Электромагнитно-акустический преобразователь



Электромагнитно-акустический преобразователь
Электромагнитно-акустический преобразователь

 

G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2626577:

Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)

Изобретение используется для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитного материала. Сущность заключается в том, что электромагнитно-акустический преобразователь содержит магнитную систему в виде постоянного магнита и три плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой, при этом постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра при отношении его диаметра к высоте один к трем, а витки одной плоской катушки направлены под углом сто двадцать градусов к виткам двух других катушек, а диаметр окружности, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру постоянного магнита. Технический результат - обеспечение возможности возбуждения горизонтально поляризованных ультразвуковых волн с направлением поляризации под углом 120° друг к другу. 1 ил.

 

Задачей заявляемого изобретения является создание бесконтактного устройства, что позволит повысить выявляемость разноориентированных дефектов за счет применения различных направлений поляризации, а это приведет к снижению числа аварий.

В настоящее время известны некоторые конструкции электромагнитно-акустических преобразователей для неразрушающего определения действующих механических напряжений и нахождения несплошностей.

Так, известен электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий намагничивающее устройство с полюсом, параллельным поверхности контролируемого изделия, и две плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под полюсом одна над другой таким образом, что витки одной катушки направлены под углом 90° к виткам другой катушки (Патент RU 134658, G01N 29/04, 2013). Данная схема позволяет выявлять дефекты, ориентированные под углами от 0° до 30°, от 60° до 120° и от 120° до 150° к нормали от направления поляризации на одном уровне чувствительности. Если же дефект расположен под углами от 30° до 60° или от 120° до 150°, амплитуда сигнала этого дефекта будет ниже, что приведет к снижению достоверности контроля.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является электромагнитно-акустический преобразователь (патент RU №2441230, G01N 29/04, 2010), содержащий намагничивающее устройство в виде сплошного цилиндрического постоянного магнита и две плоские катушки в форме меандра, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна над другой. Витки одной плоской катушки направлены под углом 90° к виткам другой катушки.

Недостатком устройства-прототипа является то, что преобразователь не позволяет выявлять разнонаправленные дефекты на одном уровне чувствительности, что в свою очередь снижает достоверность контроля.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - возбуждение горизонтально поляризованных ультразвуковых волн с различным направлением поляризации, обеспечивающая «зону захвата» в 360°. Это позволит обнаруживать дефекты произвольной ориентации в плоскости поляризации.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая конструкция электромагнитно-акустического преобразователя обеспечивает генерацию механических колебаний с поляризацией ультразвуковых волн в плоскости, параллельной поверхности ввода, под углом 120° относительно друг друга.

Это достигается тем, что в электромагнитно-акустическом преобразователе, содержащем магнитную систему в виде постоянного магнита и три плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой, постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра при отношении его диаметра к высоте 1:3, витки одной плоской катушки направлены под углом 120° к виткам другой катушки, а диаметр окружности, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру постоянного магнита.

Заявляемый электромагнитно-акустический преобразователь за счет отсутствия влияния состояния поверхности объекта контроля и отсутствия влияния контакта преобразователя с поверхностью объекта контроля на результат измерений дает возможность повысить достоверность результатов контроля.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что аналоги, характеризующиеся признаками заявляемого изобретения, не обнаружены, а из перечня аналогов подобран прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков, что позволило определить отличительные признаки заявляемого технического решения. По мнению заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна» по действующему законодательству.

Предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, поэтому оно соответствует критерию «изобретательский уровень». Для подтверждения промышленной применимости изобретения представлен чертеж, поясняющий работу электромагнитно-акустического преобразователя.

Электромагнитно-акустический преобразователь состоит из магнитной системы 1 в виде постоянного магнита, при этом постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра диаметром D и высотой Н при соотношении D/H как 1/3, и трех плоских катушек 2, 3 и 4, электрически изолированных друг от друга и расположенных под магнитом 1 одна под другой. Витки катушки 3 направлены под углом 120° к виткам катушки 2, а витки катушки 4 направлены под углом 120° к виткам катушки 3. Диаметр окружности D1, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру D постоянного магнита 1.

Далее на чертеже обозначены: 5 - изделие; N, S - полюса магнита 1, В - направление магнитного поля; J2, J3, J4 - направления вихревых токов в поверхностном слое изделия 5 от, соответственно, катушек 2, 3 и 4; FJI2, FЛ3, FЛ4 - направления действия сил Лоренца.

Электромагнитно-акустический преобразователь работает следующим образом.

Для возбуждения поперечной (сдвиговой) волны он имеет магнитную систему с постоянным магнитом 1 цилиндрического типа, обеспечивающую магнитный поток по нормали к поверхности изделия 5, и индуктор виде трех катушек 2, 3 и 4 в форме меандра, причем витки плоских катушек расположены под углом 120° по отношению друг к другу. В результате взаимодействия наведенного вихревого тока J2 от катушки 2 и магнитного поля В в поверхностном слое материала изделия 5 возникают силы Лоренца FЛ2, направленные нормально по отношению к линиям вихревого тока J2. При этом образуется поперечная (сдвиговая) волна с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ2. Для возбуждения волны с другой поляризацией на катушку 3 подается напряжение, в результате чего в поверхностном слое материала изделия 5 возникают вихревые токи J3, которые при взаимодействии с магнитным полем В образуют силу Лоренца FЛ3, которая направлена нормально по отношению к линиям вихревого тока J3. При этом образуется поперечная (сдвиговая) волна с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ3. Для возбуждения волны с третьей поляризацией на катушку 4 подается напряжение, в результате чего в поверхностном слое материала изделия 5 возникают вихревые токи J4, которые при взаимодействии с магнитным полем В образуют силу Лоренца FЛ4, которая направлена нормально по отношению к линиям вихревого тока J4. При этом образуется поперечная (сдвиговая) волна с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ4.

Прием ультразвуковых колебаний, прошедших через изделие 5 и отразившихся от его противоположной поверхности, происходит по обратному ЭМА-преобразованию, т.е. преобразованию акустических колебаний металла, находящегося в постоянном магнитном поле, в электрические сигналы. По временам прохождения ультразвуковых колебаний до противоположной поверхности изделия и обратно можно судить о напряженном состоянии объекта.

Попеременная подача напряжения на катушки 2, 3 и 4 приводит к возбуждению поперечных волн с разными поляризациями. Это позволяет избежать поворота электромагнитно-акустического преобразователя вокруг своей оси, что вызывает изменение позиционирования электромагнитно-акустического преобразователя относительно изделия 5, т.е. одним электромагнитно-акустическим преобразователем можно возбуждать волны трех различных поляризаций, а следовательно, повысить выявляемость разноориентированных дефектов. Другой особенностью предлагаемого изобретения является возможность автоматизации процесса выявления разноориентированных дефектов.

Что касается размеров постоянного магнита и катушек, то они выбраны из следующих соображений. При отношении D к Н 1:1 постоянное магнитное поле будет недостаточным для возбуждения УЗ колебаний требуемой амплитуды. При отношении D к Н больше 1:3 амплитуда УЗ колебаний незначительно возрастает, что не сильно сказывается на результате измерений, а массогабаритные характеристики увеличиваются значительно, что нерационально. Таким образом, отношение D к Н, равное 1:3, является оптимальным. Что касается катушки, при диаметре катушки меньше диаметра постоянного магнита, то есть D1 меньше D, интенсивность УЗ волны недостаточна, что снижает достоверность контроля, при D1 больше D необоснованно увеличиваются размеры преобразователя. Таким образом, предложенный электромагнитно-акустический преобразователь соответствует критерию «промышленная применимость» в соответствии с действующим законодательством.

Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий магнитную систему в виде постоянного магнита и три плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра при соотношении его диаметра и высоты 1:3, витки одной плоской катушки расположены под углом 120° к виткам другой катушки, а диаметр окружности, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру постоянного магнита.



 

Похожие патенты:

Использование: для проверки работоспособности внутритрубных инспекционных приборов на испытательном трубопроводном полигоне. Сущность изобретения заключается в том, что используют катушки трубных секций с естественными дефектами с действующих трубопроводов и катушки трубных секций с нанесенными на них искусственными дефектами.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам акустического качества образцов звукопоглощающих конструкций. Способ измерения коэффициента отражения звукопоглощающей конструкции включает прием зондирующего и отраженного сигналов при помощи однонаправленного приемника из двух приемных элементов, изменение направления чувствительности которого осуществляется переключением последовательности приемных элементов, расположенных в гидроакустическом бассейне на оси перпендикулярной поверхности образца звукопоглощающей конструкции, и определение отношения уровней принятых сигналов.

Использование: для определения твердости по Шору полимера. Сущность изобретения заключается в том, что испытуемый образец размещают между излучателем и приемником ультразвуковых колебаний, подают с генератора электрический сигнал определенной частоты и длительности на упомянутый излучатель ультразвуковых колебаний с последующим приемом импульсов ультразвуковых колебаний, прошедших образец, при помощи приемника, с измерением скорости их распространения и коэффициента затухания, зависящего от расстояния между поверхностями излучателя и приемника, для каждого конкретного испытуемого образца, с дальнейшим их преобразованием в электрический сигнал с амплитудой, зависящей от свойств образца.

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам контроля материалов и изделий. Способ уменьшения мертвой зоны при контроле изделий ультразвуковым эхо-импульсным методом заключается в том, что на контролируемое изделие устанавливают преобразователь через линию акустической задержки, вводят в контролируемое изделие ультразвуковой импульс и компенсируют импульс, отраженный от границы раздела изделия и линии акустической задержки, аналогичным по форме и амплитуде импульсом.

Использование: для определения механических напряжений в рельсах. Сущность изобретения заключается в том, что на рельсовые нити устанавливают преобразователи, подключают их к приемному устройству, производят начальные (эталонные) измерения, величину механических напряжений определяют по результатам измерения временных задержек прихода ультразвукового сигнала к приемникам от начальных измерений, при этом измерение начального напряжения осуществляют подключенным к приемному устройству преобразователем, установленным на отрезке рельса, размещенном на перемещающейся по рельсовому пути тележке, дополнительно измеряют временные задержки прихода ультразвукового сигнала к приемному устройству в зависимости от высоты рельса, подключенными к нему преобразователями продольной волны, установленными на отрезке рельса, и поверхности рельсовых нитей и механические напряжения определяют по заданной математической формуле.

Использование: для производства пищевых продуктов. Сущность изобретения заключается в том, что в общем варианте осуществления системы для производства пищевого продукта включают в себя по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, по меньшей мере один трубопровод, расположенный ниже по потоку от резервуара для пищевого продукта, для потока пищевого продукта и детектор потока, соединенный с трубопроводом снаружи.

Раскрыты способ и устройство для определения саморасцепа железнодорожного состава, когда один или более железнодорожных вагонов/пассажирских вагонов (401) случайно расцепляются от остальной части железнодорожного состава.

Изобретение относится к геофизическим, а в частности к сейсмоакустическим, методам исследований и может быть использовано для калибровки сейсмоакустических преобразователей, применяющихся при мониторинге различных технических объектов.

Использование: для диагностики изделий сложной геометрии. Сущность изобретения заключается в том, что в изделии возбуждают вынужденные колебания электромагнитным способом, измеряют параметры колебаний и разность фаз между опорным сигналом и колебаниями изделия в нескольких различных точках, возбуждают бигармонические колебания, выделяют сигнал отклик на комбинационных частотах, а по изменению параметров этого сигнала в сравнении с эталонными параметрами изделия без дефекта судят о наличии или отсутствии значимых дефектов в проверяемом изделии.

Способ относится к области измерительной техники и может быть использован для оперативного контроля уровня и плотности жидкости в баках резервуарного парка, что актуально для предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, авиационной, медицинской, пищевой промышленности.

Группа изобретений относится к медицине и предназначена для неинвазивного мониторинга свойств биологической ткани. Последовательно проводят следующие этапы: сбора данных импеданса и вспомогательных данных от участка тела пользователя; предварительной обработки полученных данных, причем предварительная обработка заключается в фильтрации полученных данных и удалении артефактов из полученных данных импеданса путем обнаружения не относящихся к пище физиологических факторов на основе вспомогательных данных; восстановления динамики кривой глюкозы путем применения обученного алгоритма машинного обучения, оценивания гликемического индекса из динамики кривой глюкозы, предоставления пользователю результатов оценки и автоматического мониторинга привычек питания на основе упомянутых результатов оценки для определенного периода времени. Группа изобретений позволяет повысить эффективность неинвазивного мониторинга гликемических показателей и скорректировать привычки питания. 2 н. и 40 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для неразрушающего контроля деталей и конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ), а именно клеевых соединений монолитных листов из ПКМ. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют ввод ультразвуковых колебаний в материал одного из соединяемых листов и регистрацию сигналов, отраженных от дефектов, поверхностей раздела «лист-клеевой слой», «клеевой слой-лист» с помощью ультразвукового дефектоскопа, снабженного прямым совмещенным пьезоэлектрическим широкополосным преобразователем, при этом наличие дефектов в клеевом слое определяется по величине амплитуды ультразвукового сигнала, отраженного от клеевого слоя в месте расположения дефекта, относительно положения строба на экране дефектоскопа, устанавливаемого при настройке дефектоскопа на образце, имеющем искусственные дефекты клеевого слоя, причем положение и длительность строба выбираются таким образом, чтобы сигнал, отраженный от клеевого слоя, попадал в диапазон этого строба, а амплитуду сигнала от клеевого слоя объекта контроля устанавливают равной средней амплитуде сигнала от клеевого слоя образца в бездефектной зоне. Технический результат: повышение достоверности контроля в части определения границ и размеров дефектов клеевого слоя, снижение вероятности пропуска дефектов или перебраковки объекта контроля, а также возможность контроля соединения листов из ПКМ с малой толщиной клеевого слоя (менее 0,7 мм). 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматического обнаружения концентрации технологического материала. Предложено устройство и способ для того, чтобы автоматически переключать матрицы в измерителе для определения концентрации продукта неизвестного материала, который может представлять собой очищающий материал или применяемый материал. Настоящее изобретение использует измеряемую линейную плотность и линейную температуру материала наряду с эталонной температурой для того, чтобы вычислять эталонную плотность. Используя эталонную температуру и эталонную плотность, можно определять концентрацию материала в процентных долях. Технический результат – повышение точности и автоматичности определения изменения технологического материала и концентрации каждого материала. 3 н. и 9 з.п.ф-лы, 11 ил.

Использование: для определения толщины слоя бетона, пропитанного жидкостью в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений при одностороннем доступе к контролируемой конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что устанавливают неподвижно на поверхности бетона излучатель и перемещают последовательно приемник ультразвуковых сигналов с постоянным шагом по линии, проходящей через точку установки излучателя, фиксируют отсчет времени распространения волн при каждой установке приемника, выполняют построение годографа времени распространения волн, определяют перелом линии годографа на границе сухого и пропитанного жидкостью слоев бетона, в качестве информационного параметра используют характер распространения поперечных волн, после чего рассчитывают толщину пропитанного жидкостью слоя бетона по формуле: где h - толщина пропитанного жидкостью слоя бетона, мм, L - расстояние от излучателя до точки перелома годографа, мм, Ct1 и Ct2 - скорости поперечных волн в пропитанном жидкостью и в сухом бетонах, соответственно, м/с. Технический результат: обеспечение возможности определения толщины слоя бетона, пропитанного жидкостью, в бетонных и железобетонных конструкциях сооружений при одностороннем доступе к контролируемой конструкции.
Наверх