Электромагнитно-акустический преобразователь

Полезная модель относится к области генерации и приема ультразвуковых колебаний и может использоваться для неразрушающего контроля состояния трубопроводов и других металлических конструкций.
Известен электромагнитно-акустический преобразователь (Патент РФ №2258218, опубл, 10.08.2005), содержащий катушки индуктивности, расположенные около торца системы, состоящей, по меньшей мере, из трех постоянных полосовых магнитов, установленных вплотную друг к другу. Недостатком такого преобразователя является невысокая эффективность функционирования.
В патенте РФ №2268517, опубликованном 20.01.2006 описаны возможные варианты двухсекционной катушки для электромагнитно-акустических преобразователей, секции которой выполнены в виде эллипсовидных лепестков или лепестков в виде многоугольников с определенным диапазоном размера рабочей зоны и количеством витков. Недостатком электромагнитно-акустических преобразователей с такими катушками является отсутствие их оптимального соответствия с магнитной системой.
Наиболее близким к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа является электромагнитно-акустический преобразователь (Патент РФ №2343475, опубл. 10.01.2009), содержащий магнитную систему с расположенными на заданном расстоянии друг от друга группами магнитов в виде параллелепипедов с компланарными чередующимися полюсами и две плоские катушки, расположенные в параллельной полюсам магнитов плоскости на минимальном от них расстоянии, в пределах витков которых перпендикулярно им лежат проекции полюсов магнитов на плоскость катушек. Между магнитами введены полюсные наконечники из ферромагнитного материала и дополнительные магниты. Известный электромагнитно-акустический преобразователь не обеспечивает необходимой эффективности генерации и приема ультразвуковых колебаний при внутритрубном контроле.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение уровня сигнала генерации и повышение чувствительности при его приеме.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении достоверности контроля дефектов в металлических конструкциях с помощью предлагаемого устройства.
Данный технический результат достигается тем, что электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий магнитную систему из магнитов в виде параллелепипедов с компланарными чередующимися полюсами и две плоские катушки, расположенные в параллельной полюсам магнитов плоскости на минимальном от них расстоянии, в пределах витков которых перпендикулярно им лежат проекции полюсов магнитов на плоскость катушек, отличается тем, что магниты установлены вплотную друг к другу, катушки выполнены в виде расположенных рядом эллипсов, большие оси которых параллельны и соразмерны с длиной магнитной системы, соединены последовательно с обеспечением сонаправленного протекания тока в близлежащих витках во время работы устройства, а перпендикулярно таким виткам разных катушек лежит проекция на их плоскость полюсов центральных магнитов магнитной системы, ширина которых равна удвоенной ширине периферийных магнитов.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой схематично представлена структура предлагаемого электромагнитно-акустического преобразователя.
Электромагнитно-акустический преобразователь, содержит магнитную систему, состоящую из установленных вплотную друг к другу магнитов 1 и 2 в виде параллелепипедов с компланарными чередующимися полюсами и две плоские катушки 3 и 4, расположенные в параллельной полюсам магнитов плоскости на минимальном от них расстоянии. Причем в пределах витков катушек 3 и 4 перпендикулярно им лежат проекции полюсов магнитов 1 и 2 на плоскость катушек. Катушки 3 и 4 выполнены в виде расположенных рядом эллипсов, так, что большие их оси параллельны и соразмерны с длиной магнитной системы. Соединены катушки 3 и 4 последовательно с обеспечением сонаправленного протекания тока в близлежащих витках во время работы устройства (для примера на фигуре направление тока показано большими серыми стрелками). Перпендикулярно близлежащим виткам 5 и 6 разных катушек 3 и 4 лежит проекция на плоскость катушек полюсов центральных магнитов 1 магнитной системы. Ширина этих центральных магнитов в два раза больше ширины периферийных магнитов 2 магнитной системы.
Устройство работает следующим образом. В результате подачи переменного напряжения на свободные концы 7 и 8 катушек 3 и 4 и прохождения в них переменного тока в металлическом теле трубы возникают вихревые токи. Действующая на двигающиеся в магнитном поле магнитной системы заряженные частицы сила Лоренца, направленная вдоль поверхности контроля, способствует механическому смещению области с вихревым током, возбуждению акустических колебаний и их распространению. При этом в катушках 3 и 4 возникает индукционный ток, являющийся фактором использования тех же электромагнитно-акустических преобразователей в качестве приемника распространяющихся в теле трубы колебаний.
Интенсивность возбуждаемых электромагнитно-акустическим преобразователем вихревых токов и ультразвуковых колебаний внутри металла трубопровода зависит от амплитуды силы переменного тока пропускаемого через высокочастотные катушки и величины индукции поля магнитной системы.
Исключение зазора между магнитами 1 и 2 в периодической магнитной системе позволяет увеличить объем магнитной системы и как следствие увеличивает индукцию магнитного поля, действующего на носители электрических зарядов в металле и интенсивность ультразвуковых колебаний. Перекрытие увеличенной вдвое площади катушек 3 и 4 магнитной системой в сочетании с уменьшенным количеством магнитов и максимальным объемом центральных полюсов за счет удвоения ширины центральных рядов магнитов 1 магнитной системы, а также соответствующее направление намотки одной из катушек (например, катушки 4 по отношению к катушке 3), обеспечивающее сонаправленное протекание тока в близлежащих витках как в периферийных частях каждой из катушек 3 и 4, так и в их близлежащих витках 5 и 6, обеспечивает сужение диаграммы направленности воздействия магнитного поля на металл, что также повышает силу воздействия на заряженные частицы и интенсивность ультразвуковых колебаний.
В результате совокупного эффекта при использовании предлагаемого электромагнитно-акустического преобразователя чувствительность контроля возрастает почти на порядок и позволяет, например, выявлять дефект в виде просверленного сквозного цилиндрического отверстия диаметром 10 мм при любом положении электромагнитно-акустического преобразователя в сечении трубы диаметром 1000 мм с толщиной стенки 16 мм.