электромагнитно-акустический преобразователь

Формула изобретения

1. Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий корпус, постоянные кольцевые магниты и катушки индуктивности, отличающийся тем, что преобразователь снабжен четырьмя катушками индуктивности и четырьмя концентраторами магнитного потока, расположенными по периметру преобразователя по закону

6а18 (мм)

6b18 (мм)

5c20 (мм)

при условии, что dl=160 мм², где a, b, c - расстояния между центрами концентраторов, а d и l - размеры концентраторов в плане, катушки индуктивности и концентраторы установлены вплотную друг к другу, причем концентраторы закреплены на поверхности магнитов, например, при помощи клея, а катушки индуктивности приклеены к керамической пластине, укрепленной на корпусе преобразователя со стороны объекта контроля.

2. Электромагнитно-акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что концентраторы выполнены из ферромагнитного порошка, например, из порошка карбонильного железа на эпоксидной смоле.

Описание изобретения к патенту

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, повышение точности и надежности в работе, большей технологичности изготовления.

Для этого предлагаемый преобразователь снабжен четырьмя катушками индуктивности и четырьмя концентраторами магнитного потока, расположенными по периметру преобразователя по закону

6а18 (мм),

6b18 (мм),

5с20 (мм)

при условии, что d•l=160 мм², где а, b, с - расстояния между центрами концентраторов, а d и l - размеры концентраторов в плане, катушки индуктивности и концентраторы установлены вплотную друг к другу, причем концентраторы закреплены на поверхности магнитов, например, при помощи клея, а катушки индуктивности приклеены к керамической пластине, укрепленной на корпусе преобразователя со стороны объекта контроля. Кроме того, концентраторы выполнены из ферромагнитного порошка, например из порошка карбонильного железа на эпоксидной смоле.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1. показан продольный вертикальный разрез преобразователя, на фиг.2 - вид А на преобразователь сверху, на фиг.3 - разрез Б-Б - вид на концентраторы сверху, на фиг.4 - график изменения эффективной ширины полосы контроля преобразователя в зависимости от энергии звуковой волны, где В_k =3а+d - полоса контроля, ДЦ_1,2 - энергия звуковой волны в децибелах, l^э₁ и l^э₂ - различные значения эффективной ширины преобразователя, а, b, с - расстояния между центрами концентраторов, d и l - размеры концентраторов в плане в миллиметрах, Ф - магнитный поток, V_OK - направления движения объекта контроля (ОК).

Преобразователь содержит корпус 1 из немагнитного материала, крышку 2 из немагнитного материала, основание 3 из немагнитного материала, обойму 4 из немагнитного материала, крышку 5 из немагнитного материала, керамическую пластину 6, 7, 8, 9, 10 - винты крепления деталей преобразователя, концентраторы 11, катушки индуктивности 12, экран 13, постоянные магниты (например, постоянные магниты NdFeB - неодим-железо-бор) 14. Снабжение преобразователя четырьмя катушками индуктивности позволяет повысить эффективную ширину преобразователя за счет большей концентрации энергии звуковой волны, распространяющейся в полосе контроля. Тем самым повышается чувствительность преобразователя к дефектам по границам полосы контроля, например при контроле по кромкам листа или полосы.

Расположение катушек индуктивности и концентраторов по закону 6а18 (мм), 6b18 (мм), 5c20 (мм) при условии, что d•l=160 мм², позволяет надежно перекрыть звуковой волной всю площадь ОК в полосе контроля, что обеспечивает высокую эффективность преобразователя.

Установка концентраторов и катушек индуктивности вплотную друг к другу и установка концентраторов вплотную к боковой (рабочей) поверхности постоянных магнитов позволяет уменьшить воздушный зазор между преобразователем и ОК, что повышает индукцию в рабочем зазоре и обеспечивает четкий и сильный импульс при приеме отраженного сигнала.

Выполнение концентраторов из ферромагнитного порошка, например из порошка карбонильного железа на эпоксидной смоле, предотвращает возникновение вихревых токов в концентраторах и исключает помехи при приеме отраженного сигнала, т.е. значительно улучшает качество и надежность работы преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом. На катушки индуктивности 12 подается электрический импульс от генератора высокой частоты (не показан). При этом ОК пронизывает мощный зондирующий импульс переменного магнитного поля, вызывающий возникновение в металле индукционных токов, переменных по направлению той же частоты, вокруг которых возникают переменные индукционные поля, возбуждающие силы Лоренца, вызывающие упругие колебания отдельных слоев металла, т.е. звуковые волны высокой частоты. В результате этих колебаний в постоянном магнитном поле Ф в них (слоях) возникают индукционные токи и переменные поля, пронизывающие катушки индуктивности 12, в которых возникают электрические токи, трансформируемые в сигналы, воспринимаемые дефектоскопом (не показан). При снижении энергии звуковой волны до уровня ДЦ₁ эффективная ширина преобразователя равна l^э₁, (фиг.4), а при снижении энергии звуковой волны до уровня ДЦ₂ равна l^э₂, т.е. приводит к увеличению эффективной ширины преобразователя над полосой контроля, что является безусловным достоинством предлагаемого преобразователя.

Использованные источники

1. Авторское свидетельство № 564595 СССР, Кл. G 01 N 29/04. Бюлл. №25 от 05.07.77 г.

2. Патент РФ № 2131163, кл. H 02 K 9/00, В 06 В 1/04.

3. Авторское свидетельство № 590660 СССР, Кл. G 01 N 29/04. Бюлл. №4 от 30.01.78 г.