклика) формируется совокупность значений импульса (в единицах напряжения), каждое из которых соответствует определенной координате образца. Далее для каждой координаты получают вносимый отклик преобразователя путем вычитания из импульса отклика в этой точке импульса отклика в точке на известном бездефектном участке трубки.

Фиг.2 иллюстрирует более высокую разрешающую способность разработанного способа при определении глубины дефекта по сравнению с прототипом, так как наблюдаемая в первом случае разница в значениях положения нуля Δt₀ существенно больше, чем Δt_ZC, наблюдаемая во втором случае.

Фиг.3а иллюстрирует вид вносимых откликов, полученных при расположении одной из двух измерительных обмоток (каждый раз это одна и та же обмотка) дифференциального датчика напротив дефектов образца. Результаты измерения момента времени пересечения нуля (t_ZC) для двух дефектов приведены в таблице (фиг.3б).

В качестве новой временной точки отсчета выбран момент времени, равный 625 нс (25 стробов) от начала импульса возбуждения. Для этого момента времени амплитуда отклика от неглубокого дефекта равна 65 мВ, для глубокого - 88 мВ. Следовательно, новый нулевой уровень по напряжению для 1-го дефекта будет находиться выше прежнего на 65 мВ, для 2-го дефекта - на 88 мВ. На фиг.4а показано расположение вносимых откликов этих дефектов относительно новых точек отсчета по времени и напряжению. Результаты измерения момента времени пересечения нового нуля (t₀) для двух дефектов приведены в таблице (фиг.4б).

Сопоставление результатов измерения, представленных на фиг.3 и фиг.4, демонстрирует более высокую разрешающую способность разработанного способа при определении параметров дефекта по сравнению с прототипом. Так, значение Δt_ZC, полученное способом прототипа для неглубокого и глубокого наружных дефектов, составило 175 нс (7 стробов), а значение Δt₀, полученное предлагаемым способом для этих же дефектов, составило 500 нс (20 стробов), т.е. почти в 3 раза больше.