Способ возбуждения упругих волн Советский патент 1986 года по МПК G01N29/00 

ИчоС ретение относится к контроль- ио-и: мерите.пьной технике и может быть использовано для возбуждения ультразвука п металлах при контроле электромагнитно-акустическим методом.

Целью изобретения является уменьшение энергозатрат путем повышения эффективности электромагнитно-акустического преобразования на рабочей частоте и снижения эффективности возбуждения акустических колебаний на прочих частотах.

На фиг.1 приведена блок-схема, устройства, реализующая способ возбуждения упругих волн; на, фиг. 2 - эпюры тока в катушке возбуждения и силы, возникающей в результате электромагнитно-акустического преобразования; на фиг.З - эпюры немодулированного iTOKa; на фиг.4 - эпюры вихревых токов и магнитного поля.

Устройство содержит генераторы 1, сое/диненные своими выходами с входами узла 2 согласования, подключенног к последовательно соединенным модулятору 3 и электромагнитно-акустичес- кому преобразователю 4, расположенному вблизи объекта 5 контроля. Приемный преобразователь 6 расположен также вблизи объекта 5 контроля и подсоединен к схеме 7 обработки сигнала

Сущность способа поясняется на принципе работы устройства, реализующего способ возбуждения упругих волн

Генераторы 1 создают на выходе напряжение, изменяющееся по закону Sin ncot. Один из генераторов 1 дает напряжение sinut, другой генератор - напряжение Sin 3cot и т.д. по амплитуде напряжения все генераторы одинаковы. Напряжения от всех генераторов подаются на узел 2 согласования, задачей которого является просуммировать напряжения всех генераторов, исключив при этом их взаимное влияние. Электромагнитно-акустический преобразователь 4 представляет собой катушку индуктивности, расположенную вблизи объекта 5 контроля. Так как сопротивление электромагнитно-акустического преобразователя в основном индуктивное, величины токов в нагрузке каждого из генераторов будут обратно пропорциональны индуктивному сопротивлен тк1, я следовательно, час тоте. Таким образом, суммарный ток в нагрузке (преобразователе) можно предстаки г I, ,им выражением;

-

JI

( t-y5;n iwb,., + - -5inn :o{|j

где I. - амплитуда тока первой из гар- m

МОНИК; п - порядковый номер последней из

нечетных гармоник.

При п- со выражение в скобках представляет собой меандр (фиг.З). Модулятор 3, включенный между узлом 2 согласования и преобразователем 4, производит операцию умножения выражения в скобках на + . Таким образом, ток в преобразователе 4 бу- дет представлять собой меандр, промо- дулированный по закону лП cosnt (фиг.2).

Электромагнитно-акустический преобразователь 4 представляет собой катушку, расположенную над средой. Катушка создает переменное магнитное поле и вихревые токи в контролируемом изделии. Сила F, возникающая в результате их взаимодействия, определяется следующим образом

F-Зб-Ю

ЗЬ, R,

где R

эквивалентный радиус катушки преобразователя; эквивалентная высота преобразователя над изделием; комплексная величина тока в катушке;

Cf,№1 функция, характеризующая реакцию среды.

h, I

Как видно из формулы, фазовый сдвиг между сомножителями определяется функцией Cf, (). Выражение для си- .пы включает следующие сомножители: фазонезависимый коэффициент и векторное произведение двух комплексных сомножителей. Известно, что для получения высокой эффективности электромаг- нитно-акустического преобразования параметры преобразователя и рабочие частоты следует выбирать таким образом, чтобы величина обобщенного параметра РР для частот возбуждения была по возможности больше. В области больших значений j величина Ср, ( Л ) принимает значение близкое к 1, причем при таких значениях величина р,( Л) уже очень мало зависит от частоты. Таким образом, сила F будет представлять собой произведение двух

31231

комплексных сомножителей одной частоты, каждый из которых представляет сооой меандр, сдвинутых по фазе на 180 , умноженных на фазонезависимый коэффициент. Такие сомножители можно s представить, как это сделало на фиг,4. Очевидно, что произведение таких сомножителей будет представлять постоянную величину. Так как в данном случае меандр промодулирован по за - 10

кону 4l + cosQt, очевидно, что произведение будет, промодулировано по закону -1 + cossit (фиг.2). Таким образом, в результате электромагнитно- акустического преобразования в изде- ЛИИ будут возбуждаться-акустические колебания на частоте Л Преимуществ.а такого способа возбуждения заключаются в возбуждении акустических колебаний только на основной частоте. Эти колебания принимаются приемным преобразователем 6 и подаются на схему 7 обработки сигнала, в которой регистрируется контролируемый параметр изделия.

52 Формула

изобретения

жением

Способ возбуждения упругих волн в электропроводящих материалах, заключающийся в том, что в поверхностном слое материала создают переменное магнитное поле по крайней мере двух .частот, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат, переменное магнитное поле создают с напряженностью, равной сумме напря- женностей ряда переменных магнитных полей, содержащего п-членов, а каждый член ряда определяется выраем

. --Jl + coent -sinnco-t j

Н - амплитуда напряженности магнитного поля;

п - нечетное число, начиная с 1;

Л - рабочая частота возбуждения акустических колебаний;

t - время;

П О - циклическая частота переменных магнитных полей.

Изобретение касается получения механических колебаний (возбуждения акустических волн) бесконтактным способом и может быть использовано для возбуждения ультразвука в металлах электромагнитно-акустическим (ЭМА) методом. Наиболее вероятным представляется использование способа в неразрушающем контроле, но он может иметь и другие применения в различных областях науки и техники, где требуется бесконтактное возбуждение акустических колебаний. Целью данного изо - бретения является уменьшение энергозатрат за счет повышения эффективности ЭМА преобразования на рабочей частоте и снижения эффективности возбуждения акустических колебаний на прочих частотах. В способе магнитное поле создают таким, что его напряженность является суммой напряженностей ряда переменных магнитных полей, каж- дьй член ряда определяется по специальной формуле. При этом вся энергия возбуждения концентрируется на рабочей частоте, а на всех прочих частотах сводится к минимуму. Все преимущества ранее известного двухчастотно- го способа возбуждения акустических колебаний сохраняются. 4 ил. § (Л

Фиг

уТТсмГЙ (j Stnult ... SinigJt) Фн12

Фмг. 5

Фиг.

Редактор Н. С1 обо;1яннк

Составитель В.Филинов

Техред И.Гандош Корректор С.Шекмар

Заказ 2559/44Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

11роизводстпепти)-11олиграфическае приедприятие , г.Ужгород, ул .Проектная, 4