Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов

Использование: для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что электромагнитно-акустический преобразователь для контроля изделий из ферромагнитного материала содержит каркас из немагнитного материала, в котором закреплены узел подмагничивания и выполненные в виде последовательно разнесенных в пространстве решеток излучатель и приемник, при этом приемник размещен на обращенном к изделию полюсе постоянного магнита или электромагнита узла намагничивания, а излучатель размещен на держателе, закрепленном в корпусе, при этом шаг между синфазными проводниками приемника пропорционален длине возбуждаемой волны, а шаг между синфазными проводниками излучателя пропорционален удвоенной длине возбуждаемой волны. Во втором варианте исполнения приемник размещен между двумя обращенными к изделию магнитными полюсами различной магнитной полярности узла намагничивания. Технический результат: повышение достоверности контроля изделий из ферромагнитных материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля изделий из ферромагнитного материала и может быть использовано в машиностроении, нефтегазовой промышленности, а также в других отраслях промышленности для контроля качества продукции как из самого металла, так и сварных соединений.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение достоверности контроля с одновременным упрощением конструкции ЭМА преобразователя.

В настоящее время известны электромагнитно-акустические преобразователи для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов.

Известен ЭМА преобразователь [1], являющийся аналогом заявляемого изобретения, содержащий каркас, в котором установлен с возможностью вращения магнитопровод, выполненный в виде вала с намагничивающим элементом и колесной парой из ферромагнитного материала. Чувствительный элемент, установленный между колесами над поверхностью изделия, представляет собой плоскую катушку в виде решетки, шаг между системой синфазных проводников которой пропорционален длине волны.

Такой ЭМА преобразователь не обеспечивает необходимой достоверности контроля, поскольку, во-первых, точечный контакт магнитопровода с изделием, не обеспечивая равномерного промагничивания участка изделия под чувствительным элементом, ухудшает чувствительность преобразователя, а возможные изменения рабочего зазора приводят к резкому изменению эффективности возбуждения и приема звуковых волн; во-вторых, использование одного чувствительного элемента на излучение и прием в виде решетки с определенными параметрами, связанными с длиной волны, не только ухудшает условия выделения полезных сигналов на фоне электрических помех, связанных с электрическим воздействием (по эфиру, по соединительным кабелям и т.д.) излучающего устройства на приемное устройство, но и ухудшает возможности согласования как излучателя с выходом генератора, так и приемника с входом усилителя.

Известен ЭМА преобразователь [2], предназначенный для ультразвукового контроля металлических изделий произвольной толщины. ЭМА преобразователь состоит из каркаса с закрепленными в нем узлом подмагничивания и излучателя-приемника. Узел подмагничивания представляет собой П-образный магнит, полюса которого обращены к поверхности контролируемого металлического изделия. Излучатель-приемник представляет собой решетку, состоящую из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников. Решетка расположена между полюсами магнита, параллельно поверхности контролируемого изделия. Для формирования и приема звуковой волны расстояние между системой синфазных проводников выбирают равным длине возбуждаемой волны.

Недостатком этого аналога является низкая достоверность контроля - использование одного чувствительного элемента на излучение и прием в виде решетки с определенными параметрами, связанными с длиной волны, не только ухудшает условия выделения полезных сигналов на фоне электрических помех, связанных с электрическим воздействием (по эфиру, по соединительным кабелям и т.д.) излучающего устройства на приемное устройство, ухудшает возможности согласования излучателя с выходом генератора и приемника с входом усилителя, но и ухудшает эффективность возбуждения и приема волн за счет одновременного изменения зазора при излучении и приеме.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выбранный в качестве прототипа ЭМА преобразователь [3] для ультразвукового контроля ферромагнитных изделий. ЭМА преобразователь содержит каркас из немагнитного материала, в котором закреплены узел подмагничивания, излучатель и приемник. Узел подмагничивания представляет собой Ш-образный магнитопровод с установленной на среднем полюсе катушкой подмагничевания, полюса которого обращены в сторону поверхности контролируемого ферромагнитного изделия. Излучатель и приемник представляют собой решетки, состоящие из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников. Для формирования и приема звуковой волны расстояние между системой синфазных проводников решеток выбирают равным длине возбуждаемой волны. Каждая из двух решеток расположена в одном из межполюсных пространств, образованных Ш-образным магнитопроводом, параллельно поверхности контролируемого изделия.

К недостаткам прототипа, снижающим достоверность контроля, можно отнести существующее влияние степени подмагничивания не только на эффективность приема, но и на эффективность возбуждения ультразвуковых волн, а также ухудшение условий выделения полезных сигналов на фоне электрических помех, связанных с выполнением излучателя и приемника с одинаковым для обеих решеток шагом (расстоянием) между синфазными проводниками.

Задача - повысить достоверность контроля изделий из ферромагнитных материалов за счет исключения влияния подмагничивания на эффективность возбуждения ультразвуковых волн, а также за счет улучшения условий для повышения соотношения сигнал-шум.

Технический результат - исключение влияния подмагничивания на эффективность возбуждения ультразвуковых волн, повышение соотношения сигнал-шум.

Технический результат достигается тем, что в ЭМА преобразователе, содержащем каркас из немагнитного материала, закреплены узел подмагничивания, излучатель и приемник. Излучатель и приемник выполнены в виде последовательно разнесенных в пространстве решеток. В первом варианте исполнения приемник размещен на обращенном к изделию полюсе постоянного магнита или электромагнита узла намагничивания, при этом шаг между синфазными проводниками приемника пропорционален длине возбуждаемой волны. Во втором варианте исполнения приемник размещен между двумя обращенными к изделию магнитными полюсами различной магнитной полярности узла намагничивания. Излучатель как в первом, так и во втором случае размещен на держателе, закрепленном в корпусе, защищенном от полей намагничивания, а шаг между синфазными проводниками излучателя пропорционален удвоенной длине возбуждаемой волны.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны различные конфигурации ЭМА преобразователя:

1 - Каркас

2 - Магнит

3 - Приемник

4 - Излучатель

5 - Испытуемое изделие

6 - Поверхность контроля

7 - Свободные ультразвуковые волны

Предложенный преобразователь обеспечивает возможность возбуждения ультразвуковых волн при установке излучателя относительно поверхности контроля ферромагнитного изделия без подмагничивания и так, чтобы он не подвергался никакому износу вследствие истирания, которое происходило бы в результате прижима излучателя при наличии подмагничивания к технической поверхности обследуемого изделия.

В отличие от известных на сегодняшний день электромагнитно-акустических ультразвуковых преобразователей, у которых излучатель установлен непосредственно на поверхности магнитного полюса либо между полюсами магнита, обращенных в сторону испытуемого объекта, у предлагаемого ЭМА преобразователя в соответствии с изобретением между излучателем и обследуемым ферромагнитным изделием не действуют никакие внешние магнитные поля.

В зависимости от варианта осуществления изобретения приемник можно жестко соединить с узлом подмагничивания, а полученный конструктив жестко связать с излучателем с помощью соответствующего держателя. Такого рода жесткая пространственная связь между приемником и излучателем обеспечивает единообразное и простое использование электромагнитно-акустического преобразователя, выполненного в соответствии с изобретением. В тоже время независимое использование излучателя и приемника может открыть дополнительные возможности применения, например, в тех случаях, когда обследуются объекты большой площади.

Для возбуждения упругих волн требуемой длины волны в изделии необходимо выполнить условие: расстояние между синфазными проводниками излучателя должно быть пропорциональным удвоенной длине возбуждаемой волны. Это позволяет при фиксированной частоте генератора возбуждать в ферромагнитном изделии высокочастотные ультразвуковые волны на удвоенной частоте.

Для приема волн (создание ЭДС в приемной катушке) в зависимости от направления приложенного поля используется:

• либо электродинамический эффект - возбуждение полей вихревых токов за счет взаимодействия механических колебаний участка изделия с приложенным постоянным магнитным полем (нормальным, тангенциальным),

• либо эффект магнитоупругости - изменение магнитной индукции в предварительно намагниченном участке изделия за счет механических колебаний (деформации) участка.

Также для приема направленных волн определенной длины в изделии необходимо выполнить условие: расстояние между синфазными проводниками решетки (катушки) приемника должно быть пропорциональным длине возбуждаемой волны.

На фиг. 1 и фиг. 2 показаны различные конфигурации ЭМА преобразователя, выполненного из закрепленного в каркасе 1 постоянного магнита 2 с полюсом, обращенным к изделию 5, на котором закреплен приемник 3, выполненный в виде решетки. Постоянный магнит 2 на участке между магнитным полюсом и изделием 5 создает внутри испытуемого изделия 5 нормальное магнитное поле, которое в случае постоянного магнита 2 является постоянным во времени. Можно также использовать вместо постоянного магнита 2, изображенного на фиг.1, электромагнит той же или аналогичной конфигурации, который способен поддерживать в испытуемом изделии 5 нормальное магнитное поле, изменяющееся во времени. В этом случае необходимо следить за тем, чтобы частота переменного тока, необходимая для формирования нормального магнитного поля, была гораздо ниже частоты переменного тока, который возникает в приемнике 3 вследствие прихода ультразвуковой волны к участку под приемником 3. В дальнейшем для простоты предполагается, что магнит 2, как указано выше, выполнен как постоянный магнит.

При сформированном нормальном магнитном поле ЭДС на приемнике 3 возникает за счет электроиндуктивного механизма.

Можно также использовать вместо постоянного магнита 2, изображенного на фиг.1, магнит 2, изображенный на фиг. 2, с двумя магнитными полюсами различной магнитной полярности, обращенными в сторону контролируемой поверхности 6 , между которыми закреплен приемник 3. Постоянный магнит 2 на участке между магнитными полюсами и изделием создает внутри испытуемого изделия 5 тангенциальное магнитное поле, которое в случае постоянного магнита 2 является постоянным во времени.

При сформированном тангенциальном магнитном поле ЭДС на приемнике 3 возникает за счет магнитоупругого эффекта.

При подаче переменного тока в излучатель 4 из-за магнитострикционного эффекта участок испытуемого изделия 5 деформируется с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока генератора (не показан), а за счет конструкции излучателя 4 в виде решетки формируются свободные ультразвуковые волны 7, распространяющиеся параллельно поверхности контроля 6 и воспринимаемые приемником 3.

Путем измерения амплитуды и времени прохождения ультразвуковых волн, поступающих на приемник 3, в соответствии с принципом действия электромагнитно-акустического преобразователя могут быть проконтролированы сплошность изделия 5, скорость распространения волн в изделии 5.

Источники информации

1. Патент РФ № 2390014, G01N29/04. Электромагнитно-акустический преобразователь. Опубликован 20.05.2010. Бюл. № 14.

2. Буденков Б.А., Буденков Г.А. и др. Бесконтактный ввод и прием ультразвука. - Дефектоскопия, 1969, №1, с.121-123.

3. Глухов Н.А., Колмогоров В.Н. Определение оптимальных параметров электромагнитно-акустических преобразователей для контроля ферромагнитных листов. - Дефектоскопия, 1973, №1, с.74-81.

1. Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля изделий из ферромагнитного материала, содержащий каркас из немагнитного материала, в котором закреплены узел подмагничивания и выполненные в виде последовательно разнесенных в пространстве решеток излучатель и приемник, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности контроля приемник размещен на обращенном к изделию полюсе постоянного магнита или электромагнита узла намагничивания, а излучатель размещен на держателе, закрепленном в корпусе, при этом шаг между синфазными проводниками приемника пропорционален длине возбуждаемой волны, а шаг между синфазными проводниками излучателя пропорционален удвоенной длине возбуждаемой волны.

2. Электромагнитно-акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что приемник размещен между двумя обращенными к изделию магнитными полюсами различной магнитной полярности узла намагничивания.



 

Похожие патенты:

Использование: для оперативной оценки результатов ультразвуковой (УЗ) дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство отображения рельсового дефектоскопа содержит подсистему измерения, содержащую несколько акустических блоков, каждый из которых содержит несколько электроакустических преобразователей, соединенных с многоканальным ультразвуковым дефектоскопом, устройство отображения результатов ультразвуковых зондирований на дисплее в виде мнемонического изображения рельса с акустическими блоками, напротив каждого из которых расположены метки электроакустических преобразователей, содержащихся в соответствующем акустическом блоке, устройство автоматического обнаружения дефектов по результатам ультразвукового зондирования, обеспечивающего выделение на дисплее меток акустических блоков и электроакустических преобразователей, обнаруживших дефект, а также отображение сигналов от дефектов и местоположение дефектов на мнемоническом изображении рельса.

Использование: для неразрушающего контроля качества сварных швов с использованием метода акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что акустическое устройство обнаружения и определения местоположения дефектов в сварных швах содержит измерительный канал, включающий установленный на безопасном расстоянии от сварного шва преобразователь акустических сигналов, первый предварительный усилитель, полосовой фильтр, а также первый аналого-цифровой преобразователь, блок оперативного запоминания акустических сигналов и компьютер с монитором отображения выходных данных, при этом оно снабжено коммутатором, включенным между выходом преобразователя акустических сигналов и входом первого предварительного усилителя, первым амплитудным дискриминатором, соединенным с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к выходу полосового фильтра, вход которого подключен к выходу первого предварительного усилителя, вторым амплитудным дискриминатором, причем выходы первого амплитудного дискриминатора соединены с соответствующими входами блока оперативного запоминания акустических сигналов и второго амплитудного дискриминатора, блоком записи эталонных сигналов, вход которого соединен с выходом второго амплитудного дискриминатора, блоком вычисления нормированных взаимно корреляционных функций и их максимальных значений.

Изобретение относится к области определения одной из основных характеристик шумоизолирующих материалов - коэффициента их звукопоглощения. Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов заключается в измерении удельного сопротивления протеканию потоком воздуха RS и определении коэффициента звукопоглощения α на заданной частоте по регрессионным уравнениям, связывающим RS и α.

Изобретение относится к области ракетной и измерительной техники и может быть использовано при выходном контроле на предприятии-изготовителе корпуса ракетного двигателя и входном контроле на предприятии-изготовителе твердотопливного заряда.

Использование: для дефектоскопии изделий из титановых сплавов непосредственно после отливки с применением ультразвуковых волн для обнаружения внутренних дефектов.
Использование: для определения состояния подземной части железобетонных опор контактной сети. Сущность заключается в том, что возбуждают собственные колебания опоры, воздействуя на опору ударным импульсом в зоне раздела подземной и надземной частей, а о состоянии подземной части опоры судят по зависимости частот и энергий колебаний от времени из получаемой спектрограммы, сравнивая спектрограмму с эталонными спектрограммами для остродефектной, дефектной и нормальной опор данного типа.

Использование: для определения толщины стенки трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что измеряют толщину стенки трубопровода как функцию от положения с использованием распространения ультразвука.

Использование: для контроля качества сварки металлических деталей. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют ультразвуковое зондирование деталей в окрестности сварки, прием и оценку отраженных ультразвуковых сигналов, при этом дополнительно оценивают отраженные ультразвуковые сигналы от структурных неоднородностей металла деталей в зоне термического влияния и настраивают чувствительность ультразвукового дефектоскопа относительно уровня этих сигналов.

Изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля изделий и используется при контроле качества продольных и кольцевых швов, а также контроле качества изделий.

Устройство относится к средствам для дистанционного контроля высоковольтного электрооборудования, находящегося под напряжением, и может быть применено в электроэнергетике.

Использование: для ультразвукового контроля изделия по всему сечению. Сущность: заключается в том, что на поверхность контролируемого изделия устанавливают систему пьезоэлектрических преобразователей, чередующих работу совмещенного и раздельного режимов излучения-приема ультразвуковых колебаний и, перемещая систему пьезоэлектрических преобразователей вдоль продольной оси контролируемого изделия, излучают в него наклонным пьезоэлектрическим преобразователем ультразвуковые колебания и регистрируют эхо-сигналы, отраженные от вертикальных, вертикально ориентированных, горизонтальных и горизонтально ориентированных стандартных и нестандартных отражателей (дефектов), расположенными в проекции плоскости распространения ультразвуковых колебаний в контролируемом изделии одним или множеством прямых пьезоэлектрических преобразователей, при этом излучение ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие производится одним пьезоэлектрическим преобразователем с заданным углом ввода ультразвуковых колебаний, а прием эхо-сигналов одним или множеством прямых пьезоэлектрических преобразователей с углом приема эхо-сигналов 0° в одном цикле. Признаком регистрации отражателей в контролируемом изделии является одновременное срабатывание индикатора при превышении порогового уровня амплитуды эхо-сигналов отраженной дифракционно-продольной волны, возбужденных прошедшей преломленной трансформированной дифракционно-продольной волной, отраженной поперечной волны и отраженной трансформированной дифрагированной продольной волны, возбужденных прошедшей преломленной трансформированной поперечной волной, и ослабление амплитуды эхо-сигналов отраженной дифракционно-продольной волны, отраженных от противоположной параллельной поверхности ввода ультразвуковых колебаний и возбужденных прошедшей преломленной трансформированной дифракционно-продольной волной. Технический результат: повышение достоверности и точности контроля. 2 з.п. ф-лы, 20 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способам оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) и может быть использовано для определения механических напряжений и деформаций элементов сложных конструкций расчетно-экспериментальным методом. Сущность: осуществляют проведение прямых измерений напряжений в контрольных точках, определение НДС по результатам расчета методом конечных элементов с использованием результатов прямых измерений для корректировки расчетной схемы. Осуществляют выполнение прямых измерений именно методом акустоупругости, позволяющим определить не поверхностные, а усредненные по толщине стенки напряжения, и процедуру определения силовых граничных условий, действующих на каждый элемент сложной конструкции непосредственно по результатам прямых измерений напряжений с последующим выполнением уточняющего прочностного расчета. Технический результат: повышение достоверности расчетной оценки напряженно-деформированного состояния элементов сложных конструкций при выполнении расчета методом конечных элементов за счет определения силовых граничных условий расчетной модели по результатам измерения напряжений инструментальными методами.

Использование: для неразрушающего контроля литых корпусных деталей. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют секторное сканирование датчиком ФАР посредством качания луча с одновременным перемещением датчика ФАР по участку контроля сначала в поперечной, а затем в продольной плоскости в прямом и обратном направлении, причем направление перемещения датчика ФАР осуществляют в плоскости качания луча, проводят автоматическую запись результатов ультразвукового контроля совместно с записью координат перемещений датчика ФАР на поверхности участка контроля, посредством анализа записанных данных для каждого угла ввода секторного сканирования находят координаты ФАР на поверхности участка контроля, в которых амплитуда эхо-сигнала превышает уровень фиксации амплитуды эхо-сигнала, соответствующий дефекту, по найденным координатам на поверхности участка контроля и с учетом углов ввода секторного сканирования для каждой координаты, на которых определена максимальная амплитуда эхо-сигнала, определяют координаты точек в сечении отливки с амплитудой эхо-сигнала, превышающей уровень фиксации, причем условную протяженность дефекта определяют как расстояние между крайними положениями проекции определенных точек на плоскость сканирования. Технический результат: повышение достоверности выявления дефектов литых корпусных изделий. 4 ил.

Использование: для обнаружения и контроля дефектов изделий из металла. Сущность изобретения заключается в том, что металлическое изделие сканируют зондирующим сигналом, формирующимся передающим устройством, а возникающий в дефектном металлическом изделии сигнал принимают с помощью приемного устройства, при этом зондирующий сигнал формируют в виде 1-й гармоники сигнала, а в качестве отраженного от металлического изделия принимают 3-ю гармонику этого сигнала, возникающую в дефекте. Технический результат: повышение достоверности обнаружения дефектов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для исследования дефектов. Сущность изобретения заключается в том, что способ исследования дефектов включает в себя: первый этап подачи высокочастотного сигнала во множество катушек индуктивности, которые расположены смежно по отношению друг к другу таким образом, что они частично накладываются друг на друга, в электромагнитном ультразвуковом зонде для генерации ультразвукового колебания в исследуемом объекте; второй этап приема B-эха ультразвукового колебания с использованием каждой из множества катушек индуктивности; третий этап приема F-эха ультразвукового колебания с использованием каждой из множества катушек индуктивности; четвертый этап корректировки интенсивности сигнала B-эха, принятого каждой из множества катушек индуктивности, на основе рабочего состояния каждой из множества катушек индуктивности; и пятый этап вычисления отношения посредством деления интенсивности сигнала F-эха на интенсивность скорректированного сигнала B-эха для каждой из множества катушек индуктивности и оценки внутреннего дефекта исследуемого объекта на основе результата вычисления отношения. Технический результат: повышение точности оценки внутреннего дефекта независимо от изменения промежутка между поверхностью обследуемого объекта и катушкой индуктивности. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование: для определения среднего диаметра зерна металлических изделий посредством ультразвукового излучения. Сущность изобретения заключается в том, что определение среднего диаметра зерна DЗ металла выполняют с использованием градуировочного графика отношения U′ величины структурного шума USN к импульсу релеевской волны UR, описываемого линейной зависимостью DЗ=a+b·U′, где a и b - структурные коэффициенты. При этом устройство для определения среднего диаметра зерна металлических изделий дополнительно предварительно калибруют, проводя испытания n образцов, вычисляя n значений отношения U′ и измеряя с помощью металлографического светового микроскопа n соответствующих им значений среднего диаметра зерна DЗ испытываемых образцов. Технический результат: обеспечение возможности высокой точности определения среднего диаметра зерна металлических изделий. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для оценки качества участка сварки в стальном материале неразрушающим методом с использованием ультразвуковых волн. Сущность изобретения заключается в том, что модуль задания точки измерений задает произвольную точку измерений рядом с участком сварки внутри стального материала и предполагает виртуальную отражающую поверхность, которая содержит эту точку измерений и параллельна направлению линии сварки. Вычислительный модуль для управления матричным зондом передает ультразвуковые волны в виде волны сдвига, удовлетворяющие произвольному выражению, и фокусирует их в точке измерений через согласующую среду под заданным углом падения относительно виртуальной отражающей поверхности. Модуль выделения уровня эхо-сигнала регистрирует отраженные волны переданных ультразвуковых волн на границе раздела между участком основного металла и участком сварки. Контроллер оценивает форму участка сварки на основе отраженных волн. Технический результат: повышение достоверности оценки качества участка сварки в стальном материале. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 26 ил.
Наверх