Способ возбуждения упругих волн

 

Изобретение касается получения механических колебаний (возбуждения акустических волн) бесконтактным способом и может быть использовано для возбуждения ультразвука в металлах электромагнитно-акустическим (ЭМА) методом. Наиболее вероятным представляется использование способа в неразрушающем контроле, но он может иметь и другие применения в различных областях науки и техники, где требуется бесконтактное возбуждение акустических колебаний. Целью данного изо - бретения является уменьшение энергозатрат за счет повышения эффективности ЭМА преобразования на рабочей частоте и снижения эффективности возбуждения акустических колебаний на прочих частотах. В способе магнитное поле создают таким, что его напряженность является суммой напряженностей ряда переменных магнитных полей, каждьй член ряда определяется по специальной формуле. При этом вся энергия возбуждения концентрируется на рабочей частоте, а на всех прочих частотах сводится к минимуму. Все преимущества ранее известного двухчастотного способа возбуждения акустических колебаний сохраняются. 4 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (511 4 G Oi N 29/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, "

М А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ \

Р (21) 3846171/25 — 28 (22) 13. t2.84 (46) 15 . 05 . 86, Бюл. Ф 18 . (71) Научно-исследовательский инсти— тут интроскопии (72) В.В.Клюев, 10.М.Шкарлет и В.Б.Ремезов (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 262465, кл. С 01 N 29/04, .1968.

Авторское свидетельство СССР

N- 632400, кл. G 01 N 29/00, 1976.,(54)" СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГИХ ВОЛН (57) Изобретение касается получения механических колебаний (возбуждения акустических волн) бесконтактным способом и может быть использовано для возбуждения ультразвука в металлах электромагнитно-акустическим (ЭИА) методом. Наиболее вероятным представляется использование способа в неразрушающем контроле; но он может иметь и другие применения в различных областях науки и техники, где требуется бесконч актное возбуждение акустических колебаний. Целью данного изо бретения является уменьшение энергозатрат за счет повышения эффективности ЭХА преобразования на рабочей частоте и снижения эффективности возбуждения акустических колебаний на прочих частотах. В способе магнитное поле создают таким, что его напряженность является суммой напряженностей ряда переменных магнитных полей, каждый член ряда определяется по специальной формуле. При этом вся энергия возбуждения концентрируется на рабочей частоте, а на всех прочих частотах сводится к минимуму. Все преимущества ранее известного двухчастотного способа возбуждения акустических колебаний сохраняются. 4 ил.

1Z

Нзс бр1 тс пие от носится к контрольно — измерительной технике и может быть использс1вано для возбуждения ультразвука в металлах при контроле электрсмагнитно-акустическим методом.

Полью изобретения является уменьшение энергозатрат путем повышения эффективности электромагнитно-акустического преобразования на рабочей частоте и снижения эффективности возбуждения акустических колебаний на прочих частотах.

На фиг.1 приведена блок-схема. устройства, реализующая способ возбуждения упругих волн; на фиг.2 — эпюры тока в катушке возбуждения и силы, возникающей в результате электромагнитно-акустического преобразования; н» фиг.3 — эпюры немодулированного

1тока; на фиг,4 — эпюры вихревых токов и магнитного поля.

Устройство содержит генераторы 1, соединенные своими выходами с входами узла 2 согласования, подключенного к последовательно соединенным модулятору 3 и электромагнитно-акустическому преобразовател1о 4, расгтоложенному вблизи объекта 5 контроля. Прием— ный преобразователь 6 расположен также вблизи объекта 5 контроля и подсоединен к схеме 7 обработки сигнала.

Сущность способа поясняется на принципе работы устройства, реализующего способ возбуждения упругих волн.

Генераторы 1 создают на выходе напряжение, изменяющееся по закону

Sin пег. Один из генераторов 1 дает напряжение sin u t, другой генератор напряжение Sin 3tgt и т.д. по амплитуде напряжения все генераторы одинаковы. Напряжения от всех генераторов подаются на узел 2 согласования, задачей которого является просуммировать напряжения всех генераторов, исключив при этом их взаимное влияние.

Электромагнитно-акустический преобразователь 4 представляет собой катушку индуктивности, расположенную вблизи объекта 5 контроля. Так как сопротивление электромагнитно-акустического преобразо11ателя в основном индуктивное, величины токов в нагрузке каждого из генераторов будут обратно пропорциональны индуктивному сопротивлении, а с:и довательно, частоте. Таким образом, суммарный ток в нагрузке (пгзес1брпзователе) можно представ1п ь сл1. д н1,.1м выражением:

31452 2

1 гп

1 ссбд1(! бньзt -"-бntnjt-....— б...at) т

3h

-r -—

"Ii1(> (>) 30 где Б эквивалентный радиус катушки преобразователя; эквивалентная высота преобразователя над изделием; комплексная величина тока в катушке; (,(ф — функция, характеризующая реакцию среды.

Как видно из формулы, фазовый

46 сдвиг между сомножителями определяется функцией qt,(9). Выражение для силы включает следующие сомножители: фазонезависимый коэффициент и векторное произведение двух комплексных сомножителей. Известно, что для получения высокой эффективности электромагнитно-акустического преобразования параметры преобразователя и рабочие частоты следует выбирать таким образом, чтобы величина обобщенного параметра 3 для частот возбуждения была по возможности болыпе. В области бол ших значений Р величина Ц,(Q) принимает значение близкое к 1, причем при таких значениях величина

С11,(Я) уже очень мало зависит от частоты. Таким образом, сила Г будет представлять собой произведение двух где I — амплитуда тока первой из rapt11 моник9

5 и — порядковый номер последней из нечет«ых гармоник.

При и- аа выражение в скобках представляет собой меандр (фиг.3). Модулятор 3, включенный между узлом 2

10 согласования и преобразователем 4, производит операцию умножения выражения в скобках на - 1 + cosgt. Таким образом, ток в преобразователе 4 будет представлять собой меандр, промодулнрованный по закону ntt т созда (фиг.2).

Электромагнитно †акустическ преобразователь 4 представляет собой кащ0 тушку, расположенную над средой. Катушка создает переменное магнитное поле и вихревые токи в контролируемом изделии. Сила F, возникающая в результате их взаимодействия, определяется

25 следующим образом

1231 комплексных сомножителей одной частоты, каждый из которых представляет собой меандр, сдвинутых по фазе на о

180, умноженных на фазонезависимый коэффициент. Такие сомножители можно представить, как это сделано на фиг.4. Очевидно, что произведение таких сомножителей будет представлять постоянную величину. Так как в данном случае меандр промодулирован по за — tp Г ЯГ Г. ведение будет, промодулировано по закону 1 + cosset (фиг.2). Таким образом, в результате электромагнитноакустического преобразования в иэде- 1 лии будут возбуждаться акустические колебания на частоте Д . Преимущества такого способа возбуждения заключаются в возбуждении акустических колебаний только на основной частоте. Эти gp колебания принимаются приемным преобразователем 6 и подаются на схему 7 обработки сигнала, в которой регистрируется контролируемый параметр изделия.

Способ возбуждения упругих волн в электропроводящих материалах, заключающийся в том, что в поверхностном слое материала создают переменное магнитное поле по крайней мере двух частот, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат, переменное магнитное поле создают с напряженностью, равной сумме напряженностей ряда переменных магнитных полей, содержащего и-членов, а каждый член ряда определяется выражением н„„

Ь вЂ” 1> coG At Ып пи

) амплитуда напряженности магнйтного поля; нечетное число, начиная с 1; рабочая частота возбуждения акустических колебаний; время; циклическая частота переменных магнитных полей. где Н

Щ и

t и (д—

452 4

Формула изобретения

12 )1452

Составитель В.филинов

Редактор П.Слободяник Техред И.Гайдош Корректор С.Шекмар

Заказ 2559/49 Тираж 778 Подписное

ВВИ1П1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произвол твенно †полиграфическ приедприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4