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

Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии.

Известен электромагнитно-акустический (ЭМА) преобразователь поверхностных волн, содержащий две намагничивающие системы в виде П-образных электромагнитов с меандровыми катушками между полюсами, которые закреплены в едином корпусе рядом один с другим. Одна катушка возбуждает поверхностную волну, другая ее принимает.

Этот преобразователь имеет следующий недостаток: токовые элементы катушек должны быть достаточно точно установлены один параллельно другому, без перекосов. Кроме того, приемная катушка собирает менее 50% энергии, излучаемой возбуждающей катушкой , из-за эффекта расхождения волны. ;

Наиболее близким к изобретению является ЭМА-преобразователь, содержащий электромагнит и фокусирующую индукционную катушку, выполненную в виде плоской рамки с криволинейными равноудаленными друг от друга пазами.

Этот преобразователь обладает низкой чувствительностью, поскольку вследствие эффекта расхождения волны к приемному элементу приходит менее 50% энергии излученной волны.

Цель изобретения - повышение чувствительности преобразователя.

1

Ј°

I

оо

Поставленная цель достигается тем что в ЭМА-преобразователе поверхност ных волн, содержащем намагничивающую систему и плоскую индукционную катушку, выполненную в виде решетки с равноудаленными один от другого и изог- нутыми в плоскости катушки витками с противоположным направлением тока в соседних витках, витки катушки выполнены изогнутыми по окружности в кольцо, а намагничивающая система выполнена в виде цилиндрического броневого сердечника Ш-образного сечения, центральный стержень которого охватывает катушка индуктивности.

В предлагаемом преобразователе возбуждаются две круговые поверхностные волны - сходящаяся к центру и расходящаяся от центра. Сходящаяся к центру волна фокусируется в центре кольца, превращается в расходящуюся и принимается этим же преобразователем. Таким образом, предлагаемый ЭМА-преобразователь может быть одновременно и возбуждающим, и приемным, а значит, работает в совмещенном режиме. При возбуждении волны энергия распределяется поровну между сходящейся и расходящейся волной. Все 50% энергии, излученной преобразователем внутрь, попадут обратно в преобразователь (без учета естественного рассеяния волны в материале), так как в предлагаемом преобразователе по сранению с известными отсутствует эффект расхождения волны, обусловленный конечными размерами преобразователя. С этой точки зрения кольцевой преобразователь эквивалентен бесконечному. Это повышает чувствительность преобразователя

На фиг. 1 изображена индукционная кольцевая катушка ЭМА-преобра- зователя; на фиг. 2 - схема ЗМА-пре- образователя.

Преобразователь (фиг. 2) содержит индукционную катушку 1 и намагничивающую систему, состоящую в общем случае из ферромагнитного сердечника 2 и намагничивающей катушки 3 (в случае выполнения сердечника на основе постоянных магнитов катушка 3 может отсутствовать). Индукционная катушка 1 (фиг. 1)выполнена изогнутой в плоскости катушки по окружности в кольцо с равноудаленными один от другого на расстояние про тивоположно-направленными токовыми

0

5

элементами. Ферромагнитный сердечник выполнен в виде цилиндрического броневого сердечника Ш-образного сечения. На его центральный полюс надета намагничивающая катушка 3. Индукционная ЭМА-катушка 1 также надета на центральный полюс и закреплена внутри сердечника 2 (например, приклеена). ЭМА-катушка соединена с дефектоскопом, а намагничивающая катушка - с источником тока (не показаны). ЭМА- преобразователь устанавливают на поверхность исследуемого образца Ц.

Преобразователь работает следующим образом.

С помощью намагничивающей системы в поверхностном слое образца А под катушкой 1 создают подмагничивающее

0 поле (фиг. 2). При подаче на катушку высокочастотного импульса от дефектоскопа (не показан) в образце возбуждается поверхностная волна. D зависимости от образца это может быть

5 волна Рэлея, волна Лэмба или волна в слое. Длина волны соответствует периоду решетки Д (фиг. 1). Каждый элемент катушки dx возбуждает волну, распространяющуюся в двух противопо- тложных направлениях К и к , перпен дикулярно току в витках, как показано стрелками (фиг. 1).

Таким образом, предлагаемая индукционная катушка, выполненная в форме кольца, возбуждает две круговые по5 верхностные волны - сходящуюся к центру и расходящуюся от центра. Сходящаяся круговая волна фокусируется в точке 0, превращается в расходящуюся, и проходя снова под катушкой,

0 наводит в ней приемный сигнал, регистрируемый дефектоскопом последний при этом должен работать в совмещенном режиме.

Таким образом, в предлагаемом пре5 образователе 50% энергии излученной волны приходит обратно в катушку, следовательно, чувствительность этого преобразователя превосходит известные.

0 Катушка, изготовленная на основе фольгированного стеклотекстолита, имеет шесть токовых элементов, т.е. три витка (два рядом расположенных и противоположно направленных токовых

5 элемента образуют один виток) внутренний диаметр кольца 30 мм, внешний й мм, период решетки (длина возбуждаемой поверхностной волны) f 2 мм. Сердечники намагничивающих систем

изготавливают из армко-железа, катуш- ки намагничивающих систем запитывают- ся импульсным током, чтобы обеспечить на поверхности образца из магни- тоМягкой стали (армко-железо, ст.10) подмагничивающее поле порядка 2 Тл. Возбуждение и прием ЭМА-сигналов осуществляют с помощью дефектоскопа |ДУК-66. Испытания показывают работоспособность преобразователя, его простоту и повышенную чувствительность.

Изобретение позволяет улучшить локальность измерений, так как при аналогичных данных по чувствительности площадь контролируемого участка для предлагаемого преобразователя значительно меньше.

5

Формула изобретения Электромагнитно-акустический преобразователь поверхностных волн, содержащий намагничивающую систему и плоскую катушку индуктивности, выполненную в виде решетки с равноудаленными один от другого и изогнутыми в плоскости катушки витками с противоположным направлением тока в соседних витках, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности, витки катушки выполнены изогнутыми по окружности в кольцо, намагничивающая система выполнена в виде цилиндрического сердечника Ш-образного сечения, центральный стержень которого охвачен катушкой индуктивности.

Изобретение относится к нераз- рушаюшему контролю материалов электромагнитно-акустическим преобразователем. Цель изобретения .- повышение чувствительности за счет отсутствия потерь на расхождение волн. Для этого намагничивающая система преобразователя выполнена в виде цилиндрического сердечника U-образного сечения, центральный стержень которого охвачен плоской катушкой индуктивности, выполненной в виде решетки с равноудаленными от друга и изогнутыми по окружности в кольцо витками с противоположным направлением тока в соседних витках. 2 ил. 3 (Я с

Р«а/