ПРИБОР ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для ультразвуковой диагностики материалов.
Известен ультразвуковой толщиномер (Патент РФ №2185600, кл. G01B 17/02, 2002 г.), содержащий блок задания режимов работы и индикации сигналов, синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, электромагнитно-акустический (ЭМА) преобразователь, приемный усилитель, когерентный накопитель сигналов, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), индикатор, кварцевый генератор и цифро-аналоговый преобразователь. Прибор является бесконтактным ультразвуковым толщиномером, не требует зачистки поверхности, применения контактной жидкости, способен работать при величине рабочего зазора между преобразователем и объектом контроля до 1,5 мм, имеет автономный источник питания.
Недостатками данного устройства являются высокое электропотребление и низкая эффективность ЭМА-преобразования.
Наиболее близким предлагаемому решению является «Прибор для акустического контроля изделий» (Патент на полезную модель РФ №41515. кл. G01B 17/02, 2004 г.), содержащий синхронизатор, источник питания генератора, генератор зондирующих импульсов, ЭМА-преобразователь, объект контроля, приемный усилитель и схемы предварительной обработки, преобразователь временной интервал-цифра, арифметическо-логическое устройство, схему индикации и источник питания аналоговых схем. Прибор является портативным, имеет небольшие габариты и вес, работоспособен на сильно корродированной и неровной поверхностях.
Недостатком данного устройства является сравнительно невысокая эффективность возбуждения акустических колебаний.
Известно, что в дефектоскопах и толщиномерах, использующих электромагнитно-акустический (ЭМА) принцип возбуждения и приема из-за низкого коэффициента преобразования сигнал на входе приемного устройства может не превышать десятков микровольт. Поэтому чрезвычайно важно добиться максимально возможной эффективности первичного ЭМА-преобразования. При работе на ферромагнитных электропроводящих материалах можно существенно повысить эффективность электромагнитно-акустического преобразования за счет оптимального выбора частоты возбуждения и геометрических размеров преобразователя. Как известно, при возбуждении акустических колебаний ЭМА-методом имеют место два основных эффекта: возбуждение за счет электродинамического механизма и возбуждение посредством магнитного механизма. Оба механизма действуют независимо, так в электропроводящих неферромагнитных материалах действуют только электродинамические силы, и, наоборот, в ферромагнитных изоляционных материалах действуют только магнитные силы. При работе на ферромагнитных материалах с высокой электропроводностью одновременно действуют два эффекта, причем они могут быть соизмеримы по величине. Если частота для сил, действующих на частицы в поверхностном слое одинакова, то по фазе они могут быть совершенно различны. Очевидно, что если добиться совпадения фаз, эффективность возбуждения значительно возрастет.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения эффективности прямого электромагнитно-акустического преобразования.
Для достижения этого технического результата в прибор, содержащий синхронизатор 1, источник 2 питания генератора, генератор 3 зондирующих импульсов, ЭМА-преобразователь 4, объект контроля 5, приемный усилитель и схемы 6 предварительной обработки, преобразователь 7 временной интервал-цифра, арифметическо-логическое устройство 8, схему 9 индикации вводится дополнительный узел 10 управления частотой.
Отличительными признаками предложенного прибора является возможность выбора дополнительным узлом оптимальной частоты, при которой фазы сил, возбуждаемых вследствие различных эффектов (электродинамического и магнитного) совпадают.
На чертеже (фиг.1) приведена структурная схема прибора.
Работа прибора осуществляется следующим образом.
Синхронизатор 1 периодически, через определенные промежутки времени, вырабатывает пачки импульсов, которые используются для получения высоковольтного напряжения питания генератора 3 зондирующих импульсов, выполненного на разряднике. Когда напряжение достигает величины, достаточной для пробоя разрядника, происходит пробой и вырабатывается зондирующий импульс. Специальный сигнал поступает на синхронизатор и пачка импульсов обрывается. Зондирующий импульс подается на ЭМА-преобразователь 4. В результате взаимодействия наведенных в объекте контроля вихревых токов с постоянным магнитным полем в контролируемом изделии возникает ультразвуковая (УЗК) волна - прямое ЭМА-преобразование. Ультразвуковая волна распространяется вглубь объекта контроля, отражается от противоположной стенки, распространяется в противоположном направлении и достигает его поверхности. На поверхности объекта контроля возникают наведенные токи как результат перемещения частиц металла в магнитном поле (обратное ЭМА-преобразование). Приемная обмотка ЭМА-преобразователя 4 воспринимает наведенные токи и ЭДС преобразователя поступает на вход приемного усилителя и схем 6 предварительной обработки. Усиленный и сформированный сигнал поступает на вход преобразователя 7 временной интервал-цифра. Сигнал в цифровом виде поступает на вход арифметическо-логического устройства 8, где над ним производятся различные операции, например, калибровка и сравнение с пороговым уровнем, а затем поступает на схему 9 индикации.
Дополнительно введенный в схему узел 10 управления частотой позволяет оптимальным образом выбрать необходимую частоту и добиться, таким образом, совпадения по фазе векторов действующих сил, возникающих в результате электродинамического и магнитного эффектов возбуждения.
Очевидно, что управлять сдвигом фаз можно не только частотой, но и оптимальным выбором геометрических размеров преобразователя. Фазовый сдвиг зависит от переменной интегрального преобразования, которая определяется как 3/2R, где R - радиус преобразователя. В связи с этим оптимальным решением является необходимость предварительного выбора размеров преобразователя, а более точного совпадения по фазе добиваются подстройкой частоты с помощью узла 10 управления.