электромагнитно-акустический преобразователь
Классы МПК: | G01N29/04 анализ твердых тел |
Автор(ы): | Кириков А.В., Забродин А.Н., Смирнов А.Ю., Щербаков В.А., Калачев Н.В., Пашнин В.В. |
Патентообладатель(и): | ООО "Компания "Нординкрафт" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-06-28 публикация патента:
10.02.2004 |
Изобретение относится к области ультразвуковых неразрушающих испытаний материалов и изделий. В предложенном электромагнитном ультразвуковом преобразователе магнитопровод выполнен в виде полого цилиндра из магнитного материала, помещенного в рубашку, внутри которого по центру установлена тяга с укрепленным на ней шарнирно элементом, имеющим вид полусферы и обеспечивающим в сочетании с "воздушной подушкой" стабильное положение катушек параллельно поверхности объекта контроля. При этом указанный элемент вплотную прилегает к соответствующей внутренней сферической поверхности цилиндра и жестко соединен с металлической подложкой из немагнитного материала. Также в указанном элементе выполнены сквозные каналы, соединенные с внутренним каналом магнитопровода, имеющего на противоположном конце отверстия для подачи сжатого воздуха, а также сквозные отверстия в подложке. Внутри указанного элемента установлены по меньшей мере два концентратора, при этом каждый концентратор со стороны, примыкающей к катушке индуктивности, имеет по меньшей мере две фаски под углом. В результате упрощается конструкция преобразователя, уменьшаются его габариты и вес, а также потребляемая мощность. Повышается долговечность, а также точность и надежность контроля. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Электромагнитный ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, катушки индуктивности, магнитопровод и систему воздухопроводов для создания “воздушной подушки” между преобразователем и объектом контроля, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде полого цилиндра из магнитного материала, помещенного в рубашку, внутри которого по центру установлена тяга с укрепленным на ней шарнирно элементом, имеющим вид полусферы и обеспечивающим в сочетании с “воздушной подушкой” стабильное положение катушек параллельно поверхности объекта контроля, при этом указанный элемент вплотную прилегает к соответствующей внутренней сферической поверхности цилиндра и жестко соединен с металлической подложкой из немагнитного материала, также в указанном элементе выполнены сквозные каналы, соединенные с внутренним каналом магнитопровода, имеющего на противоположном конце отверстия для подачи сжатого воздуха, а также сквозные отверстия в подложке, внутри указанного элемента установлены, по меньшей мере, два концентратора, при этом каждый концентратор со стороны, примыкающей к катушке индуктивности, имеет, по меньшей мере, две фаски под углом, удовлетворяющим условиюtg(![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223012/8804.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223012/8804.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-12t.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-13t.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223199/8776.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223089/955.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223089/955.gif)
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области ультразвуковых неразрушающих испытаний материалов и изделий и может быть использовано, в частности, для контроля качества продукции металлургической промышленности (рельсов, полос, сорта, труб и т.д.). Известен ЭМАП, содержащий источник магнитного поля (электромагнит), высокочастотную катушку индуктивности [1]. В известном ЭМАП повышение его чувствительности достигается за счет того, что он снабжен двумя электропроводящими пластинами, расположенными в плоскости катушки индуктивности с двух сторон от нее на прямой, пересекающей катушку параллельно одной из ее осей. Недостатком известного устройства является использование для подмагничивания электромагнита С-образной формы, сложность конструкции, большие затраты энергии, наличие значительных потоков рассеяния, невозможность надежного контроля по ширине зоны контролируемого объекта. Известен электродинамический преобразователь [2], состоящий из магнитной цепи с кольцевым зазором, образуемым ее полюсами, в котором размещена силовая катушка с возможностью перемещения под действием протекающего по ней переменного тока, а поверхность полюсов покрыта материалом с высокой теплопроводностью. Недостатком известного ЭМАП являются большие габариты магнитной системы и обмотки силовой катушки, что не позволяет снизить расход мощности без снижения надежности и долговечности преобразователя. Известен ЭМАП [3], который, с целью повышения долговечности и надежности контроля, снабжен протектором, выполненным в виде эластичной ленты и обрезиненных роликов, а подмагничивание осуществляется с помощью соленоида, установленного с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной к поверхности ленты. К недостатку известного ЭМАП следует отнести значительную сложность конструкции, наличие контакта с объектом контроля, использование внешнего источника для питания соленоида. Цель изобретения - упрощение конструкции ЭМАП, уменьшение его габаритов и веса, уменьшение потребляемой мощности, повышение долговечности, точности и надежности контроля. Для этого предлагаемый преобразователь содержит магнитопровод, выполненный в виде полого цилиндра из магнитного материала, помещенного в рубашку, внутри которого по центру установлена тяга с укрепленной на ней шарнирно полусферой, вплотную прижатой к сферической поверхности цилиндра и жестко соединенной с металлической ложкой из немагнитного материала, внутри которой, симметрично относительно центральной оси цилиндра установлены, по меньшей мере, два концентратора, выполненные в виде усеченных конусов, каждый концентратор, со стороны, примыкающей к катушке индуктивности, имеет, по меньшей мере, две фаски под углом, удовлетворяющим условию:![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-2t.gif)
где
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
30
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223070/176.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223012/8804.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223012/8804.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223070/176.gif)
где
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-3t.gif)
или
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-4t.gif)
где SОК - площадь окна катушки;
SКТ - площадь торца концентратора, обращенного к катушке индуктивности;
dn - диаметр изолированного провода катушки;
Кз - коэффициент заполнения слоя медью;
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-5t.gif)
dК - диаметр (длина) торца концентратора, обращенного к катушке индуктивности;
вК - ширина торца концентратора, обращенного к катушке индуктивности. Кроме того, в полусфере выполнены сквозные каналы, соединенные полостью с внутренним каналом цилиндра, имеющем на противоположном конце отверстия для подачи сжатого воздуха и со сквозными отверстиями в подложке, а радиусы скруглений всех ребер и торцов концентраторов удовлетворяют условию r
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223199/8776.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223089/955.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223089/955.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-6t.gif)
где
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223012/8804.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223012/8804.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
Cl - скорость распространения продольной акустической волны в материале концентратора;
Сt - скорость распространения поперечной акустической волны в материале концентратора (для стали, например, он равен 61o). Для других материалов этот угол имеет иные значения, однако в указанном выше диапазоне находится большинство ферромагнитных материалов, из которых могут быть изготовлены концентраторы магнитных полей. Удовлетворение (в конструктивном плане) соотношению:
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-7t.gif)
где
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223487/2223487-8t.gif)
dn - диаметр провода;
Кз - коэффициент заполнения слоя медью, обеспечивает получение максимальной электромагнитной энергии из энергии акустической волны, повышает максимально чувствительность преобразователя к дефектам, уменьшает потоки утечки и акустические помехи. Выполнение в полусфере каналов, соединенных с полостью в цилиндре и со сквозными отверстиями в подложке, обеспечивает подвод сжатого воздуха под подложку для создания "воздушной подушки" и охлаждения катушек при зондировании горячего металла. Выполнение на ребрах и торцах концентраторов скруглений радиусом r
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223199/8776.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223089/955.gif)
![электромагнитно-акустический преобразователь, патент № 2223487](/images/patents/245/2223021/945.gif)
1. Авторское свидетельство 564595 СССР, кл. G 01 N 29/04, бюллетень 25 от 05.07.77 г. 2. Патент РФ 2131163, кл. HOYR 9/00, кл. В 06 В 1/4. 3. Авторское свидетельство 590660 СССР, кл. G 01 N 29/04, бюллетень 4 от 30.01.78 г. 4. Н.П. Алешин, В.Е. Белый, А.Х. Вопилкин и др. /Под ред. Н.П. Алешина, М., Машиностроение, 1989. Методы акустического контроля металлов.
Класс G01N29/04 анализ твердых тел