Электромагнитно-акустический преобразователь Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающего .контроля материалов и изделий и может быть использовано для дефектоскопии изделий.

Известны преобразователи Для контроля изделий, основанные на пьезоэффекте. Акустический конт-акт между пьезозлементом и изделием осуществляется с помощью контактной жидкости.

Существенным недостатком пьезоэлектрических преобразователей является необходимость смачивания изделия контактной жидкостью.

Известен бесконтактный электромагнитно-акустический преобразователь. При протекании тока в катушке в проводящем изделии наводятся вихревые токи. Взаимодействие этих токов с магнитнь1М полем ведет к механическим напряжениям, которые являются источниками упругих волн.

Недостатком преобразователя является низкая эффективность преобразования, которая быстро падает с увеличением зазора

между катушкой возбуждения и контролируемым изделием. Кроме того, на катушку воз.буждения подается напряжение большой величины (3 кВ и более), что вызывает пробой на контролируемое изделие и снижает надежность работы. .

Наиболее близким к изобретению является злектромагнитно-акустический преобразователь, использующий согласующий трансформатор в виде тонкостенных электропроводящих колец, содержащий осесимметричный магнит, размещенную на его центральном стержне высокочастотную катушку и индуктор в виде двух расположенных в параллельных плоскостях разрезных электропроводящих колец, разрезы которых соединены электропроводящими пластинами, осуществляющими гальваническую связь между кольцами таким образом, что токи в них протекают в противоположных направлениях.

Известный преобразователь надежен в работе, однако при-указанной конструкции

и габаритах иепользование поступающей в него энергии электромагнитного поля не является оптимальным вследствие того, что часть энергии излучается вверх по оси преобразователя, т.е. в сторону, противоположную от контролируемого изделия. По этой причине половина энергии электромагнитного поля не используется полезным образом, т.е. не превращается в энергию упругих колебаний. Недостатком преобразователя является низкая эффективность возбуждения ультразвуковых волн.

Цель изобретения - повышение эффективности возбуждения ультразвуковых волн.

Поставленная цель достигается тем, что высокочастотные катушки расположены между кольцами и соединены последовательно-встречно, а электЬопроводящие пластины выполнены выступающими за пределы колец.

Так как высокочастотные катущки находятся между электропроводящими кольцами, И токи в них протекают в противоположных направлениях, их электромагнитные поля взаимнруничтожаются в результатеИнтерференции. Это означает, что электромагнитная энергия в масть пространства, заключенную между катушками не поступает и потери энергии электромагнитного поля, связанные с излучением вне Электропроводящих колец, сводятся к минимуму. В результате повышается эффективность возбуждения ультразвуковых волн.

На фиг.1 изображен электромагнмтноакустический преобразователь; на фиг.2 и 3 - индуктор; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2: на фиг,5 - схема соединения и направления намотки высокочастотных катушек.

Электромагнитно-акустический преобразователь содержит осесимметричный магнит 1 с катушкой 2 намагничивания, разрезные электррпроводящие кольца 3 и 4, расположенные между кольцами высокочастотные катущки 5 и 6, электропроводящие пластины 7 и 8, осуществляющие гальваническую связь между кольцами так, что токи в них протекают в противоположных направлениях. Электромагнитно-акустический преобразователь установлен на изделии 9.

Преобразователь работает следующим образом.

При протекании переменного электрического тока по высокочастотным катушкам 5 и б в верхнем 3 и нижнем 4 электропроводящих кольцах наводится вихревой электрический ток (на фиг.2 и 3 показан Стрелками). Катушки соединены последовательно,.а направление намотки выбрано

противоположным {фиг.5). чтобы токи в верхнем и нижнем кольцах протекали в противоположных направлениях. Ток нижнего кольца индуцирует в поверхностном слое

изделия 9 вихревые токи, которые, взаимодействуя с магнитным полем, создаваемым в изделии магнитом 1, возбуждают механические напряжения, являющиеся источниками упругих волн.

Повышение эффективности возбуждения упругих волн за счет уменьшения потерь энергии электромагнитного поля определялось экспериментально. Из медной фольги толщиной 3 мм изготовлялись

два плоских разрезных кольца наружным диаметром 45 мм и внутренним диаметром 15 мм, разрезы которых соединялись электропроводящими пластинами. Эти пластины осуществляли гальваническую связь между

кольцами.:

Нижнее кольцо через электроизолирующую прокладку размещалось на поверхности контролируемого электропроводящего изделия. На поверхность верхнего кольца

помещалась высокочастотная катушка в виде плоской спирали, изгртовленной из провода МГТФ диаметром 0,07 мм.

Число витков катушки подбиралось экспериментально так, чтобы резонансная частота ее была 2,5 МГц. Катушка подключалась к серийному дефектоскопу ДУК-66. Магнитнре поле создавалось электромагнитом с индукцией 0,5 Тл. С выхода генератора подавались электрические импульсы частотой 2,5 МГц, которые за счет скин-йффекта наводили вихревой ток в по- верхностном слое кольца.с

Этот ток замыкался через нижнее кольцо и наводил вихревой ток в изделии; последний,. взаимодействуя с магнитным полем, вызывал возникновение упругих волн, которые распространялись-в изделии, . отражались от донной поверхности, возвращались к йсхрдной поверхности и, взаимодействуя с магнитным полем, наводили вихревой ток на поверхности нижнего кольца, который замыкался через верхнее кольцо Это приводило к появлению электрических импульсов в высокочастотной катушке, которые поступали на вход усилителя дефектоскопа. На экране дефектоскопа измерялись амплитудные значения импульсов.

Затем описанный преобразователь заменялся преобразователем предлагаемой конструкции. При этом параметры катушки выбирались такими, чтобы собственная частота была равна 2,5 МГц и ток в катушке имел то же значение.

Установлено, что во втором случае амплитуда импульсов превышала амплитуду импульсов в первом случае на 30%, что свидетельствует о повышении эффективности возбуждения ультразвуковых волн.

Форму л а изобретени я Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий осесимметричный магнит, размещенные на его центральном стержне высокочастотные катушки и индук% % % %%%%

тор в виде двух расположенных в параллельных плоскостях разрезных электропроводящих колец, разрезы которых соединены электропроводящими пластинами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности возбуждения упругих волн, высокочастотные катушки расположены между кольцами и соединены последовательно-встречно, а электропрово0дящие пластины выполнены выступающими за пределы колец,

фц$.1

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и изделий и может быть использовано для дефектоскопии изделий. Цель изобретения - повышение эффективности возбуждения. Для этого индуктор выполнен в виде двух электропроводящих разрезных колец с расположенными между ними высокочастотными соединенными последовательно-встречно катушками, причем разрезы колец соединены электропроводящими пластинами, вынесенными за пределы разрезных колец. 5 ил.

8

Фиё.З

Я-А

w/i///:

.,

ФивЛ

Фие.5