БЛОК КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ С ПОСТОЯННЫМ МАГНИТОМ
INDUCTANCE COIL UNIT WITH PERMANENT MAGNET

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля и может быть использовано в устройствах для выявления внутренних и поверхностных дефектов в объектах контроля, выполненных из токопроводящих материалов, а именно листов, полос, сортового проката и труб.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известна катушка индуктивности электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразователя, выполненная на плате из диэлектрика и содержащая одну или несколько секций. При этом катушка индуктивности может быть выполнена однослойной или многослойной, и изготовлена вручную или печатным методом, например, из полиимида фольгированного. Катушка индуктивности, выполнена в виде двух симметричных эллипсовидных лепестков или в виде правильного многоугольника, или в виде двух симметрично расположенных эллипсов, или в виде спаренной эллипсовидной катушки, или в виде фигурной многослойной. Причем в многослойной катушке индуктивности витки одного слоя располагаются в зазоре между витками другого слоя без перекрытия, на одной или на противоположных сторонах катушки и соединены последовательно между собой при помощи металлизированных отверстий, а переход из одного слоя в другой выполнен через 2-3 витка, спаренная эллипсовидная катушка индуктивности выполнена из двух автономных секций, расположенных на плате в одной плоскости, или одна под другой на различных сторонах одной платы, с возможностью совместной работы по любому из вышеперечисленных соединений и расположению (RU 2268517 C1, опубл. 10.07.2011).
Недостатком известной катушки индуктивности является отсутствие возможности управления углом ввода акустической волны.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является блок катушек индуктивности, раскрытый в RU 2476949 C1, опубл. 27.02.2013.
В соответствии с наиболее близким аналогом, блок катушек индуктивности для электромагнитно-акустических преобразователей содержит группу катушек индуктивности, расположенных одна под другой с перекрытием и автономно подключенных к своему приемнику. При этом группа катушек имеет сколь угодно большую общую длину рабочей зоны, а катушки в группе расположены в нескольких слоях по направлению прямолинейно, криволинейно, по окружности в зависимости от назначения ультразвукового контроля, формы и направления перемещения объекта контроля. Причем блок катушек индуктивности снабжен второй группой катушек индуктивности, подключенных к своим генераторам, расположенной над первой группой катушек с полным или частичным перекрытием катушек первой группы, катушки второй группы размещены со смещением относительно друг друга в направлении поперечной оси, причем катушки обеих групп выполнены с различным количеством витков, различной шириной рабочей зоны и различной геометрической конфигурацией на плоскости, а длина рабочей зоны L катушек первой группы выбрана из условия L=(N⋅Z)-(N-1)⋅C, где Z - длина рабочей зоны катушки, N - число катушек, С - величина перекрытия для каждых соседних катушек.
Недостатком блока катушек индуктивности, раскрытого в наиболее близком аналоге, является отсутствие возможности управления углом ввода акустической волны. Любые две соседние катушки, типа "бабочка", располагаются на одной линии. Это создает индуктивную связь между катушками, делая невозможным независимое возбуждение каждой катушки в отдельности. В предлагаемой конструкции данный недостаток сведен к минимуму за счет того, что любые две соседние катушки сдвигаются относительно общей линии в противоположные направления.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача предлагаемого технического решения состоит в разработке блока катушек индуктивности, применяемого в бесконтактных ЭМА дефектоскопах и томографах, которые позволяют выявлять внутренние и поверхностные дефекты в токопроводящих объектах контроля, за счет возбуждения и приема акустических волн под различными углами к нормали к поверхности.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения дефекта, уменьшение времени проведения контроля, бесконтактное возбуждение и прием акустической волны под заданным углом, формирование горизонтально поляризованной волны, которая не трансформируется в другие типы волн при падении на границу раздела между объектом контроля и внешней средой.
Указанный технический результат достигается за счет того, что блок катушек индуктивности с электромагнитно-акустическим преобразователем, содержащий, по крайней мере, три спиральные катушки индуктивности, расположенные в ряд на подложке из диэлектрического материала, при этом над блоком катушек индуктивности расположен постоянный магнит, а смежные спиральные катушки индуктивности на подложке смещены по разные стороны относительно продольной оси подложки, при этом блок катушек связан с электромагнитно-акустическим преобразователем.
Расстояние между постоянным магнитом и блоком катушек индуктивности 0,1-20 мм.
Токоведущие проводники спиральных катушек индуктивности выстроены в одну линию вдоль продольной оси постоянного магнита.
Ширина спиральных катушек индуктивности соответствует длине горизонтально поляризованной акустической волны в исследуемом материале.
Ширина спиральных катушек индуктивности кратна четверти длины горизонтально поляризованной акустической волны в исследуемом материале.
Намагниченность постоянного магнита направлена на подложку.
Намагниченность постоянного магнита направлена от подложки.
Спиральные катушки индуктивности выполнены в виде печатной платы на гибкой или жесткой основе.
Спиральные катушки индуктивности выполнены в виде диэлектрической подложки прямоугольного, квадратного или круглого сечения, на которую спирально намотаны изолированные проводники.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятно из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 - блок катушек с постоянным магнитом (вид сверху).
На фиг. 2 - блок катушек с постоянным магнитом (вид сбоку).
1 - катушки индуктивности, 2 - постоянный магнит, 3 - направление магнитной индукции постоянного магнита, а - ширина катушек индуктивности; b - расстояние между постоянным магнитом и катушками индуктивности.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Блок катушек индуктивности, содержащий, по крайней мере, три спиральные катушки (1) индуктивности, расположенные в ряд на подложке (на фиг. не показана) из диэлектрического материала, при этом над блоком катушек индуктивности расположен постоянный магнит (2), а смежные спиральные катушки (1) индуктивности на подложке смещены по разные стороны относительно продольной оси подложки.
Расстояние между постоянным магнитом (2) и блоком катушек индуктивности 0,1-20 мм. Указанное расстояние позволяет сформировать постоянное магнитное поле в подповерхностном слое объекта контроля, достаточное для работы электромагнитно-акустического преобразователя (ЭМАП). Увеличение расстояния более 20 мм приводит к уменьшению магнитного поля до уровня, недопустимого для работы ЭМАП. Установка магнита вплотную, с нулевым зазором, приводит к уменьшению переменного магнитного поля, создаваемого блоком катушек, до уровня, при котором ЭМАП перестает работать.
Токоведущие проводники спиральных катушек (1) индуктивности выстроены в одну линию вдоль продольной оси постоянного магнита.
Ширина спиральных катушек (1) индуктивности соответствует длине горизонтально поляризованной акустической волны в исследуемом материале.
Ширина спиральных катушек (1) индуктивности кратна четверти длины горизонтально поляризованной акустической волны в исследуемом материале.
Намагниченность постоянного магнита (2) направлена на подложку.
Намагниченность постоянного магнита (2) направлена от подложки.
Спиральные катушки (1) индуктивности выполнены в виде печатной платы на гибкой или жесткой основе.
Спиральные катушки (1) индуктивности выполнены в виде диэлектрической подложки прямоугольного, квадратного или круглого сечения, на которую спирально намотаны изолированные проводники.
В качестве диэлектрического материала применены пластик (полипропилен, полиуретан, фторопласт), текстолит марок А, Б, ПТК, ПТ, FR4, керамика (на основе оксида алюминия или циркониевая).
Блок катушек содержит минимум три катушки (1) индуктивности, количество катушек индуктивности в блоке катушек может достигать 100 шт, количество катушек индуктивности зависит от требований к ширине диаграммы направленности датчика, а также от максимальных допустимых габаритов датчика.
Расположение катушек (1) индуктивности на подложке в соответствии с фиг. 1 позволяет формировать горизонтально поляризованную акустическую волну под заданным углом, позволяющую без акустического контакта с объектом контроля выявлять дефекты, т.е. без предварительной очистки поверхности и обильным смазыванием контактной жидкости объекта контроля, что снижает время определения дефекта. Формирование горизонтально поляризованной акустической волны под заданным углом, которая не трансформируется в другие типы волн при падении на границу раздела между объектом контроля и внешней средой, позволяет повысить точность определения дефекта.
Выявление при помощи устройства внутренних и поверхностных дефектов в объектах контроля осуществляют следующим образом.
Катушки (1) индуктивности жестко размещают на плате, они выполнены в виде печатной платы или смотаны вручную, над блоком катушек закрепляют на подложке на расстоянии 0,1-20 мм постоянный магнит (2) и устанавливают блок катушек с постоянным магнитом (2) в устройство, либо если постоянный магнит уже закреплен в устройстве, блок катушек закрепляют в устройстве под постоянным магнитом (2).
Каждая катушка подключается к источнику электрического тока (генератор) через усилитель и генератору.
Генератор формирует на каждой из катушек высоковольтный импульс напряжения амплитудой 0,1-10 кВ и длительностью 0,1-10 мкс. Время задержки между импульсами на катушке составляет 0,001-50 мкс. Импульс на катушке при помощи ЭМАП устройства формирует непосредственно под данной катушкой акустическую волну в объекте контроля, который располагается под сборкой катушек и магнита. Временная задержка (длительность импульса) между высоковольтными импульсами на соседних катушках приводит к задержке формирования акустических волн этими катушками. Задержку обеспечивает распространение суммарной акустической волны под заданным углом к нормали к поверхности объекта контроля.
С объекта контроля блок катушек принимает акустическую волну от объекта контроля. Сигнал, обработанный ЭМАП, полученный с каждой катушки, усиливается при помощи усилителя. После этого усиленные сигналы оцифровываются и анализируются в последующих электронных блоках.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет применять блок катушек индуктивности в устройствах для выявления дефектов, обеспечивает повышение точности определения дефекта, снижение времени определения дефекта, бесконтактное возбуждение и прием акустической волны под заданным углом, формирование горизонтально поляризованной волны, которая не трансформируется в другие типы волн при падении на границу раздела между объектом контроля и внешней средой.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.