ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК G01N29/04 

Предлагаемое изобретение относится к области ультразвуковых неразрушающих испытаний материалов и изделий и может быть использовано, в частности, для контроля качества продукции металлургической промышленности (листа, полос, сортового проката, труб и т.п.).

Известен ЭМАП, содержащий немагнитный корпус, крышку, разъем и катушки индуктивности, смонтированные на защитной подложке из диэлектрика [1], наложенные одна на другую, выполненные в виде отдельных секций, намотанные одним проводом и соединенные с генератором высокой частоты.

Недостатком известного преобразователя является необходимость помещения его во внешнее магнитное поле для обеспечения работы.

Известен ЭМАП [2], содержащий корпус, постоянные магниты и катушки индуктивности, снабженный, по меньшей мере, тремя катушками индуктивности, тремя концентраторами, расположенными над катушками. Недостатком известного преобразователя является невысокая чувствительность.

Цель изобретения - значительное повышение чувствительности ЭМАП за счет уменьшения размеров катушек при одновременном увеличении количества витков.

Для этого предлагаемый преобразователь снабжен, по меньшей мере, двумя кольцевыми постоянными магнитами, плотно прилегающими друг к другу с расположением полюсов на наружной и внутренней боковой поверхности, по меньшей мере, одним круглым постоянным магнитом, смонтированным с одной стороны на их торцевой поверхности и обращенным к их внутренним полюсам одноименным полюсом и цилиндрическим концентратором, выполненным из ферромагнитного материала и установленным на одной оси с круглым постоянным магнитом внутри кольцевых магнитов, концентратор со стороны, обращенной к катушкам индуктивности, выполнен, по меньшей мере, с двумя выступами, образующими магнитные полюса одной полярности, каждая катушка индуктивности выполнена многослойной по высоте из отдельных проводников, соединенных последовательно с переходом с вышележащего слоя на нижележащий слой через n витков, разделенных друг от друга слоем диэлектрика.

Сущность изобретения поясняется на чертежах. На фиг.1 показан поперечный разрез преобразователя, на фиг.2 показана схема расположения проводников в двухслойной катушке, на фиг.3 показана схема расположения проводников в трехслойной катушке, на фиг.4 показана схема расположения и соединения проводников в двухслойной катушке.

Преобразователь (фиг.1) содержит корпус 1 с внутренней резьбой, выполненный из немагнитного материала, гайку 2 с наружной резьбой, выполненную из немагнитного материала, втулку 3, выполненную из магнитного материала, крышку 4, выполненную из немагнитного материала, подложку 5, выполненную из немагнитного материала, выполненную из магнитного материала, концентратор 6, выполненный, по меньшей мере, с двумя выступами "С", из ферромагнитного материала, постоянный круглый магнит 7 с расположением полюсов N-S вдоль торцевых поверхностей, постоянные кольцевые магниты 8 с расположением полюсов N-S вдоль наружных и внутренних боковых поверхностей, диэлектрические прокладки 9, 10, винты 11, 12, 13, 14, предназначенные для крепления деталей преобразователя, катушки индуктивности 15, приклеенные к пластинам 16, защищающие их от повреждений, разъем 17.

Постоянные кольцевые магниты 9, соединенные друг с другом по торцам, насажены по внутреннему диаметру d_м на втулку 3 (фиг.1) и вставлены по наружному диаметру D в корпус 1. Концентратор 6 вставлен во втулку 3. Постоянные магниты 7 и 8 установлены по отношению друг к другу и к поверхности концентратора таким образом, что все их одноименные полюса, например, S обращены в сторону боковой поверхности концентратора 6, выступы "С" которого в этом случае имеют ту же полярность S и являются одноименными полюсами, через которые магнитный поток (условно не показан), пронизывающий катушки индуктивности 15, замыкается на объект контроля с полюсом N.

Катушки индуктивности 15 выполнены многослойными по высоте в несколько слоев, количество которых может быть ограничено только величиной воздушного зазора между подложкой 5 и объектом контроля. Проводники 18 в катушке 15 выполнены прямоугольного сечения шириной d_э и размещены с шагом d послойно с переходом с одного слоя на другой (фиг.4) через n витков. Каждый слой в катушке 15 отделен от другого слоем диэлектрика 20 толщиной h и имеет несколько групп витков с разным количеством проводников.

Например, в катушке, показанной на фиг.4, верхний слой 19 состоит двух групп витков. Первая группа имеет три витка (поз. 21, 22, 23, n=3), а вторая группа имеет два витка (поз.28, 29, n=2). Нижний слой 30 имеет одну группу витков (поз.24, 25, 26, 27, n=4). Согласно схеме соединений витков (фиг.4) последний виток 23 первой группы в верхнем слое 19 соединен с первым витком 24 группы витков в нижнем слое 30, а последний виток 27 группы витков в нижнем слое 30 соединен с первым витком 28 второй группы витков верхнего слоя 19.

Такое размещение проводников в многослойной катушке с переходом с одного слоя на другой через n витков позволяет в несколько раз увеличить напряжение зондирующего импульса, а минимальные размеры катушки позволяют при ограниченных возможностях печатных технологий увеличить чувствительность преобразователя при приеме ультразвуковых волн.

Кроме того, указанное выше размещение проводников в многослойной катушке позволяет обеспечить минимально возможную толщину изолирующего слоя h при заданных значениях электрической прочности диэлектрика, разности потенциалов между проводниками и количеством витков.

Согласно изобретению катушка, показанная на фиг.4, может иметь множество различных комбинаций соединений проводников 18 из n витков 19.

При расположении полюсов магнитов 8 относительно поверхности концентратора одной полярности позволяет сконцентрировать большую часть магнитного потока в концентраторе 6, уменьшить потери на утечки, а выступы "С" на торце концентратора 6 обеспечивают максимальную концентрацию магнитного потока в активных зонах катушек 15. В этом случае достигается максимальная плотность магнитного потока, пересекающего катушку индуктивности, значительно увеличивается магнитная индукция в зазоре δ, а следовательно, повышается чувствительность преобразователя при регистрации отраженных от дефектов ультразвуковых волн. За счет минимальных размеров катушки индуктивности и концентратора с несколькими выступами-полюсами (на фиг.1 показан концентратор с двумя выступами) в предлагаемом преобразователе без увеличения его размеров размещена не одна, а несколько катушек индуктивности, что позволяет расширить зону контроля (на фиг. 1 показано две катушки 15).

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь подводится к объекту контроля. Магнитное поле замыкается на металл. На катушки индуктивности 15 подаются с определенной частотой зондирующие импульсы, возбуждающие в объекте контроля ультразвуковые колебания, трансформируемые в постоянном поле магнитной системы преобразователя в переменные магнитные поля, создающие в катушке индуктивности 15 переменные токи, принимаемые в виде электрических сигналов приемником (на чертеже условно не показан). По отношению отраженного от дефекта импульса к опорному судят о координатах и размерах дефекта.

Источники информации

1. Патент РФ №2206888, Бюл. №17, 20.06.2003 г.

2. Патент РФ №2219539, Бюл. №35, 20.12.2003 г.

Электромагнитно-акустический преобразователь может быть использован для неразрушающего контроля продукции металлургической промышленности (листов, полос, сортового проката труб). Электромагнитно-акустический преобразователь снабжен, по меньшей мере, двумя кольцевыми постоянными магнитами, плотно прилегающими друг к другу, с расположением полюсов на наружной и внутренней боковой поверхности, по меньшей мере, одним круглым постоянным магнитом, установленным с одной стороны на их торцевой поверхности и обращенным к их внутренним полюсам одноименным полюсом и цилиндрическим концентратором, выполненным из ферромагнитного материала и установленным на одной оси с круглым постоянным магнитом внутри кольцевых магнитов. Концентратор со стороны, обращенной к катушкам индуктивности, выполнен, по меньшей мере, с двумя выступами, образующими магнитные полюса одной полярности. Каждая катушка индуктивности выполнена многослойной по высоте из отдельных проводников, соединенных последовательно с переходом с вышележащего слоя на нижележащий слой через n витков, разделенных друг от друга слоем диэлектрика. В результате повышается чувствительность за счет уменьшения размеров катушек при одновременном увеличении количества витков. 4 ил.

Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий корпус, постоянные магниты и катушки индуктивности, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, двумя кольцевыми постоянными магнитами, плотно прилегающими друг к другу с расположением полюсов на наружной и внутренней боковой поверхностях, по меньшей мере, одним круглым постоянным магнитом, установленным с одной стороны на их торцевой поверхности и обращенным к их внутренним полюсам одноименным полюсом, и цилиндрическим концентратором, выполненным из ферромагнитного материала и установленным на одной оси с круглым постоянным магнитом внутри кольцевых магнитов, концентратор со стороны, обращенной к катушкам индуктивности, выполнен, по меньшей мере, с двумя выступами, образующими магнитные полюса одной полярности, каждая катушка индуктивности выполнена многослойной по высоте из отдельных проводников, соединенных последовательно с переходом с вышележащего слоя на нижележащий слой через n витков, разделенных друг от друга слоем диэлектрика.