Электромагнитно-акустический преобразователь

Электромагнитно-акустический преобразователь
Авторы: Лещенко Н.Г., Мужицкий В.Ф., Ремезов В.Б.
Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использована для ультразвуковой диагностики материалов.
Известны преобразователи акустической диагностики объекта исследования, например, электромагнитно-акустический (Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ Ред. В.В. Клюев - М.: Машиностроение, 1995, с. 170, схемы 1, 2), в которых катущка возбуждения (она же используется в качестве катущки приема) располагается под полюсом магнита, что позволяет осуществлять возбуждение и прием продольных и поперечных акустических колебаний, распространяющихся по нормали к поверхности контроля.
Известен преобразователь электромагнитно-акустический (Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ Ред. В.В. Клюев - М.: Машиностроение, 1995, с. 170, схемы 3), наиболее близкий предлагаемому решению, в котором периодическая линейка катушек располагается под полюсом магиита и возбуждение акустических колебаний осуществляется этой линейкой катушек, что позволяет осуществлять ввод акустических колебаний под углом.
Недостатком известных преобразователей является то, что для возбуждения и приёма акустических колебаний используется одна катушка. Сильные помехи, создаваемые зондирующим импульсом, перегружают входные цепи приёмного устройства, затрудняя регистрацию отражённых эхо-импульсов.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи расщирения диапазона измерения, обеспечения достоверности контроля, снижения требований к качеству контролируемой поверхности и по возможности влиять на направление акустических колебаний.
Для достижения указанного технического результата в электромагнитноакустическом преобразователе, содержащем катушку возбуждения и магнитную систему, дополнительно введена приемная катушка, разнесенная с катушкой возбуждения по горизонтальной оси, причем магнитная система представляет собой сердечник, окруженный со всех сторон, кроме рабочей, постоянными магнитами, направленными одноименными полюсами внутрь.
магнитного поля в зоне возбуждения и приёма акустических колебаний. Направление этих колебаний отличается от нормали, т.е. колебания распространяются под углом, зависящем от геометрических параметров катушки и частоты тока возбуждения. Данные признаки позволяют снизить электромагнитные помехи и улучшить качество регистрации отраженных эхо-импульсов, т.е. расширить диапазон измерения и обеспечить достоверность контроля.
Конструктивная схема предлагаемого преобразователя иллюстрируется схемой, представленной на фиг. 1.
Электромагнитно-акустический преобразователь содержит постоянные магниты 1, направленные одноимёнными полюсами внутрь, сердечник 2, выполненный в виде набора пластин, изготовленных из электротехнической стали, и разделенный по оси симметрии прокладкой 3, выполняюшей функцию электрической и акустической изоляции, рабочая часть сердечника выполнена в виде правильной трапеции, меньшее основание которой направлено в сторону контролируемого изделия 4, катушки 5 возбуждения и катушки 6 приема, разнесенных по горизонтальной оси.
Сердечник предложенной конструкции исключает возбуждение в нем вихревых токов и паразитных акустических колебаний, а рабочая часть сердечника, выполненная в виде правильной трапеции, позволяет обеспечить максимальную индукцию постоянного магнитного поля.
Работа электромагнитно-акустического преобразователя осушествляется следуюшим образом. Вначале процесса контроля имеется суммарное постоянное магнитное поле, созданное сердечником, окруженным постоянными магнитами, направленными одноименными полюсами внутрь.
Импульс тока подается в катушку 5 возбуждения, в поверхностном слое контролируемого изделия 4 наводятся вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с постоянным магнитным полем возникают акустические колебания (эхо-импульсы), которые распространяются по толщине контролируемого изделия 4 в направлении отличном от нормали до противоположной стенки и также под углом отражаются и регистрируются катушкой 5 приема.
Толщина образца, изображенная на фиг. 1, подобрана таким образом, что максимум акустических колебаний попадает в середину приёмной катушки. На практике толщина образца может иметь широкий диапазон. Это достигается достаточно большими углами диаграмм направленности акустических колебаний излучения и приема. Диаграмма направленности приёмной катушки также имеет угловую направленность. Угол определяется по аналогии с катушкой возбуждения. Если геометрические размеры катушек одинаковы, то углы ввода и приёма акустических колебаний соответственно будут одинаковы. На практике геометрические размеры катушек могут быть и различными, т. к. катушки возбуждения и приёма наматываются проводом различного диаметра и могут иметь различное число витков. Изменяя геометрические размеры катушек можно изменять углы ввода и приёма акустических колебаний, а, следовательно, глубину их фокусировки и оптимальную толщину контролируемого изделия.
Линейная зависимость между толщиной контролируемого изделия и временем распространения акустических колебаний позволяет контролировать толщину изделия за счет измерения временного интервала между зондирующим и отраженным импульсами.
Кроме того, такой способ возбуждения и приема акустических колебаний может использоваться для целей дефектоскопии.