Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе



Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе
Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе

 


Владельцы патента RU 2464555:

ЛЕВЫЙ Сергей Васильевич (UA)
АГАЛИДИ Юрий Сергеевич (UA)
ШУМСКИЙ Иван Петрович (BY)

Изобретение относится к магнитографической дефектоскопии. Сущность: индуктор имеет неферромагнитный диэлектрический опорный элемент (1) с продольным пазом на рабочем торце, электрический проводник (2), уложенный в пазу этого опорного элемента (1) и средства (3) для подключения проводника (2) к источнику (4) импульсного тока. Сканер для магнитографической дефектоскопии имеет жесткий корпус (9) и индуктор вихревых токов, который жестко связан с этим корпусом. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к конструкции индукторов и сканеров для магнитографической дефектоскопии изделий из электропроводных (в особенности, неферромагнитных) материалов и документирования на гибком магнитном носителе (в частности, на магнитной пленке) информации о дефектах в поверхностных слоях материала указанных изделий.

Индукторы и сканеры согласно изобретению могут быть использованы:

для судебно-криминалистических исследований следов механических повреждений деталей машин (особенно если они по меньшей мере частично скрыты диэлектрическими защитными и/или декоративными покрытиями или загрязнениями), для оценки подлинности рельефных идентификационных знаков на маркированных узлах транспортных средств или пробирных клейм на ювелирных изделиях и слитках банковских металлов и для выявления следов устранения или искажения (например, механической обработкой, сваркой, пайкой или вытравливанием) иных знаков маркировки и

для неразрушающего технического контроля качества преимущественно тонкослойных деталей в машиностроении (в особенности, в самолето- и ракетостроении, в производстве деталей атомных реакторов и в иных случаях, когда требуется сохранять результаты первого и каждого последующего исследования изделий для оценки износа и остаточного срока их службы).

Из сказанного понятно, что термином «дефект» здесь и далее обозначены любые искажения рельефа поверхности и неоднородности состава и/или структуры поверхностных слоев электропроводных материалов произвольных изделий, которые возникли -

вследствие аварий и катастроф (например, в виде царапин, вмятин, трещин, включений частиц посторонних материалов и т.д.) или преднамеренных механических и/или химических повреждений и

вследствие нарушений технологии изготовления деталей или их естественного износа (например, в виде микротрещин или микрополостей).

Уровень техники

Ныне общеизвестно, что магнитографическая дефектоскопия включает:

фиксацию гибкого магнитного носителя информации (обычно магнитной пленки или ленты) относительно поверхности исследуемого электропроводного изделия,

намагничивание этого изделия вместе с магнитной пленкой,

запись информации на магнитную пленку вследствие воздействия на нее магнитных полей рассеяния изделия,

удаление магнитной пленки с поверхности изделия и

считывание полученной записи для оценки наличия дефектов и их формы, размеров и расположения.

Если объектами магнитографической дефектоскопии являются изделия из ферромагнитных электропроводных материалов, их намагничивают приложением внешнего постоянного или медленно изменяющегося магнитного поля (см., например: 1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. / Справочник под редакцией В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1976, с.56-63; 2. ГОСТ 25225-82. Контроль неразрушающий. Швы сварных соединений трубопроводов. Магнитографический метод; 3. Jack Blitz. Electrical and magnetic methods of nondestructive testing. CRC Press, 1991, pp.65-67; 4. US 3,534,258. и мн.др.).

Полученные записи либо считывают обычными магнитными головками или датчиками Холла, либо визуализируют с помощью магнитного порошка или магнитооптических средств с использованием эффектов Керра или Фарадея (см. SU 697905; JP 58461 от 04.1983; US 4625167; US 4695796; US 4755752; RU 2159426; RU 2165079 и мн.др.).

К сожалению, описанный процесс и указанные средства его осуществления не применимы для дефектоскопии изделий из неферромагнитных электропроводных материалов, в которых магнитное поле может возникать и поддерживаться только как следствие протекающих в них электрических токов.

В US 5754044 раскрыт способ контактного возбуждения токов (и, соответственно, магнитных полей рассеяния) в изделиях из неферромагнитных электропроводных материалов. Для этого к противоположным частям исследуемого изделия подключают подходящий источник импульсного тока, обеспечивают как можно более мощный разрядный импульс и записывают на магнитный носитель (в частности, на магнитную резину) искажения индуцированного магнитного поля, сопутствующие дефектам на пути тока разряда.

Однако невозможно подобрать универсальный источник импульсного тока для магнитографической дефектоскопии разнообразных по форме, размерам, массе и электропроводности неферромагнитных изделий. Мало того, диэлектрические покрытия или загрязнения на поверхности исследуемых изделий практически исключают магнитную запись информации о дефектах.

Поэтому для магнитографической дефектоскопии таких изделий обычно используют источники импульсного тока и индукторы вихревых токов. Так, из статьи G.L.Fitzpatrick et al. «Magneto-optic/Eddy Current Imaging of Aging Aircraft: a New NDI Technique» (MATERIAL EVALUATION, Dec. 1993, pp.1402-1407) известно устройство для магнитооптической визуализации дефектов, имеющее:

подключенный к источнику импульсного тока индуктор вихревых токов в виде электропроводной пластины, которую располагают над поверхностью исследуемого неферромагнитного электропроводного изделия,

магнитооптический преобразователь, соответствующий по размерам индуктору и располагаемый в ходе дефектоскопии над ним, и

фотодетектор (в частности, средство видеозаписи) полученных изображений для их документирования и/или анализа.

Индуктор в виде пластины способен выдерживать мощные импульсные токи без заметного нагрева. Поэтому он удобен для дефектоскопии крупногабаритных неферромагнитных деталей. В частности, известно его применение для выявления трещин и пятен глубокой коррозии в деталях самолетов (см. Y.Fan, Y.Deng, Z.Zeng, L.Udpa, W.Shin, G.Fitzpatrick, Aging Aircraft Rivet Site Inspection Using Magneto-Optic Imaging: Automation and Realtime Image Processing, Presented at 9th Joint FAA/DoD/NASA Aging Aircraft Conference, March 6-9, 2006, Atlanta).

Однако приспособление формы пластинчатого индуктора и, тем более, формы магнитооптического преобразователя к разнообразным формам поверхности исследуемых изделий весьма затруднительно. Соответственно, чувствительность магнитооптического преобразователя к дефектам будет тем меньше (а достоверность контроля тем ниже), чем больше будут отклонения от эквидистантного положения индуктора и магнитооптического преобразователя относительно поверхности исследуемого изделия.

Поэтому для магнитографической дефектоскопии разнообразных изделий из электропроводных (в особенности, неферромагнитных) материалов предпочтительны такие индукторы вихревых токов, которые имеют тонкие (в частности, проволочные) проводники и которые могут быть встроены в сканеры для перемещения относительно поверхности исследуемых изделий.

Прототипы таких индукторов и сканеров известны из US 5648720, который был выдан на устройство и способ получения магнитных изображений проводящего рисунка печатной платы с использованием вихревых токов (Apparatus and method for producing a magnetic image of a conductive pattern using eddy currents).

Известный индуктор вихревых токов (именуемый в оригинале «записывающая головка с кольцеобразным пазом») имеет:

опорный элемент в виде пластины из феррита, имеющей кольцеобразный паз,

уложенный в указанном пазу опорного элемента по меньшей мере один виток тонкой (диаметром не более 0,25 мм) проволоки и

подходящее средство для подключения этого витка к источнику импульсного тока.

Сканер на основе описанного индуктора включает подходящий фиксатор описанного индуктора, этот индуктор как таковой и источник импульсного тока. В рабочем положении сканер кинематически связан с подходящим средством перемещения вдоль поверхности исследуемого изделия, на котором уложена магнитная пленка.

Опорный элемент обычно ориентируют таким образом, чтобы плоскость симметрии кольцеобразного паза была практически перпендикулярна поверхности исследуемого изделия. Это позволяет при каждом разрядном импульсе генерировать в электропроводных частях изделия вихревые токи и записывать на магнитную пленку информацию о суперпозиции внешнего магнитного поля вокруг витка индуктора и магнитных полей рассеяния, которые показывают линии электрического сопротивления, связанные с дефектами в исследуемом изделии. Пошаговое перемещение сканера относительно исследуемого изделия формирует магнитограмму как копию множества магнитных полей рассеяния, порождаемых вихревыми токами.

Как ясно из названия указанного изобретения, известные индуктор и сканер предназначены для проверки целостности тонкослойных электрических проводников на печатных платах. Однако даже в этой крайне узкой области применения чувствительность сканера к дефектам и разрешающая способность магнитографической дефектоскопии существенно ограничены тем, что феррит и соленоидальная форма проводника повышают активное и, особенно, индуктивное сопротивление индуктора импульсному току. Мало того, феррит замыкает существенную часть индуцированных магнитных полей на себя. Соответственно ослабляется реакция магнитных полей, индуцированных в приповерхностном слое электропроводного материала исследуемого изделия, на дефекты.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу изобретения положена задача путем изменения материала и формы деталей создать такой индуктор вихревых токов и такой сканер на его основе, которые способны обеспечить существенное повышение чувствительности к поверхностным дефектам изделий из электропроводных предпочтительно неферромагнитных материалов и разрешающей способности магнитографической дефектоскопии.

Поставленная задача решена тем, что индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии согласно изобретению имеет неферромагнитный диэлектрический опорный элемент с продольным пазом на рабочем торце, электрический проводник, уложенный в упомянутом пазу этого опорного элемента, и подходящие средства для подключения электрического проводника к источнику импульсного тока.

Такой индуктор вихревых токов существенно отличается от ближайшего аналога (см. снова US 5648720) тем, что диэлектрический опорный элемент изготовлен из неферромагнитного материала (вместо феррита), а электрический проводник в исходном положении имеет форму прямолинейного отрезка (вместо по меньшей мере одного заглубленного в феррит витка) из металлической проволоки. Эти отличия позволяют существенно снизить активное и, особенно, индуктивное сопротивление электрического проводника индуктора, исключить замыкание существенной части индуцированных магнитных полей на феррит и, соответственно, усилить реакцию магнитных полей, индуцированных в поверхностном слое электропроводного материала исследуемого изделия, на дефекты. Естественными следствиями этих преимуществ являются повышение чувствительности и разрешающей способности магнитографической дефектоскопии.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что неферромагнитный диэлектрический опорный элемент имеет вид цельной пластины, а электрический проводник опирается на дно упомянутого паза через прокладку из эластичного диэлектрического материала.

Второе дополнительное отличие состоит в том, что неферромагнитный диэлектрический опорный элемент имеет вид цельной пластины, которая полностью изготовлена из упругого полимерного материала.

Любое из этих двух отличий позволяет подстраиваться под такие неровности поверхности исследуемых изделий, которые соизмеримы с диаметром проводника.

Третье дополнительное отличие состоит в том, что электрический проводник выполнен гибким, а неферромагнитный опорный элемент изготовлен в виде камеры, которая имеет по меньшей мере нижнюю эластичную стенку-прокладку и заполнена в рабочем положении упругой текучей средой. Это позволяет подстраиваться под такие неровности поверхности исследуемых изделий, которые могут заметно превышать диаметр проводника.

Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что электрический проводник выполнен гибким, а неферромагнитный диэлектрический опорный элемент состоит по меньшей мере из трех расположенных в один ряд подвижных сегментов, каждый из которых со стороны, противоположной рабочему торцу, оснащен собственной высокоупругой опорой. Это обеспечивает независимое возвратно-поступательное перемещение таких сегментов и прилегающих к ним частей электрического проводника при сканировании сложного (особенно ступенчатого) рельефа.

Пятое, дополнительное к четвертому, отличие состоит в том, что указанные высокоупругие опоры выполнены в виде пружин, каждая из которых снабжена собственным регулятором усилия сжатия. Это позволяет настраивать сканер на дефектоскопию изделий с заранее известным однотипным рельефом.

Поставленная задача решена также тем, что сканер для магнитографической дефектоскопии согласно изобретению имеет: жесткий корпус; индуктор вихревых токов, который жестко связан с указанным корпусом и имеет неферромагнитный диэлектрический опорный элемент с продольным пазом на рабочем торце и электрический проводник, уложенный в упомянутом пазу диэлектрического опорного элемента; источник импульсного тока, смонтированный на указанном жестком корпусе, и подходящие средства для подключения указанного электрического проводника индуктора вихревых токов к указанному источнику импульсного тока.

Такой сканер обладает повышенной чувствительностью к поверхностным дефектам в электропроводных (особенно неферромагнитных) изделиях и обеспечивает высокую разрешающую способность магнитографической дефектоскопии.

Первое дополнительное отличие состоит в том, что источник импульсного тока имеет такой тракт возбуждения импульсных вихревых токов, в который включены:

входной преобразователь напряжения, снабженный подходящим средством подключения к внешнему или встроенному источнику электропитания и выключателем;

стабилизатор напряжения возбуждения вихревых токов, на управляющий вход которого подключен задатчик напряжения;

опорный генератор тактовых импульсов, который подключен к сигнальному выходу стабилизатора напряжения;

программируемый контроллер длительности и периода импульсов, который подключен на выход опорного генератора тактовых импульсов и связан с задатчиком длительности и периода импульсов;

по меньшей мере однокаскадный усилитель выходных импульсов тока, который подключен по питанию к силовому выходу стабилизатора напряжения, а по управлению к программируемому контроллеру и к задатчику крутизны фронтов импульсов и на силовой выход которого включен электрический проводник индуктора вихревых токов.

Сканер с таким трактом возбуждения импульсных вихревых токов может быть изготовлен из доступных компонентов и использован преимущественно для поточной магнитографической дефектоскопии электропроводных изделий в производственных условиях.

Второе дополнительное отличие состоит в том, что сканер имеет двухкаскадный усилитель выходных импульсов тока, состоящий из предусилителя и оконечного усилителя, которые последовательно включены на выход сигнала возбуждения программируемого контроллера и параллельно подключены по питанию к силовому выходу стабилизатора напряжения. При этом электрический проводник индуктора вихревых токов подключен на силовой выход оконечного усилителя. Это позволяет дополнительно увеличить чувствительность к поверхностным дефектам в электропроводных изделиях и обеспечить эффективную магнитографическую дефектоскопию изделий из неферромагнитных материалов.

Третье дополнительное отличие состоит в том, что источник импульсного тока оснащен программатором, который подключен по питанию к стабилизатору напряжения возбуждения вихревых токов и связан с программируемым контроллером длительности и периода импульсов. Это позволяет перенастраивать сканер на магнитографическую дефектоскопию изделий из произвольных электропроводных материалов и регулировать чувствительность к разнообразным дефектам.

Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что источник импульсного тока оснащен диагностическим выходом для проверки функционирования по меньшей мере стабилизатора напряжения и контроллера длительности и периода импульсов. Это особенно удобно при перепрограммировании малогабаритных сканеров, перемещаемых относительно поверхности исследуемых изделий вручную.

Пятое дополнительное отличие состоит в том, что источник импульсного тока оснащен таким трактом активного регулируемого подмагничивания магнитной пленки в процессе записи, который имеет задатчик напряжения подмагничивания, стабилизатор напряжения подмагничивания, подключенный по питанию к входному преобразователю напряжения и по управлению к задатчику напряжения подмагничивания, и по меньшей мере однокаскадный усилитель сигнала подмагничивания, который связан по питанию со стабилизатором напряжения подмагничивания и по управлению с программируемым контроллером и подключен к электрическому проводнику индуктора вихревых токов как дополнительный источник тока. Это существенно повышает чувствительность к сигналам малой амплитуды, порождаемым малозначительными дефектами.

Перечень фигур

Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием индуктора вихревых токов и сканера и их работы в процессах магнитографической дефектоскопии со ссылками на прилагаемые чертежи, где изображены на:

фиг.1 - примерная монтажная схема сканера с индуктором вихревых токов на основе неферромагнитного диэлектрического опорного элемента в виде цельной пластины (аксонометрическая проекция, на которой передняя часть диэлектрического опорного элемента индуктора условно «обрезана», а под сканером условно показаны фрагменты исследуемого изделия и магнитной пленки);

фиг.2 - один из предпочтительных вариантов конструкции индуктора вихревых токов на основе неферромагнитного диэлектрического опорного элемента в виде камеры с эластичной нижней стенкой (аксонометрическая проекция, дополненная условными изображениями фрагментов исследуемого изделия и магнитной пленки);

фиг.3 - другой предпочтительный вариант конструкции индуктора вихревых токов на основе неферромагнитного диэлектрического опорного элемента в виде нескольких расположенных в один ряд подвижных сегментов (аксонометрическая проекция, дополненная условными изображениями фрагментов исследуемого изделия и магнитной пленки);

фиг.4 - примерная структурная схема источника импульсного тока для питания индуктора вихревых токов в процессе магнитографической дефектоскопии;

фиг.5 - физическая схема индуцирования вихревых токов в исследуемом изделии;

фиг.6 - временные диаграммы сигналов при униполярном возбуждении индуктора вихревых токов прямоугольными импульсами напряжения;

фиг.7 - временные диаграммы сигналов при униполярном возбуждении индуктора вихревых токов пилообразными импульсами напряжения;

фиг.8 - временные диаграммы сигналов при биполярном возбуждении индуктора вихревых токов прямоугольными импульсами напряжения;

фиг.9 - фотография тест-объекта из магналия, содержащего поверхностные включения ферромагнетика;

фиг.10 - результат визуализации магнитограммы поверхности тест-объекта с фиг.9;

фиг.11 - фотография тест-объекта из дюралюминия, имеющего лакокрасочное покрытие толщиной от 90 до 110 мкм со скрытыми под ним искажениями, маркировки;

фиг.12 - результат визуализации магнитограммы поверхности тест-объекта с фиг.11;

фиг.13 - фотография тест-объекта из дюралюминия с практически невидимыми невооруженным глазом поверхностными трещинами;

фиг.14 - результат визуализации магнитограммы поверхности тест-объекта с фиг.13.

Наилучшие примеры осуществления изобретения

Предложенный индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии в любом из вариантов воплощения изобретения имеет (см. фиг.1-3):

неферромагнитный диэлектрический опорный элемент 1 с не обозначенным особо продольным пазом на рабочем торце,

уложенный в упомянутом пазу преимущественно гибкий электрический проводник 2 (например, в виде отрезка медной или иной металлической проволоки диаметром предпочтительно от 0,3 мм до 0,8 мм, или жгута, свитого по меньшей мере из двух отрезков не обязательно одинаковой по диаметру и химическому составу проволоки, или отрезка иного подходящего гибкого электрического провода) и

подходящие средства (например, токоведущие шины) 3 для подключения проводника 2 к источнику 4 импульсного тока.

В простейшем случае (см. фиг.1) неферромагнитный диэлектрический опорный элемент 1 имеет вид цельной пластины, а электрический проводник 2 опирается на дно упомянутого паза через прокладку 5 из эластичного диэлектрического материала.

Опорный элемент 1 в виде цельной пластины может быть изготовлен из электроизоляционной керамики (например, фарфора, стеатита и т.п.), или из жесткого термопластичного полимера (например, из полипропилена, поликарбоната, капрона, ударопрочных сополимеров на основе стирола и т.п.), или из жесткого композита на основе термореактивного полимерного связующего (например, из текстолита). Прокладка 5 может быть изготовлена из мягкой, в частности, микропористой резины.

Однако возможно (хотя это не показано явно на чертежах) использование опорного элемента 1 в виде цельной пластины, которая полностью изготовлена из упругого диэлектрического (в частности, полимерного) материала. Это желательно при магнитографической дефектоскопии изделий с практически гладкими поверхностями контакта.

Для подстройки под грубые неровности поверхности исследуемых изделий желательно использование гибкого электрического проводника 2. При этом неферромагнитный опорный элемент 1 может быть изготовлен:

либо в виде камеры, имеющей по меньшей мере нижнюю эластичную стенку-прокладку 5 для укладки гибкого электрического проводника 2 и заполненной в рабочем положении амортизирующей (предпочтительно газовой) текучей средой, которая условно обозначена расходящимися стрелками (см. фиг.2),

либо в виде набора не менее трех расположенных в один ряд подвижных сегментов 6, каждый из которых со стороны, противоположной рабочему торцу, оснащен собственной высокоупругой опорой. Каждая такая опора может иметь вид пружины 7, которая снабжена предпочтительно винтовым регулятором 8 усилия сжатия, как это показано на фиг.3.

Сканер для магнитографической дефектоскопии (см. вновь фиг.1) обычно изготовлен на основе печатной платы с диэлектрическим (например, текстолитовым) корпусом 9, к которому непосредственно присоединен диэлектрический опорный элемент 1 с электрическим проводником 2 и на котором смонтированы основные блоки подробно описанного ниже источника 4 импульсного тока. Средства 3 подключения проводника 2 к источнику 4 импульсного тока, как правило, имеют вид широких симметричных печатных шин с низким (порядка миллиом) комплексным сопротивлением, которое выбирают на уровне комплексного сопротивления проводника 2.

Сканер может иметь произвольный не показанный особо источник электропитания, например обычную внешнюю электрическую сеть или, предпочтительно, встроенный аккумулятор. Поэтому источник 4 импульсного тока может иметь разную структуру в зависимости от выходных параметров избранного источника питания и требований к амплитудным и временным параметрам электрических сигналов возбуждения вихревых токов в исследуемых изделиях.

Один из предпочтительных примеров структуры источника 4 импульсного тока показан на фиг.4. Эта структура имеет тракт возбуждения в исследуемом изделии импульсных вихревых токов и индуцируемых ими магнитных полей переменной напряженности, в который включены:

входной преобразователь 10 напряжения, снабженный подходящим средством подключения к внешнему или встроенному источнику электропитания и выключателем 11 с не обозначенным особо (например, светодиодным) индикатором питания;

стабилизатор 12 напряжения возбуждения вихревых токов, на управляющий вход которого подключен задатчик 13 напряжения;

опорный генератор 14 тактовых импульсов, который подключен к сигнальному выходу стабилизатора 12 напряжения;

программируемый контроллер 15 длительности и периода импульсов, который подключен на выход опорного генератора 14 тактовых импульсов и связан с задатчиком 16 длительности и периода импульсов;

по меньшей мере однокаскадный (а преимущественно двухкаскадный) усилитель выходных импульсов тока, который связан с задатчиком 17 крутизны фронтов импульсов (например, потенциометром) и, в данном примере, имеет предусилитель 18 и оконечный усилитель 19, последовательно включенные на выход сигнала возбуждения программируемого контроллера 15 и параллельно подключенные по питанию к силовому выходу стабилизатора 12 напряжения.

Указанный оконечный усилитель 19 подключен к электрическому проводнику 2 индуктора вихревых токов в исследуемом изделии.

Для дополнительного повышения чувствительности к сигналам малой амплитуды, порождаемым малозначительными дефектами, в структуру источника 4 импульсного тока может быть включен тракт активного регулируемого подмагничивания магнитной пленки в процессе записи. В одном из предпочтительных воплощений изобретения этот тракт имеет (см. вновь фиг.4):

стабилизатор 20 напряжения подмагничивания, который подключен по питанию к входному преобразователю 10 напряжения и по управлению на задатчик 21 напряжения подмагничивания;

по меньшей мере однокаскадный усилитель 22 сигнала подмагничивания, который связан по питанию со стабилизатором 20 напряжения подмагничивания и по управлению с программируемым контроллером 15.

Усилитель 22 подключен к электрическому проводнику 2 индуктора вихревых токов как дополнительный (независимый от оконечного усилителя 19) источник тока.

Специалисту понятно (хотя это и не показано на чертежах), что в качестве дополнительного средства подмагничивания магнитной пленки в процессе записи информации о малозначительных или относительно глубоко расположенных дефектах можно использовать пару постоянных магнитов или электромагнитов, закрепленных на корпусе 9 сканера по разные стороны проводника 2 индуктора вихревых токов.

В зависимости от количества однотипных магнитографических исследований программируемый контроллер 15 длительности и периода импульсов можно изготовить либо на базе подходящей однократно программируемой микросхемы, либо как блок, пригодный для перепрограммирования. В последнем случае в структуру источника 4 импульсного тока должен быть включен программатор 23, подключенный по питанию к стабилизатору 12 напряжения возбуждения вихревых токов и связанный с контроллером 15 длительности и периода импульсов.

И, наконец, для проверки функционирования в заданном режиме источник 4 импульсного тока может быть оснащен диагностическим выходом 24. На этот выход 24 могут быть подключены, как минимум, стабилизатор 12 напряжения и контроллер 15 длительности и периода импульсов, как это упрощенно показано на фиг.4, и другие блоки, включая, например, стабилизатор 20 напряжения подмагничивания.

Аппаратурная реализация описанной структуры источника 4 импульсного тока в основном показана на фиг.1. В частности, здесь видны:

разъем 25 входного преобразователя 10 напряжения,

выключатель 11 (например, в виде тумблера) с не обозначенным особо светодиодным индикатором питания;

накопительный (в частности, подходящий электролитический) конденсатор 26 стабилизатора 12 напряжения возбуждения вихревых токов,

разъем 27 задатчика 13 напряжения;

кварцевый осциллятор 28 (например, с рабочей частотой 10 МГц) опорного генератора 14 тактовых импульсов;

программируемый контроллер 15 длительности и периода импульсов (например, микроконтроллер фирмы Atmel модели ATtini 2313-20SU) с разъемом 29 для подключения задатчика 16 длительности и периода импульсов;

транзисторы 30 и 31 (в частности, модели BSS-138 фирмы Fairchild Semiconductors и модели BSS-84, производимые фирмой Philips), которые служат основой вышеуказанного предусилителя 18, и транзистор 32 (в частности, модели IRF3205 фирмы International Rectifier), который служит основой вышеуказанного оконечного усилителя 19 выходных импульсов тока;

разъем 33 задатчика 17 крутизны фронтов импульсов;

разъем 34 программатора 23 и диагностический выход 24.

В описанных далее экспериментах был использован сканер, пригодный для ручного перемещения относительно поверхности исследуемых изделий. Его индуктор был оснащен изготовленным из электротехнической меди круглым электрическим проводником 2 диаметром 0,8 мм общей длиной 40 мм и длиной прямолинейной в исходном положении рабочей части 25 мм. Этот проводник 2 был размещен на прокладке 5 из микропористой резины в пазу опорного элемента 1, изготовленного из текстолита в виде цельной пластины. Экспериментальный сканер был оснащен встроенным источником электропитания в виде аккумулятора, который обеспечивал рабочее напряжение в интервале от 10 до 18 B.

Для записи информации о выявленных дефектах использовали анизотропную металлическую магнитную пленку из магнитотвердого низкоуглеродистого (0,2% C) сплава железа с никелем, хромом и марганцем, которая имела такие магнитные характеристики:

остаточная магнитная индукция Br не менее 800 Гс (0,08 Тл);
максимальная остаточная
намагниченность Mr max около 64 кА/м;
коэрцитивная сила Hc около 400 Э (32 кА/м);
намагниченность при насыщении Hs около 80 кА/м.

Фрагменты такой пленки использовали многократно в режиме перезаписи. Однако даже новую пленку перед наложением на исследуемое изделие обрабатывали для стирания следов случайного намагничивания. Такое стирание можно обеспечить либо полным размагничиванием магнитной пленки, либо ее намагничиванием до насыщения.

Общеизвестно, что для размагничивания используют переменное магнитное поле затухающей амплитуды в направлении легкой оси перемагничивания, в результате чего остаточная намагниченность анизотропной магнитной пленки становится близкой к нулю.

Также общеизвестно, что намагничивание до насыщения в любом (попутном или встречном) направлении стирает любую (случайную или преднамеренную) предшествующую запись. Преимущество этого приема подготовки магнитной пленки к использованию состоит в том, что остаточная намагниченность облегчает запись информации о малозначительных дефектах (и потому нередко исключает потребность в активном подмагничивании такой заранее сенсибилизированной пленки).

Поэтому перед использованием в экспериментах магнитную пленку обычно намагничивали до насыщения в направлении, встречном направлению перемещения сканера.

Магнитографическую дефектоскопию с использованием описанных выше индуктора вихревых токов и сканера в общем случае проводят следующим образом.

На исследуемое (обычно неферромагнитное или имеющее диэлектрическое покрытие) изделие 35 (см. фиг.1-3) укладывают отрезок подготовленной, как описано выше, магнитной пленки 36 и фиксируют его на изделии 35. В большинстве случаев для такой фиксации используют не показанные особо отрезки клейкой ленты или механические зажимы типа струбцин.

Если магнитные записи результатов исследования должны быть сохранены на длительный срок как самостоятельные документы, то для магнитографической дефектоскопии используют новую пленку, которую нарезают на фрагменты, достаточные для покрытия поверхности исследуемых изделий. Если же магнитные записи визуализируют и изображения фиксируют любым подходящим средством видеозаписи, то можно многократно использовать одни и те же подходящие по форме и размерам фрагменты магнитной пленки.

Затем (см. фиг.4) сканер подготавливают к работе. Минимальный цикл подготовки включает следующие операции:

подключение входного преобразователя 10 напряжения и всех остальных связанных с ним по питанию блоков к упомянутому выше аккумулятору с помощью выключателя 11,

установку требуемого напряжения на силовом выходе стабилизатора 12 напряжения возбуждения вихревых токов задатчиком 13 напряжения,

(пере)настройку контроллера 15 длительности и периода импульсов задатчиком 16 длительности и периода импульсов и, если это необходимо, программатором 23 и

настройку усилителя выходных импульсов тока (в частности, предусилителя 18) задатчиком 17 крутизны фронтов импульсов.

Если сканер оснащен диагностическим выходом 24, то указанные настройки могут быть проверены с помощью вольтметра и осциллографа.

Усилитель (в частности, оконечный усилитель 19) выходных импульсов тока, управляемый опорным генератором 14 тактовых импульсов и программируемым контроллером 15, подает с заданной периодичностью на проводник 2 индуктора вихревых токов через токоведущие шины 3 (см. фиг.1) импульсы напряжения заданной формы и длительности. Примеры таких импульсов показаны на фиг.6-8.

Если предполагается поиск малозначительных дефектов, то к вышеуказанным операциям добавляют настройку тракта активного регулируемого подмагничивания магнитной пленки в процессе записи. Для этого задатчиком 21 настраивают стабилизатор 20 на требуемую величину напряжения подмагничивания и включают усилитель 22 сигнала подмагничивания, который под управлением программируемого контроллера 15 подает на проводник 2 индуктора вихревых токов сигналы подмагничивания, синхронизированные с импульсами напряжения, поступающими от тракта возбуждения импульсных вихревых токов в исследуемом изделии 35.

Подготовленный к работе сканер устанавливают в начало зоны исследования, прижимают к магнитной пленке 36 так, чтобы она плотно контактировала с поверхностью исследуемого изделия 35 даже в местах расположения рельефных элементов 37 (см. фиг.2 и 3). Затем сканер предпочтительно непрерывно перемещают вручную или с помощью подходящего привода до вывода проводника 2 индуктора вихревых токов из зоны исследования.

При наезде на препятствия в виде выпуклых или вогнутых рельефных элементов 37 проводник 2 индуктора утапливается в прокладку 5 или приподнимается этой прокладкой 5 в пазу опорного элемента 1. Эти изменения положения проводника 2 могут быть обеспечены деформацией нижней эластичной стенки-прокладки 5 камеры, если будет использован индуктор согласно фиг.2, или независимым перемещением подвижных сегментов 6 и сжатием-расширением соответствующих им пружин 7, настроенных на определенные усилия регуляторами 8, если будет использован индуктор согласно фиг.3

Скорость перемещения сканера задают из условия

t1≤Sscan/Vscan,

где

t1 - период следования импульсов возбуждения/записи, с,

Sscan - длина области мгновенной записи и

Vscan - линейная скорость сканирования.

После записи магнитограммы сканер удаляют из зоны исследования, входной преобразователь 10 напряжения выключают, использованную магнитную пленку 36 с записью снимают с исследованного изделия 35 и передают на дальнейшее исследование (в частности, на считывание и дефектологический анализ).

Описанный сканер разработан преимущественно для работы вручную. Поэтому максимальная скорость его перемещения Vscan max не должна превышать 50 мм/с при частоте следования импульсов 1 кГц и длине каждой области мгновенной записи Sscan≈50 мкм.

На физической схеме индуцирования вихревых токов в исследуемом изделии 35 и сопутствующих им магнитных полей (см. фиг.5) хорошо видно, что каждый импульс тока Iexc(t), протекающего через проводник 2 индуктора, генерирует вокруг него согласно закону Био-Савара-Лапласа магнитное поле переменной напряженности Hexc(t). Это поле согласно закону электромагнитной индукции Фарадея возбуждает в поверхностном слое электропроводного исследуемого изделия 35 импульсные вихревые токи IEC(t). Согласно правилу Ленца, эти токи IEC(t) противоположны по направлению токам Iexc(t) в проводнике 2, когда они возрастают, и совпадают по направлению с токами Iexc(t), когда они убывают.

Понятно, что реальные траектории вихревых токов IEc(t) в исследуемом изделии 35 и, соответственно, напряженность HEC(t) магнитных полей рассеяния, индуцированных этими токами, зависят от конфигурации магнитного поля возбуждения напряженностью Hexc(t) и от различий в проводимости внутри поверхностного слоя материала изделия 35, которые обусловлены дефектами. Также понятно, что при сканировании поверхности изделия 35 на магнитную пленку 36 действует результирующее магнитное поле переменной напряженности HMG(t). Это поле является текущей суперпозицией магнитного поля переменной напряженности Hexc(t) в окрестностях проводника 2 и магнитного поля переменной напряженности HEC(t), индуцированного в поверхностном слое материала исследуемого изделия 35.

Здесь следует отметить, что в указанной суперпозиции может участвовать также магнитное поле, которое обусловлено:

либо остаточной намагниченностью магнитной пленки 36 вследствие ее намагничивания при подготовке к магнитографической дефектоскопии,

либо активным регулируемым подмагничиванием пленки 36 путем подачи в проводник 2 тока подмагничивания.

Типичные примеры влияния параметров сигнала Uexc(t) возбуждения проводника 2 на напряженность HEC(t) указанных магнитных полей рассеяния и параметры регистрируемого сигнала HMG(t) проиллюстрированы временными диаграммами на фиг.6-8.

На фиг.6 показаны временные диаграммы сигналов при униполярном возбуждении индуктора наиболее простыми прямоугольными импульсами Uexc(t) напряжения, где

t1 и t2 - соответственно период следования и длительность прямоугольных импульсов Uexc(t) напряжения на выходе оконечного усилителя 19,

t3 и t4 - соответственно длительность фронта и длительность спада импульсов Iexc(t) тока возбуждения в проводнике 2 индуктора и изменение напряженности Hexc(t) соответствующего им магнитного поля в окрестностях проводника 2,

t5 - длительность импульсов IEC(t) вихревых токов, индуцированных в материале исследуемого изделия 35 по фронту импульсов Iexc(t), и изменение напряженности HEC(t) соответствующего им магнитного поля в изделии 35,

t6 - длительность импульсов IEC(t) вихревых токов, индуцированных в материале исследуемого изделия 35 по спаду импульсов Iexc(t), и изменение напряженности HEC(t) соответствующего им магнитного поля в изделии 35.

В результате самоиндукции ток Iexc(t) в проводнике 2 индуктора и, соответственно, напряженность Hexc(t) магнитного поля в окрестностях проводника 2 изменяются экспоненциально, при этом длительность t3 фронта и длительность t4 спада каждого импульса Iexc(t) тока будут тем меньше, чем меньше индуктивность и чем больше активное сопротивление проводника 2 и токопроводящих шин 3, которые служат основой предложенного индуктора.

В результате взаимоиндукции вихревые токи IEC(t), индуцированные в материале изделия 35, и, соответственно, напряженность HEC(t) индуцированного в нем магнитного поля, будут изменяться в зависимости от крутизны фронта и спада импульсов Iexc(t) тока в проводнике 2 индуктора. Поскольку в этом примере фронт и спад каждого такого импульса Iecx(t) изменяются экспоненциально, постольку форма каждого импульса IEC(t) вихревого тока, индуцированного в материале изделия 35, согласно закону Фарадея также будет изменяться экспоненциально.

Соответственно, примерно равные длительности t3 и t4 фронта и спада импульсов Iexc(t) тока в проводнике 2 индуктора определяют длительности t5 и t6 импульсов IEC(t) вихревых токов, индуцированных в материале изделия 35, и импульсов HEC(t) напряженности магнитного поля, индуцированного такими токами, причем в рассматриваемом случае все указанные интервалы времени практически одинаковы (то есть t3≈t4≈t5≈t6).

Как уже было сказано, магнитные поля рассеяния, индуцированные импульсами Iexc(t) тока в проводнике 2 индуктора и вихревыми токами IEC(t) в изделии 35, в соответствии с принципом суперпозиции формируют в плоскости расположения магнитной пленки 36 результирующее магнитное поле напряженностью HMG(t), которое подлежит магнитографической регистрации. Однако очевидно, что только HEC(t) составляющая напряженности этого результирующего магнитного поля несет дефектоскопическую информацию.

Из соображений энергосбережения и уменьшения тепловых нагрузок на индуктор период следования t1 прямоугольных импульсов напряжения Uexc(t) должен быть как можно больше по отношению к длительности импульса t2. Эта же величина t1 должна быть согласована с параметрами сканирования, ибо при непрерывном перемещении сканера потери информации в магнитограмме можно исключить при условии, если период следования импульсов возбуждения/записи t1 не превышает отношение длины области мгновенной записи Sscan к скорости перемещения сканера Vscan, то есть t1≤Sscan/Vscan.

Применительно к индуктору и сканеру согласно изобретению верхний предел скорости сканирования Vscan max≤50 мм/с, что хорошо согласуется с частотой следования импульсов возбуждения f1=1/t1=1 кГц и длиной области мгновенной записи Sscan=50 мкм.

В то же время для обеспечения переходных процессов по фронту и спаду импульсов Iexc(t) тока возбуждения в проводнике 2 величина t2 должна быть согласована с активным и реактивным сопротивлением индуктора.

Иначе говоря, нужно соблюсти условие t2≥t3+t4 (или t2≥2t3, поскольку t3≈t4).

При этом условии предложенный сканер может эффективно возбуждать вихревые токи IEC(t) при использовании прямоугольных униполярных импульсов Uexc(t) напряжения, если t2≈0,1-0,4 мкс.

Для регулирования глубины распространения вихревых токов IEC(t) в поверхностном слое исследуемого изделия 35 изменяют набор частот в их амплитудном спектре.

Специалисту понятно, что чем выше будет частота колебаний вихревых токов IEC(t), тем тоньше будет скин-слой, в котором можно выявлять поверхностные дефекты. Также понятно, что изменять амплитудный спектр вихревых токов можно путем регулирования крутизны фронтов импульсов Iexc(t) тока возбуждения в проводнике 2, которая зависит от длительности фронта t3 и длительности спада t4 в каждом таком импульсе Iexc(t). Рассмотрение временных диаграмм на фиг.6 показывает, что при уменьшении величин t3 и t4 упомянутая крутизна фронта должна возрастать.

Минимумы значений t3 и t4 и, соответственно, верхние частоты вихревых токов в исследуемом изделии 35 ограничены постоянной времени RL-контура индуктора, который включает только проводник 2 и токопроводящие шины 3. Если же значения t3 и t4 (и, соответственно, толщину скин-слоя) нужно увеличить для выявления подповерхностных дефектов, то для этого достаточно воспользоваться задатчиком 17 крутизны фронтов импульсов (см. фиг.4).

В предложенном сканере длительность фронта и длительность спада импульсов тока в проводнике 2 выбраны в интервале t3≈t4≈(0,05-0,2) мкс. При этом ток Iexc(t) в проводнике 2 имеет амплитуду в интервале от 80 A до 110 A.

Как было указано выше, длительность t5 и длительность t6 импульсов IEC(t) вихревых токов, индуцированных в исследуемом изделии 35 соответственно по фронту и спаду импульсов Iexc(t), имеют практически ту же длительность, что и длительность фронта и спада импульсов Iexc(t) тока индуктора. Иначе говоря, t3≈t4≈t5≈t6≈τ.

Из теории распространения сигналов в электрических цепях известно, что спектральная функция не зависит от формы коротких импульсов и практически постоянна вплоть до частот ω≤1/τ или f≤1/(2πτ). Соответственно, длительность импульсов вихревых токов t5=t6=0,05 мкс обеспечивает частотный диапазон до 3 МГц, что достаточно для возбуждения в алюминии и сплавах на его основе скин-слоя глубиной около 0,05 мм.

Анализ функции HMG(t) показывает, что она знакопеременна. Поэтому напряженность магнитного поля за время действия каждого импульса Iexc(t) тока индуктора изменяется от H-MG до H+MG, а напряженность суммарного магнитного поля содержит постоянную составляющую Н0, обусловленную магнитным полем рассеяния вокруг проводника 2 индуктора. Из этого следуют два вывода:

во-первых, каждая магнитограмма регистрирует только экстремумы H+MG, ибо их амплитуда выше, и они приходит по времени позднее экстремумов H-MG;

во-вторых, указанная составляющая Н0 напряженности поля может быть использована в сеансах магнитографической дефектоскопии как средство постоянного подмагничивания магнитной пленки 36, не создающее дополнительных вихревых токов.

На фиг.7, где показаны временные диаграммы сигналов для случая униполярного возбуждения индуктора пилообразными импульсами Uexc(t) напряжения, видно:

что добавление постоянной составляющей или импульсной составляющей с пологими фронтами к импульсному току Iexc(t) возбуждения может обеспечить постоянное подмагничивание магнитной пленки 36 в процессах магнитографической дефектоскопии и

что использование импульсов тока Iexc(t) возбуждения индуктора с пологими фронтами обеспечивает подавление бесполезного для магнитографии экстремума H-MG.

Возможность комбинирования пассивного подмагничивания магнитной пленки 36 при подготовке к записи, сопутствующего подмагничивания за счет указанной составляющей Н0 напряженности магнитного поля вихревых токов и описанного выше активного регулируемого подмагничивания существенно улучшает эксплуатационные характеристики сканера. Действительно, любое (и, тем более, комбинированное) подмагничивание магнитной пленки 36 позволяет регулировать уровень записи и компенсировать влияние таких негативных факторов, как диэлектрические покрытия или загрязнения на исследуемых изделиях 35 и различия в их электропроводности или шероховатости поверхности, и адаптировать сканер к размерам дефектов и типу материала для магнитной записи.

Очевидно, что возможны (а иногда предпочтительны) другие типы и параметры импульсов возбуждения. Например, возбуждение проводника 2 индуктора биполярными прямоугольными импульсами напряжения (см. фиг.8) может увеличить динамический диапазон магнитографической дефектоскопии в случаях, когда скорость перемещения сканера обеспечивает запись обоих экстремумов H+MG и H-MG. Это обстоятельство позволяет более точно оценивать локализацию и размеры дефектов при «машинном» считывании магнитограмм (например, магнитной головкой) и их последующей автоматической обработке с использованием специализированных программ.

Эффективность применения индуктора и сканера согласно изобретению подтверждена многочисленными экспериментами по магнитографической дефектоскопии искусственно подготовленных тест-объектов. Результаты некоторых из них показаны на фиг.9-14.

Так, на фиг.9 показана сканированная с разрешением 300 dpi фотография поверхности тест-объекта в виде пластины из магналия толщиной 1 мм, содержащей такие искусственно сформированные элементы рельефа и дефекты, как:

не обозначенные особо сквозные отверстия диаметром 1,5 мм, лунки диаметром от 0,4 до 1,2 мм и выдавленное цифровое клеймо «133», видимые невооруженным глазом,

хорошо различимые невооруженным глазом на поверхности пластины параллельные царапины 38 шириной от 200 до 300 мкм,

слабо различимая на поверхности пластины царапина 39 шириной 100 мкм и

нерегулярно расположенные малозначительные поверхностные дефекты 40 в виде небольших пятен серого цвета, которые соответствуют визуально не различимым мелким вмятинам, диэлектрическим загрязнениям и скоплениям ферромагнитных включений.

Указанный тест-объект был подвергнут магнитографическому исследованию с использованием вышеописанных индуктора, сканера и магнитной пленки, которая была намагничена до насыщения перед записью.

Источник 4 импульсного тока был настроен задатчиком 13 напряжения возбуждения на амплитуду 16 B.

Для формирования магнитограммы использовали униполярные прямоугольные импульсы напряжения с периодом t1=1 мс и длительностью t2=0,25 мкс.

Длительность фронта и длительность спада импульсов тока возбуждения в проводнике 2 индуктора составляли соответственно t3≈t4≈0,1 мкс.

Запись на магнитной пленке была визуализирована тонкопленочным магнитооптическим преобразователем на основе Bi-содержащего феррит-граната, работа которого основана на использовании эффекта Фарадея.

Все вышеуказанные элементы рельефа поверхности тест-объекта, включая царапины 38 и 39, явно видны на визуализированной магнитограмме (см. фиг.10). Это подтверждает чувствительность сканера к поверхностным дефектам типа царапин шириной 100 мкм и разрешающую способность не хуже 200 мкм. Кроме того, визуализация позволила выделить по яркости и контрасту скопления ферромагнитных включений 41 из множества малозначительных поверхностных дефектов 40.

Таким образом, фиг.9 и 10 демонстрируют применимость индуктора и сканера согласно изобретению для трасологических исследований и для неразрушающего контроля поверхностных слоев изделий из неферромагнитных материалов.

Далее, на сканированной с разрешением 300 dpi фотографии поверхности дюралюминиевого тест-объекта, имеющего лакокрасочное покрытие толщиной от 90 до 110 мкм (см. фиг.11), хорошо видны в увеличенном масштабе цифры «9» и «7», обозначенные номером 42.

При подготовке этого тест-объекта на пластину из дюралюминия первоначально были нанесены клеймлением цифры «6» и «5». Затем круговой фрагмент пластины с цифрой «6» был вырублен, перевернут на 180° и запрессован на прежнее место, а исходный рельеф цифры «5» был скрыт под слоем эпоксидной шпаклевки, на котором перед отверждением эпоксидной смолы была оттиснута цифра «7». Затем поверхность тест-объекта была отшлифована шкуркой и целиком покрыта непрозрачной краской.

Подготовленный таким образом тест-объект был подвергнут магнитографическому исследованию с использованием вышеописанных индуктора, сканера и магнитной пленки, которая была намагничена до насыщения перед записью.

Проводник 2 индуктора возбуждали униполярными прямоугольными импульсами напряжения амплитудой Uexc=17 B с периодом t1=1 мс и длительностью t2=0,3 мкс.

Длительность фронтов и спадов импульсов Iexc(t) тока возбуждения индуктора составляла t3≈t4≈0,1 мкс.

На фиг.12, где показан результат визуализации магнитограммы поверхности указанного тест-объекта, видны контуры рельефных цифр 42 вторичной маркировки и, одновременно, явно заметны линия стыка 43 двух различных фрагментов металла (контур вырубки/запрессовки) и большая часть контура исходной цифры «5», обозначенная номером 44.

Полученный результат демонстрирует возможность применения описанных индуктора и сканера для нужд криминалистики и для неразрушающего контроля сплошности поверхностных слоев без удаления защитных и/или декоративных покрытий.

И, наконец, на фиг.13 показана в увеличенном масштабе сканированная с разрешением 1200 dpi фотография поверхности тест-объекта в виде дюралюминиевой пластины толщиной 4 мм.

В пластине было просверлено сквозное отверстие 45 диаметром 5 мм как концентратор напряжений и нанесены практически невидимые невооруженным глазом царапины 46 с неравномерной шириной от 100 до 200 мкм. В зоне расположения отверстия пластина была несколько раз изогнута и выпрямлена, в результате чего на фотографии появилось нечеткое и доступное только опытному наблюдателю изображение зародыша трещины 47.

Подготовленный таким образом тест-объект был подвергнут магнитографическому исследованию с использованием выше описанных индуктора, сканера и магнитной пленки, которая была перед записью полностью размагничена.

Проводник 2 индуктора возбуждали униполярными прямоугольными импульсами напряжения амплитудой Uexc=16 В с периодом t1=1 мс и длительностью t2=0,25 мкс.

Длительность фронтов и спадов импульсов Iexc(t) тока возбуждения индуктора составляла t3≈t4≈0,1 мкс. В ходе эксперимента на проводник 2 через усилитель синхронно с упомянутыми импульсами напряжения 22 подавали сигналы подмагничивания.

На фиг.14, где показан результат визуализации магнитограммы поверхности указанного тест-объекта, явно видны царапины 46, а на продолжении поверхностного зародыша 47 очень четко видна развитая скрытая под поверхностью усталостная трещина 48.

Полученный результат демонстрирует возможность применения описанных индуктора и сканера для нужд криминалистики и для неразрушающего контроля сплошности подповерхностных слоев изделий из неферромагнитных электропроводных материалов

Промышленная применимость

Индуктор вихревых токов и сканер на его основе могут быть легко изготовлены на предприятиях электротехнической промышленности.

Далее они могут быть использованы для оснащения существующих или специализированных средств магнитографической дефектоскопии изделий из предпочтительно неферромагнитных электропроводных материалов.

Кроме того, возможно использование таких индукторов и сканеров при исследовании произвольных электропроводных включений в поверхностные слои изделий из диэлектрических материалов.

1. Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии, имеющий:
неферромагнитный диэлектрический опорный элемент (1) с продольным пазом на рабочем торце,
электрический проводник (2), уложенный в пазу этого опорного элемента (1), и
подходящие средства (3) для подключения электрического проводника (2) к источнику (4) импульсного тока.

2. Индуктор вихревых токов по п.1, в котором указанный опорный элемент (1) имеет вид цельной пластины, а электрический проводник (2) опирается на дно указанного паза через прокладку (5) из эластичного диэлектрического материала.

3. Индуктор вихревых токов по п.1, в котором указанный опорный элемент (1) имеет вид цельной пластины, полностью изготовленной из упругого полимерного материала.

4. Индуктор вихревых токов по п.1, в котором электрический проводник (2) выполнен гибким, а указанный опорный элемент (1) изготовлен в виде камеры, которая имеет по меньшей мере нижнюю эластичную стенку-прокладку (5) и заполнена в рабочем положении упругой текучей средой.

5. Индуктор вихревых токов по п.1, в котором электрический проводник (2) выполнен гибким, а указанный опорный элемент (1) состоит по меньшей мере из трех расположенных в один ряд подвижных сегментов (6), каждый из которых со стороны, противоположной рабочему торцу, оснащен собственной высокоупругой опорой.

6. Индуктор вихревых токов по п.5, в котором указанные высокоупругие опоры выполнены в виде пружин (7), каждая из которых снабжена собственным регулятором (8) усилия сжатия.

7. Сканер для магнитографической дефектоскопии, имеющий:
жесткий корпус (9);
индуктор вихревых токов, который жестко связан с указанным корпусом (9) и имеет неферромагнитный диэлектрический опорный элемент (1) с продольным пазом на рабочем торце и электрический проводник (2), уложенный в упомянутом пазу указанного опорного элемента (1);
источник (4) импульсного тока, смонтированный на указанном корпусе (9), и
подходящие средства (3) для подключения указанного электрического проводника (2) индуктора вихревых токов к указанному источнику (4) импульсного тока.

8. Сканер для магнитографической дефектоскопии по п.7, в котором указанный источник (4) импульсного тока имеет тракт возбуждения импульсных вихревых токов, в который включены:
входной преобразователь (10) напряжения, снабженный подходящим средством подключения к внешнему или встроенному источнику электропитания и выключателем (11);
стабилизатор (12) напряжения возбуждения вихревых токов, на управляющий вход которого подключен задатчик (13) напряжения;
опорный генератор (14) тактовых импульсов, который подключен к сигнальному выходу указанного стабилизатора (12) напряжения;
программируемый контроллер (15) длительности и периода импульсов, который подключен на выход указанного опорного генератора (14) тактовых импульсов и связан с задатчиком (16) длительности и периода импульсов;
по меньшей мере однокаскадный усилитель выходных импульсов тока, который подключен по питанию к силовому выходу указанного стабилизатора (12) напряжения, а по управлению к указанному программируемому контроллеру (15) и к задатчику (17) крутизны фронтов импульсов, и на силовой выход которого включен электрический проводник (2) индуктора вихревых токов.

9. Сканер для магнитографической дефектоскопии по п.8, который имеет двухкаскадный усилитель выходных импульсов тока, состоящий из предусилителя (18) и оконечного усилителя (19), которые последовательно включены на выход сигнала возбуждения программируемого контроллера (15) и параллельно подключены по питанию к силовому выходу стабилизатора (12) напряжения, при этом электрический проводник (2) индуктора вихревых токов подключен на силовой выход оконечного усилителя (19).

10. Сканер для магнитографической дефектоскопии по п.8, в котором источник (4) импульсного тока оснащен программатором (23), который подключен по питанию к стабилизатору (12) напряжения возбуждения вихревых токов и связан с программируемым контроллером (15) длительности и периода импульсов.

11. Сканер для магнитографической дефектоскопии по п.8, в котором источник (4) импульсного тока оснащен диагностическим выходом (24) для проверки функционирования по меньшей мере стабилизатора (12) напряжения и контроллера (15) длительности и периода импульсов.

12. Сканер для магнитографической дефектоскопии по п.8, в котором источник (4) импульсного тока оснащен таким трактом активного регулируемого подмагничивания магнитной пленки в процессе записи, который имеет задатчик (21) напряжения подмагничивания, стабилизатор (20) напряжения подмагничивания, подключенный по питанию к входному преобразователю (10) напряжения и по управлению к указанному задатчику (21), и по меньшей мере однокаскадный усилитель (22) сигнала подмагничивания, который связан по питанию с указанным стабилизатором (20) и по управлению с программируемым контроллером (15) и подключен к указанному электрическому проводнику (2) индуктора вихревых токов как дополнительный источник тока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля продольно-протяженных изделий типа проволоки, прутков или труб. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля отверстия, не являющегося прямолинейным и/или имеющего сечение, не являющееся круглым, в частности отверстия в диске ротора газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к неразрушающему контролю. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля методом вихревых токов и может быть использовано для измерения толщин тонких неферромагнитных покрытий из висмута, свинца, цинка, кобальта, кадмия и их сплавов, имеющих меньшую электропроводность, чем неферромагнитные основания из меди, латуней, бронз, серебра и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике, контролю линейных перемещений габаритных валов роторных машин. .

Изобретение относится к неразрушающему контролю. .

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

Изобретение относится к неразрушающему контролю трубопроводов. .

Изобретение относится к области неразрушающего магнитографического контроля труб и изделий трубчатой формы, в частности литых чугунных заготовок гильз цилиндров автомобилей.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля и может быть использовано для дефектоскопии ферромагнитных лент и пластин. .

Изобретение относится к области магнитографической дефектоскопии и может быть использовано при контроле качества изделий из ферромагнитных материалов, например гибов труб, шеек коленчатых валов, фасонных изделий, несущих конструкций и т.д.

Изобретение относится к магнитографическому контролю изделий с поверхностью малой кривизны и сварных швов со снятым усилением из магнитомягких сталей (с коэрцитивной силой меньше 10 А/см).

Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля. .

Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля стыковых сварных швов. .
Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля. .

Изобретение относится к магнитографическому методу неразрушающего контроля стыковых сварных соединений. .

Изобретение относится к дефектоскопии магнитографическим методом и может быть использовано при контроле качества изделий из ферромагнитных материалов. .

Изобретение относится к медицине и биологии и может быть использовано для бесконтактного манипулирования, концентрирования и сортировки бактериальных клеток E.coli и/или диамагнитных микрочастиц в микрофлюидных системах. Для этого создают направленную диффузию, используя эффект вытеснения объектов из градиента концентрации парамагнитных наночастиц CoFe2O4. Изобретение обеспечивает бесконтактное манипулирование, концентрирование и сортировку жизнеспособных бактерий E.coli без жгутиков. 11 ил., 1 пр.
Наверх