Электромагнитный акустический преобразователь

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий акустическими методами и может быть использовано в устройствах для измерения толщины стенки алюминиевых и стальных изделий, а также для их дефектоскопии. Технический результат - повышение чувствительности измерения, уменьшение габаритов и потребляемой мощности устройства, расширение функциональных возможностей. Предложенный электромагнитный акустический преобразователь для устройства ультразвукового контроля материалов включает систему подмагничивания и генератор зондирующих импульсов, состоящий из активного элемента, емкости и катушки индуктивности. При этом обмотка катушки индуктивности выполнена из, по меньшей мере, двух независимых секций, с одинаковым направлением намотки витков, а устройство дополнительно снабжено активными элементами и емкостями, образующими с каждой секцией обмотки самостоятельные генераторы. Активные элементы, например транзисторы, выполнены с возможностью их включения синхронно или со сдвигом по фазе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий акустическими методами и может быть использовано в устройствах для измерения толщины стенки алюминиевых и стальных изделий, а также для их дефектоскопии.

Известны способы электромагнитно-акустического (ЭМА) контроля и устройства для их осуществления, согласно которым при помощи ЭМА-преобразователей возбуждают в изделии акустические колебания, по которым судят о параметрах контролируемого изделия.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является электромагнитный акустический преобразователь для устройства ультразвукового контроля материалов, включающий систему подмагничивания и генератор зондирующих импульсов, состоящий из активного элемента, емкости и катушки индуктивности (Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. В.В.Клюева. М., Машиностроение, 1995, стр. 171).

Однако известный прибор отличается невысокой чувствительностью, повышенной мощностью потребления и требует мощной намагничивающей системы. Значительные размеры подмагничивающей системы ЭМА-преобразователя не позволяют снизить габариты датчика до размеров, соизмеримых с пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП).

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение чувствительности измерения, уменьшение габаритов и потребляемой мощности устройства, расширение функциональных возможностей.

Поставленная задача решается за счет того, что электромагнитный акустический преобразователь для устройства ультразвукового контроля материалов, включающий систему подмагничивания и генератор зондирующих импульсов, состоящий из активного элемента, емкости и катушки индуктивности характеризуется тем, что обмотка катушки индуктивности выполнена из, по меньшей мере, двух независимых секций, с одинаковым направлением намотки витков, а устройство дополнительно снабжено активными элементами и емкостями, образующими с каждой секцией обмотки самостоятельные генераторы. Активные элементы, например транзисторы, выполнены с возможностью их включения синхронно или со сдвигом по фазе.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема ЭМА-преобразователя.

Изображенный на чертеже вариант ЭМА-преобразователя состоит из четырех генераторов, образованных путем разделения обмотки рабочей катушки индуктивности L_k на четыре секции L_c, к каждой из которых подключены отдельные емкости С и активные элементы (транзисторы). К источнику питания генераторы подключены через сопротивления R.

Работает устройство следующим образом.

В исходном состоянии ключи (активные элементы генераторов), например транзисторы, закрыты. Открывание ключей может происходить синхронно или со сдвигом по фазе. При открытии ключей в замкнутых контурах возникают апериодические колебания тока в секциях катушки индуктивности. Взаимодействие постоянного или низкочастотного поля подмагничивания с высокочастотным полем вихревых токов вызывает колебания поверхностных слоев контролируемого изделия. Эти колебания воспринимаются электромагнитным акустическим датчиком и анализируются обычным образом. В качестве рабочей катушки датчика может применяться как дополнительная измерительная катушка, так и рабочая катушка ЭМА-преобразователя.

В известных системах и приборах ЭМА-контроля, основанных на продольных или сдвиговых высокочастотных колебаниях поверхностных частиц контролируемого изделия, возникновение последних связано с взаимодействием постоянного или низкочастотного поля подмагничивания с высокочастотным полем вихревых токов, образуемых вблизи поверхности изделия под воздействием в/ч колебаний тока в плоской катушке, лежащей на поверхности изделия. Ток в в/ч катушке образуется с помощью генератора, составляющей которого является рабочая катушка ЭМАП и рабочая емкость С_к.

Ток в катушке контура в апериодическом режиме (режим работы генератора - короткий импульс 2-3 периода) можно определить из известной формулы

U_k=L_k·di/dt,

где U_k - максимальное напряжение на контуре, определяемое допустимым напряжением на электродах транзистора;

L_k - индуктивность катушки ЭМАП, число витков которой лежит обычно в пределах 20-30 и определяется диаграммой направленности ЭМАП;

dt - фактически четверть периода собственных (рабочих) колебаний.

Из этой формулы следует, что при L_k≈30 мкГн, dt≈ 0,1 мс и предельно допустимом напряжении между электродами транзистора U_k=1200 В, максимальный ток в катушке I_k≈4 А. Следовательно сдвиг частиц поверхности контролируемого изделия обеспечивается взаимодействием в/ч поля вихревых токов 30 W· 4 А=120 A· W и низкочастотного поля подмагничивания ≈ 5000 A· W. Только в этом случае достигается приемлемая чувствительность устройства. Однако такое поле подмагничивания требует большой мощности подмагничивающего устройства и его габаритов. Результатом этого является также сильное притяжение ЭМАП к контролируемому изделию.

Устранению этих недостатков посвящено данное изобретение. Если катушку индуктивности разбить, например, на четыре секции, то индуктивность каждой секции будет L_k/4²≈2 мкГн. Тогда максимальный ток в каждой секции I_c≈60 A. Следовательно, общее число A· W в рабочей катушке ЭМАП составит 30 W· 60 A=1800 A· W. Увеличение на порядок и более A· W в/ч катушки ЭМАП без увеличения числа ее витков, позволяет резко повысить чувствительность контроля, снизив при этом величину поля подмагничивания. Все это позволяет снизить вес, потребляемую мощность прибора и в итоге создать портативные толщиномер и дефектоскоп, дополнительным достоинством которых будет отсутствие необходимости применения контактной жидкости.

1. Электромагнитный акустический преобразователь для устройства ультразвукового контроля материалов, включающий систему подмагничивания и генератор зондирующих импульсов, состоящий из активного элемента, емкости и катушки индуктивности, отличающийся тем, что обмотка катушки индуктивности выполнена из, по меньшей мере, двух независимых секций, с одинаковым направлением намотки витков, а устройство дополнительно снабжено активными элементами и емкостями, образующими с каждой секцией обмотки самостоятельные генераторы.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что активные элементы выполнены с возможностью их включения синхронно или со сдвигом по фазе.