Ультразвуковое устройство для контроля ферромагнитных изделий

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и материалов и может найти применение в ультразвуковой дефектоскопии электропроводящих ферромагнитных изделий. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет уменьшения влияния изменений зазора между электромагнитно-акустическим (ЭМА) преобразователем и контролируемым изделием. Это достигается тем, что в ультразвуковом устройстве для контроля ферромагнитных изделий электромагнитно-акустический преобразователь выполнен в виде стержневого магнита, охваченного по боковой поверхности концентратором магнитного потока в виде ферромагнитного цилиндра, рассеченного по образующим на четыре равных части, и расположенных у рабочего торца магнита, лежащих в одной плоскости четырех катушек возбуждения, имеющих форму секторов и охватывающей их кольцевой измерительной катушки. Устройство снабжено тремя дополнительными цепями из последовательно соединенных датчика коррекции резонансного усилителя, который подключен к блоку коррекции, четырьмя регуляторами амплитудного значения тока возбуждения, входы которых соединены с генератором возбуждения, управляющие входы - с соответствующими выходами блока коррекции, а выходы подключены к соответствующим катушкам возбуждения, а также усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, к сигнальному входу которого подключена измерительная катушка, к управляющему входу - пятый выход блока коррекции, его выход соединен с входом измерительного блока. Датчики коррекции представляют собой преобразователи Холла, закрепленные на соответствующих частях концентратора магнитного потока, токовые цепи которых соединены с выходом генератора переменного тока. 2 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и материалов бесконтактным ультразвуковым способом и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии и структуроскопии.

Известно устройство для контроля качества проката, содержащее взаимопритягивающиеся подвижные наконечники магнитопровода и опускающиеся на поверхность изделия сидящие ролики, которые отслеживают поверхность контролируемого изделия, обеспечивая постоянство зазора ультразвуковых преобразователей относительно контролируемого изделия [1].

Недостатком этого устройства является значительная инерционность механической системы стабилизации зазора, необходимость плотного контакта данной системы с поверхностью контролируемого изделия, что не всегда желательно и возможно, низкая вибрационная стойкость, что в совокупности определяет низкую производительность и достоверность контроля с помощью этого устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ультразвукового контроля изделий, содержащее ЭМА-преобразователь, генератор возбуждения переменного напряжения, генератор переменного тока, индукторную катушку, резонансный усилитель, корректирующее устройство, детекторы, модулятор, частотные и фазовые фильтры, смеситель, блок регулируемого запаздывания и индикатор результатов измерения [2].

Недостатком этого устройства является низкая достоверность контроля, связанная с изменением амплитуды и фазы регистрируемых акустических колебаний, вызванным смещением точки ввода акустической волны при перекосах поверхности изделия (либо его неровностях) относительно оси ЭМА-преобразователя, поскольку устройство не способно отслеживать и изменять диаграмму направленности излучающей системы ЭМА-преобразователя с целью пространственной стабилизации точки ввода акустической волны в материал изделия.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет снижения влияния зазора между электромагнитно-акустическим (ЭМА) преобразователем и контролируемым изделием.

Это достигается тем, что электромагнитно-акустический преобразователь выполнен в виде стержневого магнита, схваченного по боковой поверхности концентратором магнитного потока, в виде ферромагнитного цилиндра, рассеченного по образующим на четыре равные части, и расположенных у рабочего торца магнита, лежащих в одной плоскости четырех катушек возбуждения, имеющих форму секторов, и охватывающей их кольцевой измерительной катушки. Устройство снабжено тремя дополнительными цепями из последовательно соединенных датчика коррекции и резонансного усилителя, который подключен к блоку коррекции, четырьмя регуляторами амплитудного значения тока возбуждения, входы которых соединены с генератором возбуждения, управляющие входы - с соответствующими выходами блока коррекции, а выходы подключены к соответствующим катушкам возбуждения, а также усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, к сигнальному входу которого подключена измерительная катушка, к управляющему входу - пятый выход блока коррекции, его выход соединен с входом измерительного блока, а датчики коррекции представляют собой преобразователи Холла, закрепленные в соответствующих частях концентратора магнитного потока, токовые цепи которых соединены с выходом генератора переменного тока.

На фиг.1 представлена конструкция ЭМА преобразователя; на фиг.2 - блок-схема устройства.

Ультразвуковое устройство для контроля ферромагнитных изделий содержит постоянный стержневой магнит 1; концентратор 2 магнитного потока в виде ферромагнитного цилиндра, рассеченного по образующим на четыре равные части с закрепленными на соответствующих частях концентратора датчиками коррекции 6, представляющими собой преобразователи Холла, расположенных у рабочего торца магнита, лежащих в одной плоскости четырех катушек возбуждения 4, имеющих форму секторов, и охватывающей их кольцевой измерительной катушки 3, генератор синусоидального тока 7, выход которого соединен с токовыми цепями датчиков коррекции, трех дополнительных цепей: из последовательно соединенных датчиков коррекции 6 и резонансного усилителя 8, который подключен к блоку 9 коррекции, четырех регуляторов амплитудного значения тока возбуждения 11, входы которых соединены с генератором возбуждения 10, управляющие входы - с соответствующими выходами блока коррекции 9, а выходы подключены к соответствующим катушкам возбуждения 4, а также усилителем 12 с регулируемым коэффициентом усиления, к сигнальному входу которого подключена измерительная катушка 3, к управляющему входу - пятый выход блока 9 коррекции, его выход последовательно соединен с входом измерительного блока и индикатором результатов измерения 14.

Устройство работает следующим образом.

После установки ферромагнитного изделия 5 в измерительную позицию на токовые цепи датчиков коррекции 6 подается синусоидальный ток от генератора 7 и с их измерительных выходов на входы резонансного усилителя 8, а затем с его выходов на входы блока коррекции 9 поступает сигнал, величина которого зависит от уровня магнитного потока, проходящего через концентратор 2.

Если изделие 5 находится на исходно выбранном для контроля расстоянии от ЭМА-преобразователя и параллельно его рабочей поверхности, то сигналы на выходах блока 9 коррекции, соединенных с управляющими входами регуляторов 11 амплитудного значения тока возбуждения и усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усиления, равны величине, заданной при настройке устройства и определяющей в соответствии с функциональной схемой этих электронных блоков величину тока возбуждения, протекающего через катушки возбуждения 4, и коэффициент усиления усилителя 12.

От генератора возбуждения 10 через регуляторы 11 на катушки 4 возбуждения подается ток возбуждения, который преобразуется ими в переменное электромагнитное поле, причем диаграмма направленности катушек возбуждения, выполненных в виде четырех равных секторов окружности, расположенных в одной плоскости и соосно, эквивалентна диаграмме направленности обычной плоской тороидальной катушки возбуждения.

При взаимодействии первичного электромагнитного поля возбуждения с вихревыми токами, наведенными в материале изделия, возникают акустические колебания, являющиеся причиной упругих смещений в контролируемом изделии и несущие в себе информацию о физико-механических свойствах материала изделия.

Вторичное электромагнитное поле, образующееся при взаимодействии этих упругих смещений с внешним постоянным магнитным полем от источника 1, регистрируется измерительной катушкой 3 и поступает на вход усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усиления, где усиливается и затем анализируется в измерительном блоке 13 с последующим выводом информации на индикатор 14.

При изменении величины зазора между одним (или несколькими) из частей концентратора магнитного потока 2 и поверхностью контролируемого изделия (которое благодаря своим ферромагнитным свойствам также выступает в роли концентратора), магнитный поток через этот концентратор изменяется, так как происходит перераспределение числа силовых линий магнитного поля постоянного магнита 1, замыкающихся через материал изделия - концентратор и воздушное пространство.

Таким образом, изменение зазора между ЭМА-преобразователем и контролируемым изделием приводит к последовательным изменениям: магнитного потока в концентраторе 2, величины сигналов с измерительных выходов датчиков 6 коррекции, резонансного усилителя 8 и блока 9 коррекции.

С блока 9 коррекции сигал поступает на управляющий вход регулятора 11 амплитудного значения тока возбуждения, изменяя величину тока, протекающего через соответствующую катушку 4 возбуждения в соответствии с сигналом коррекции. Последнее изменяет общую диаграмму направленности катушек возбуждения таким образом, чтобы скомпенсировать смещение точки ввода акустических колебаний (точка максимальной напряженности электромагнитного поля возбуждения) и скорректировать амплитуды акустических сигналов за счет коэффициента усиления усилителя 12.

Таким образом устройство обеспечивает возможность автоматической коррекции диаграммы направленности ЭМА-преобразователя и полевых характеристик в зоне возбуждения вне зависимости от расположения изделия, на также поддержание параметров поля возбуждения постоянными, что в значительной мере снижает влияние измерения расположения поверхности образца относительно ЭМА-преобразователя, упрощает дешифровку амплитудного спектра регистрируемых акустических колебаний и тем самым повышает достоверность контроля.

Формула изобретения

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ, содержащее генератор возбуждения, электромагнитно-акустический преобразователь, последовательно соединенные измерительный блок и индикатор, генератор переменного тока, а также последовательно соединенные датчик коррекции, резонансный усилитель и блок коррекции, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля за счет уменьшения влияния изменений зазора между электромагнитно-акустическим преобразователем и контролируемым изделием, электромагнитно-акустический преобразователь выполнен в виде стержневого магнита, охваченного по боковой поверхности концентратором магнитного потока, в виде ферромагнитного цилиндра, рассеченного по образующим на четыре равные части, и расположенных у рабочего торца магнита, лежащих в одной плоскости четырех катушек возбуждения, имеющих форму секторов, и охватывающей их кольцевой измерительной катушки, а устройство снабжено тремя дополнительными цепями из последовательно соединенных датчика коррекции и резонансного усилителя, который подключен к блоку коррекции четырьмя регуляторами амплитудного значения тока возбуждения, входы которых соединены с генератором возбуждения, управляющие входы - с соответствующими выходами блока коррекции, а выходы подключены к соответствующим катушкам возбуждения, а также усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, к сигнальному входу которого подключена измерительная катушка, к управляющему входу - пятый выход блока коррекции, его выход соединен с входом измерительного блока, а датчики коррекции представляют собой преобразователи Холла, закрепленные в соответствующих частях концентратора магнитного потока, токовые цепи которых соединены с выходом генератора переменного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2