Электромагнитно-акустический преобразователь

 

Изобретение относится к ультразвуковым неразрушающим испытаниям материалов и изделий. Предложенный электромагнитный ультразвуковой преобразователь содержит корпус, магнитопровод, основание, катушки индуктивности и систему воздуховодов для создания "воздушной подушки" между преобразователем и объектом контроля. В магнитопроводе выполнены вертикальные каналы, внутри которых размещены с возможностью регулировки по высоте относительно плоского основания преобразователя и катушек индуктивности концентраторы магнитного потока. Указанное основание выполнено из немагнитного материала, а катушки индуктивности установлены в прямоугольных и/или цилиндрических пазах, выполненных в указанном основании. В указанном основании также выполнены углубления цилиндрической и/или эллипсовидной формы, соединенные с системой воздуховодов при помощи каналов, расположенных внутри магнитопровода и указанного основания. В результате упрощается конструкция преобразователя, уменьшаются его габариты и вес, а также потребляемая мощность. Повышается долговечность, а также точность и надежность контроля. 8 ил.

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 в магнитопроводе преобразователя выполнены вертикальные каналы, внутри которых размещены концентраторы магнитного потока, установленные с возможностью регулировки по высоте относительно плоского основания, выполненного из немагнитного материала, и катушек индуктивности, установленных в прямоугольниках и (или) цилиндрических пазах, выполненных в основании преобразователя, в котором перпендикулярно плоскости расположения концентраторов выполнены углубления (выточки) цилиндрической и (или) эллипсовидной формы, соединенные с системой воздуховодов с помощью каналов, расположенных внутри магнитопровода и основания.

Кроме того, по контуру основания и периметру пазов и углублений установлены твердосплавные элементы, а со стороны объекта контроля размеры и форма торцов концентраторов удовлетворяют соотношению 0<tgα, где d_k - диаметр стержня концентратора, h - длина усеченной части концентратора, с - наименьшая сторона усеченной части концентратора, α - угол скоса усеченной части концентратора.

Выполнение удлиненных каналов внутри магнитопровода позволяет совместить магнитопровод с концентраторами и получить наибольшую концентрацию потока, пронизывающего катушки индуктивности, а следовательно, наибольшую чувствительность преобразователя.

Установка концентраторов с возможностью регулирования по высоте относительно плоского основания и катушек индуктивности обеспечивает при настройке плотный контакт между ними без воздушного зазора и механического давления на катушки со стороны концентраторов. Это обеспечивает максимальную мощность отраженного импульса.

Выполнение в основании преобразователя прямоугольных и (или) цилиндрических пазов, в которых размещаются катушки индуктивности, позволяет увеличить прочность и жесткость плоского основания по контуру.

Выполнение в основании преобразователя углублений (выточек) цилиндрической и (или) эллипсовидной формы, соединенных с системой воздуховодов при помощи каналов, выполненных в магнитопроводе, позволяет при подаче сжатого воздуха создавать "воздушную подушку", исключающую жесткий контакт преобразователя с объектом контроля.

Установка по контуру основания и периметру пазов и углублений твердосплавных элементов позволяет защитить катушки индуктивности от повреждений, а основание от преждевременного износа.

Удовлетворение размеров и формы торцов концентраторов соотношению 0≤tgα≤∞ позволяет получить максимальную концентрацию магнитного потока непосредственно у поверхности катушек индуктивности, а следовательно, - повысить чувствительность преобразователя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан вертикальный разрез преобразователя по концентраторам.

На фиг.2 показан вертикальный разрез преобразователя по магнитопроводу и основанию (сечение А-А).

На фиг.3 показан вид сверху на преобразователь.

На фиг. 4 показан вид снизу на основание преобразователя с цилиндрическими пазами под катушки индуктивности (Вид Б).

На фиг.5 показан вид снизу на основание преобразователя с прямоугольными пазами под катушки индуктивности (Вид Б').

На фиг.6 показан концентратор магнитного потока с элементами формы торца со стороны катушки индуктивности.

На фиг.7 показано (сечение В-В) по верхнему торцу концентратора.

На фиг. 8 показан преобразователь в собранном виде и его положение относительно намагничивающей катушки и объекта контроля при работе.

Преобразователь содержит: магнитопровод 1, прикрепленный жестко к плоскому основанию 2 при помощи болтов 3. В магнитопроводе 1 выполнены вертикальные каналы "К", в которых расположены концентраторы 4 магнитного потока, создаваемого катушкой намагничивания 16 (см. фиг.8).

Механизм перемещения концентратора 4 состоит из гайки 5, установленной в корпусе магнитопровода 1, регулировочного винта 6, стопорных винтов 7.

Вплотную к концентраторам 4 прилегают измерительные катушки индуктивности 8, расположенные в пазах d_n и а•b (d_n - диаметр цилиндрического паза, а•b - стороны прямоугольного паза). От непосредственного контакта с объектом контроля катушки индуктивности 8 предохраняют керамические пластины 9. В основании 2, выполненном из немагнитного материала, и по контуру пазов и углублений установлены твердосплавные элементы 10. В основании 2 выполнены углубления (выточки) цилиндрической d_b и (или) эллипсовидной формы а₁•b₁ (где d_b - диаметр цилиндрической выточки, а₁•b₁ - стороны эллипсовидной выточки), которые соединены при помощи каналов "с" с внешней воздушной системой (частично показана на фиг.8), в которые сжатый воздух подается по шлангу 11, закрепленному на консоли 12. В вертикальном положении относительно катушки намагничивания преобразователь удерживается с помощью шарнира 13 и опоры 14, а также подвеской (условно не показана), прикрепляемой к отверстию "Р" (фиг. 1). От вертикальных смещений преобразователя предусмотрена рессорная планка 15.

Преобразователь работает следующим образом (фиг. 8). Под основание 2 преобразователя подводится объект контроля (например, лист, полоса и пр.). Одновременно по шлангу 11 в канал "с" подается сжатый воздух, и благодаря "воздушной подушке" преобразователь "зависает" над объектом контроля. В намагничивающую катушку подается постоянный ток, возбуждающий в пространстве магнитное поле Ф, пронизывающее преобразователь и проходящее по магнитопроводу 1 и концентраторам 2, далее, через катушки индуктивности 8, основание 2, воздушный зазор и объект контроля. Одновременно в катушки индуктивности 8 подается импульсами переменный ток высокой частоты, возбуждающий переменное поле, пронизывающее объект контроля и вызывающее в нем ультразвуковые колебания той же частоты за счет силы Лоренца. При ультразвуковых механических колебаниях материальных частиц объекта контроля относительно силовых линий постоянного поля, созданного катушкой намагничивания, в нем возникают индукционные токи и, соответственно, индукционные магнитные поля, взаимодействующие, в свою очередь, с катушками индуктивности 8, преобразующие магнитную энергию в электрические сигналы, принимаемые приемником (на чертежах условно не показаны).

Предлагаемый преобразователь может быть использован при создании установок для ультразвукового контроля листов, полос из ферромагнитных материалов. Его применение позволит значительно улучшить качество контроля готовой продукции.

Использованные источники.

1. Авторское свидетельство СССР 564595, кл. G 01 N 29/04. Бюллетень 25 от 05.07.77 г.

2. Патент РФ 2131163 кл. H 01 R 9/00, кл. D 06 D 1/04.

3. Авторское свидетельство СССР 590660, кл. G 01 N 29/04. Бюллетень 4 от 30.01.78 г.

Формула изобретения

Электромагнитный ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, магнитопровод, основание, катушки индуктивности и систему воздуховодов для создания “воздушной подушки” между преобразователем и объектом контроля, отличающийся тем, что в магнитопроводе выполнены вертикальные каналы, внутри которых размещены с возможностью регулировки по высоте относительно плоского основания преобразователя и катушек индуктивности концентраторы магнитного потока, установленные с обеспечением плотного контакта между собой, без воздушного зазора и механического давления на катушки индуктивности со стороны концентраторов, при этом указанное основание выполнено из немагнитного материала, а катушки индуктивности установлены в прямоугольных и/или цилиндрических пазах, выполненных в указанном основании, при этом перпендикулярно плоскости расположения концентраторов в указанном основании также выполнены углубления цилиндрической и/или эллипсовидной формы, соединенные с системой воздуховодов при помощи каналов, расположенных внутри магнитопровода и указанного основания, а по контуру указанного основания и периметру пазов и углублений установлены твердосплавные элементы, при этом со стороны объекта контроля концентраторы имеют скос длиной h под углом α таким, что tgα>0, где tgα=(d_k-c)/2h, d_k - диаметр стержня концентратора, с - наименьшая сторона (торец) усеченной части концентратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:Открытое акционерное общество "Нординкрафт"

(73) Патентообладатель:Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург"

Договор № РД0040247 зарегистрирован 28.08.2008

Извещение опубликовано: 10.10.2008        БИ: 28/2008