Электромагнитно-акустический дефектоскоп Советский патент 1993 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может найти применение в неразрушающем контроле дефектов металлоизделий электромагнитно-акустическим методом.

Известны электромагнитно-акустические (ЭМА) устройства для дефектоскопии металлоизделий, содержащие генератор, усилитель, преобразователь, представляющий собой катушку (или несколько катушек) индуктивности с намагничивающей системой, некоторые дополнительные элементы обработки сигналов, В дефектоскопе применен ЭМА преобразователь совмещенного типа; в устройстве преобразователь состоит из раздельных передающей и двух дифференциально включенных катушек.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению является электромагнит- но-акустический дефектоскоп, который содержит генератор, усилитель, конденса- торы.и преобразователь включающий магнит и расположенные под ним возбуждающую и приемную катушки индуктивности, подключенные соответственно к генератору и усилителю, приемная катушка выполнена из двух многовитковых колец, соединенных последовательно согласно, возбуждающая - выполнена в виде многовитковой рамки, у которой витки пары противоположных сторон образуют пару вогнутых полуколец, кольца приемной катушки размещены в одной плоскости, каждое соосно с одним из полуколец возбуждающей катушки, при этом

%1

ю

xi

один конденсатор подключен параллельно выходу генератора, другой - входу усилителя; емкости конденсаторов выбраны из условия настройки в резонанс на частоту сигнала выходной цепи генератора и входной цепи усилителя. Вследствие нулевой индуктивной связи между излучающей и приемной катушками обеспечивается малая мертвая зона дефектоскопа.

Существенным недостатком известного дефектоскопа является невысокая эффективность, обусловленная низким КПД возбуждающей катушки преобразователя: полезно используется только часть витков катушки, имеющих форму вогнутых полуколец. Энергия двух других прямоугольных участков катушки, составляющих около половины ее площади, расходуется впустую. Названный недостаток особенно сказывается при использовании многоканальных (многодатчиковых) систем дефектоскопии - потери возрастают пропорционально количеству преобразователей. Кроме того, в этом случае усложняется система в целом, увеличивается ее материалоемкость, снижается ее надежность.

Целью изобретения является повышение производительности и чувствительности дефектоскопа.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый дефектоскоп, содержащий генератор, подключенный параллельно его выходу конденсатор, электромагнитно-акустический преобразователь, состоящий из магнита и расположенных в зоне действия его поля подключенной к генератору возбуждающей катушки в виде многовитковой рамки и расположенной в плоскости, параллельной плоскости рамки, приемной катушки в виде двух многовитковых колец, соединенных последовательно согласно по магнитному потоку, усилитель, соединенный с приемной катушкой, а также включенный параллельно входу усилителя второй конденсатор, емкость которого выбрана из условия настройки в резонанс на частоту сигнала входной цепи усилителя, снабжен п дополнительными приемными катушками, идентичными основной и расположенными в одной с ней плоскости, соединенными с соответствующими дополнительными приемными катушками п дополнительными усилителями и п дополнительными конденсаторами, включенными параллельно входам соответствующих дополнительных усилителей, а две противолежащие стороны многовитковой рамки возбуждающей катушки изогнуты в виде последовательного ряда из п+ 1 полуколец, обращенных выпуклыми сторонами друг к другу и установленными попарно-соосно

соответствующей кольцам приемной катушки,

На чертеже приведена функциональная схема электромагнитно-акустического дефектоскопа (для лучшей наглядности зазор hувеличен, в реальности h ).

Дефектоскоп содержит генератор 1 зондирующих импульсов, подключенный параллельно его выходу конденсатор 2,

электромагнитно-акустический преобразователь 3, включающий магнит 4 и раздельные возбуждающую 5 и приемную 6 катушки, п+1 усилителей 7 и п+1 конденсаторов 8, каждый из которых подключен па5 раллельно входу соответствующего усилителя. Катушка 5 выполнена в виде многовитковой рамки, у которой витки противоположных сторон образуют п+1 пар последовательно соединенных вогнутых

0 полуколец, имеет WB витков и подключена к выходу генератора 1, Катушка 6 составлена из п+1 пар многовитковых эквивалентных колец 9 и 10, соединенных между собой в точках ai, а2...ап+1 последовательно соглас5 но по магнитному потоку; каждая пара ко1лец имеет Wn витков (по j Wn витков в

каждом кольце) и подключена ко входу своего усилителя 7. Половина каждого кольца 9

0 и 10 приемной катушки 6 подобна полукольцу катушки 5. Кольца приемной катушки б размещены в одной плоскости, каждое своей половиной под одним из полуколец (соосно с ним) возбуждающей катушки 5.

5 Половинки колец катушки 6, находящиеся под полукольцами катушки 5, являются активной приемной частью катушки 6. Катушки 5 и 6 установлены под рабочим торцом магнита 4. Конденсатор 2 совместно с воз0 буждающей катушкой 5 образуют параллельный колебательный контур, подключенный к выходу генератора 1, а каждый конденсатор 8 совместно с соответствующей парой колец 9 и 10 приемной катушки образуют так5 же параллельный контур, подключенный ко входу своего усилителя 7. Емкости конденсаторов 2 и 8 выбраны такими, что обеспечивается настройка в резонанс на рабочую частоту УЗК генератора 1 и каждого усили0 теля 7.

Дефектоскоп, работает следующим образом,

Генератор 1 формирует в возбуждающей катушке 5 зондирующий сигнал /пачку

5 синусоидальных колебаний ультразвуковой частоты, наводящий на поверхности контролируемого изделия (не показано) вихревые токи. В поле магнита 4 вихревые токи возбуждают в изделии сдвиговые УЗК радиальной поляризации, диаграмма направленности

которых определяется формой катушки 5. Индуктивность катушки 5 возбуждения, задаваемая числом WB витков, выбрана из условия оптимального согласования с выходным импедансом зондирующего генератора 1, благодаря чему используется максимальная мощность генератора,в катушке 5 возбуждается большой ток и, в конечном счете, достигается высокая эффективность возбуждения УЗК в изделии.

Отраженные (например, от противоположной стороны изделия) сдвиговые УЗК в наложенном магнитном поле магнита 4 трансформируются в электромагнитные колебания, которые принимаются смежными половинами колец 9 и 10 каждой пары, находящимися непосредственно под полукольцами возбуждающей катушки 5 - в зоне ее диаграммы направленности, Так как витки в каждой паре колец 9 и 10 катушки 6 соединены последовательно согласно по магнитному потоку, наводимая в них ЭДС суммируется. Благодаря выбору большого числа Л/П витков пары колец 9 и 10 (Wn WB) и, при этом, оптимальному ее согласованию с высоким входным импедансом своего усилителя 7, увеличивается эффективность

принимаемых каждой парой колец (т.е. каждым началом преобразователя 3) магнито- акустических токов.

Выбором емкости конденсатора 2 производится настройка в резонанс на рабочую частоту возбуждающего контура, а емкостью каждого конденсатора 8 настраивается в резонанс на эту же частоту соответствующий приемный контур (соответствующая приемная пара колец), вследствие чего дополнительно повышается общая чувствительность дефектоскопа, достигая максимального значения.

Предлагаемый дефектоскоп обладает высокой чувствительностью и производительностью при высокой фронтальной разрешающей способности, при этом производительность контроля пропорциональна

числу (п+ 1) секций возбуждающей катушки. Кроме того, придание катушке возбуждения предложенной формы практически исключает индуктивную связь между излучающей и приемной катушками при их непосредственном наложении одна на другую, что обеспечивает малую неконтролируемую (мертвую) зону,

Изобретение относится к области неразрушающих средств контроля и может найти применение, для бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии металлургических материалов и изделий. Цель изобретения - повышение производительности и чувствительности дефектоскопа. Цель достигается тем, что электромагнитно-акустический дефектоскоп содержит генератор, конденсатор, подключенный параллельно выходу генератора и электромагнитно-акустический преобразователь, включающий магнит и расположенные под ним возбуждающую и приемные катушки индуктивности, N усилителей и N+ 1 конденсаторов, при этом возбуждающая катушка преобразователя выполнена в виде многовмтковой рамки, у которой витки противоположных сторон обра- зуютМпарпоследовательных полуколец, а приемная катушка состоит из N пар многовитковых колец, соединенных попарно последовательно и размещенных каждым кольцом под соответствующим возбуждающим полукольцом, при этом каждая пара подключена к одному (своему) из N усилителей. 1 ил.

Формула изобретения Электромагнитно-акустический дефектоскоп, содержащий генератор, подключенный параллельно его выходу конденсатор, электромагнитно-акустический преобразователь, состоящий из магнита и расположенных в зоне действия его поли подключенной к генератору возбуждающей катушки в виде многовитковой рамки и расположенной в плоскости, параллельной плоскости рамки, приемной катушки в виде двух многовитковых колец, соединенных последовательно согласно по магнитному .потоку, усилитель, соединенный с приемной катушкой, а также включенный параллельно входу усилителя второй конденсатор, емкость которого выбрана из условия настройки в резонанс на частоту сигнала входной

цепи усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и чувствительности дефектоскопа, он снабжен п дополнительными катушками,

идентичными основной и расположенными в одной с ней плоскости, соединенными с соответствующими дополнительными приемными катушками п дополнительными усилителями и п дополнительными конденсаторами,

включенными параллельно входам соответствующих дополнительных усилителей, а две противолежащие стороны многовитковой рамки возбуждающей катушки изогнуты в виде последовательного ряда и п+1 полуколец, обращенных выпуклыми сторонами друг к другу и установленными попарно со- оено соответствующим кольцам приемной катушки.