RU150342U1

RU150342U1 - DEVICE FOR MAGNETO-OPTICAL VISUALIZATION OF DEFECTS IN ELECTRIC CONDUCTING MATERIALS

Info

Publication number: RU150342U1
Application number: RU2014150189/93U
Authority: RU
Inventors: Владимир Наумович Бержанский; Виктор Георгиевич Вишневский; Александр Степанович Недвига; Александр Григорьевич Нестерук; Федор Николаевич Панков
Original assignee: Таврический Национальный Университет Им. В.И.Вернадского
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2015-02-10

Abstract

Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах, включающее индуктор вихревых токов и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что дополнительно содержит магнитооптический элемент, выполненный из высококоэрцитивной эпитаксиальной пленки феррита-граната с низкой температурой магнитного упорядочения и проводящим зеркально-защитным покрытием, источник непрерывного белого света, телекамеру, оптические оси которых направлены на магнитооптический элемент через анализатор и поляризатор, импульсный источник синего света, соединенный через первый блок питания с коммутатором, соединенным через второй блок питания с источником непрерывного света, через третий блок питания с зеркально-защитным покрытием магнитооптического элемента, через генератор импульсов с усилителем и с индуктором вихревых токов.A device for magneto-optical visualization of defects in electrically conductive materials, including an eddy current inductor and a recording device, characterized in that it additionally contains a magneto-optical element made of a high-coercivity epitaxial ferrite-garnet film with a low temperature of magnetic ordering and a conductive mirror-protective coating, a source of continuous white light , a television camera, the optical axes of which are directed to the magneto-optical element through the analyzer and polarizer, a pulsed blue light source connected via the first power supply to a switch connected via the second power supply to a source of continuous light, through the third power supply with a mirror-protective coating of the magneto-optical element, through a pulse generator with an amplifier and with an eddy current inductor.

Description

МПК (2006/01) G01N 27/90 IPC (2006/01) G01N 27/90

Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалахDevice for magneto-optical imaging of defects in electrically conductive materials

Полезная модель относится к области вихретокового неразрушающего контроля и прикладной магнитооптики.The utility model relates to the field of eddy current non-destructive testing and applied magnetooptics.

Известено устройство для визуализации дефектов (RU2092832 С1). Устройство обеспечивает визуализацию дефектов, в том числе скрытых, в изделиях из электропроводящих немагнитных материалов. Устройство содержит магнитооптический блок визуализации пространственно неоднородных магнитных полей, содержащий импульсный источник подсветки, поляризатор, преобразователь магнитного поля (визуализирующий элемент) - пленку феррит-граната на прозрачной подложке и анализатор. Пленка феррит-граната имеет пониженное эффективное значение гиромагнитного отношения. Визуализация конфигурации дефектов основана на регистрации любого параметра динамической доменной структуры и распределения намагниченности в пленке, который взаимосвязан с магнитным полем, действующим на пленку, или имеет чёткий порог. В исследуемом образце возбуждают вихревые токи с помощью испытательной катушки, подключенной к источнику переменного или импульсного тока, или вращающихся постоянных магнитов. Визуализирующий элемент освещают синхронно с возбуждением вихревых токов. Визуализируют магнитные поля рассеяния дефектов, которые отражают конфигурацию этих дефектов. Перед каждым измерением исходное состояние пленки задается специальной катушкой, или постоянным магнитом.A device for visualizing defects (RU2092832 C1) is known. The device provides visualization of defects, including hidden, in products of electrically conductive non-magnetic materials. The device contains a magneto-optical unit for visualizing spatially inhomogeneous magnetic fields, containing a pulsed illumination source, a polarizer, a magnetic field transducer (visualizing element) —a ferrite garnet film on a transparent substrate, and an analyzer. The ferrite garnet film has a reduced effective value of the gyromagnetic ratio. The visualization of the defect configuration is based on the registration of any parameter of the dynamic domain structure and the distribution of magnetization in the film, which is interconnected with the magnetic field acting on the film or has a clear threshold. In the test sample, eddy currents are excited using a test coil connected to an alternating or pulsed current source, or rotating permanent magnets. The visualizing element is illuminated in synchronization with the eddy current excitation. Visualize the magnetic fields of the scattering of defects, which reflect the configuration of these defects. Before each measurement, the initial state of the film is set by a special coil, or a permanent magnet.

К недостаткам данного устройства можно отнести следующее. Наблюдение дефектов можно осуществлять только в момент подачи вихревых токов в испытательную катушку, что исключает длительный контроль дефектности образца ввиду его разогрева токами Фуко. Второе это то, что устройство не предусматривает изменение частоты и амплитуды вихревых токов, что затрудняет возможность оценки глубины залегания дефекта.The disadvantages of this device include the following. Defects can only be observed at the time of the eddy current supply to the test coil, which excludes long-term monitoring of the defectiveness of the sample due to its heating by Foucault currents. The second is that the device does not provide for changing the frequency and amplitude of eddy currents, which makes it difficult to assess the depth of the defect.

В качестве прототипа выбран индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе (WO 2010/138093 А1). Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии имеет расположенный в жестком корпусе неферромагнитный диэлектрический опорный элемент с подвижным пазом на рабочем торце, возбуждающий проводник, уложенный в паз этого опорного элемента и дополнительные приспособления для подключения проводника к источнику импульсного тока. Процесс контроля дефектов в электропроводящем образце производится в следующей последовательности. Сначала на исследуемый участок накладывается магнитная лента, затем на этот участок воздействуют индуктором вихревых токов. При этом магнитные поля рассеяния записываются на магнитную ленту, наложенную на участок контроля. Затем магнитный образ полей рассеяния дефектов, записанный на магнитную ленту, пошагово визуализируется магнитооптическим преобразователем, а визуализированные пошаговые образы через цифровую камеру записываются в компьютер и создают цельную картину распределения дефектов в исследуемом участке образца.The eddy current inductor for magnetic flaw detection and a scanner based on it (WO 2010/138093 A1) were selected as a prototype. The eddy current inductor for magnetic flaw detection has a non-ferromagnetic dielectric support element located in a rigid casing with a movable groove on the working end, an exciting conductor laid in the groove of this support element and additional devices for connecting the conductor to a pulse current source. The process of controlling defects in an electrically conductive sample is carried out in the following sequence. First, a magnetic tape is superimposed on the investigated area, then an eddy current inductor is applied to this area. In this case, the magnetic fields of scattering are recorded on a magnetic tape superimposed on the control section. Then, the magnetic image of the defect scattering fields recorded on the magnetic tape is visualized step by step with a magneto-optical transducer, and the visualized step-by-step images are recorded through a digital camera to a computer and create an integral picture of the distribution of defects in the sample area under investigation.

К недостаткам прототипа относится относительная сложность и многоступенчатость описанного процесса, что значительно снижает оперативность контроля и делает это решение малопригодным для использования в полевых условиях.The disadvantages of the prototype include the relative complexity and multi-stage process described, which significantly reduces the efficiency of control and makes this solution unsuitable for use in the field.

В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах путемThe utility model is based on the task of improving the device for magneto-optical imaging of defects in electrically conductive materials by

использования магнитооптического материала, выполненного из высококоэрцитивной эпитаксиальной пленки феррит-граната с низкой температурой магнитного упорядочения, что обеспечивает возможность упростить устройство и расширить его функциональные возможности за счет использования в полевых условиях.the use of a magneto-optical material made of a highly coercive epitaxial film of ferrite garnet with a low temperature of magnetic ordering, which makes it possible to simplify the device and expand its functionality due to use in the field.

Поставленная задача решается тем, что устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах, включающее индуктор вихревых токов и регистрирующее устройство, согласно полезной модели, дополнительно содержит магнитооптический элемент, выполненный из высококоэрцитивной эпитаксиальной пленки феррита-граната с низкой температурой магнитного упорядочения и проводящим зеркально-защитным покрытием, источник непрерывного белого света, телекамеру, оптические оси которых направлены на магнитооптический элемент через анализатор и поляризатор, импульсный источник синего света, соединенный через первый блок питания с коммутатором, соединенным через второй блок питания с источником непрерывного света, через третий блок питания с зеркально-защитным покрытием магнитооптического элемента, через генератор импульсов с усилителем и с индуктором вихревых токов. Устройство обеспечивает возможность использования его в полевых условиях.The problem is solved in that a device for magneto-optical visualization of defects in electrically conductive materials, including an eddy current inductor and a recording device, according to a utility model, further comprises a magneto-optical element made of a highly coercive epitaxial film of garnet ferrite with a low magnetic ordering temperature and conductive mirror-protective coated source of continuous white light, a television camera whose optical axes are directed to a magneto-optical ment through an analyzer and a polarizer, a pulsed blue light source connected through a first power supply to a switch connected through a second power supply to a continuous light source, through a third power supply with a mirror-protective coating of a magneto-optical element, through a pulse generator with an amplifier and a vortex inductor currents. The device provides the ability to use it in the field.

Устройство содержит (фиг. 1) индуктор вихревых токов 1, магнитооптический элемент 2 с проводящим зеркально-защитным покрытием 3, импульсный источник синего света 4, источник непрерывного белого света 5, телекамеру 6, анализатор 7, поляризатор 8. Индуктор 1 соединен с усилителем 10, соединенным с генератором импульсов 9, соединенным с коммутатором 11. Коммутатор 11 соединен с блоком питания 12, соединенным с источником синего света 4, с блоком питания 13, соединенным с зеркально-защитным покрытием 3 и блоком питания 14, соединенным с источником белого света 5.The device contains (Fig. 1) an eddy current inductor 1, a magneto-optical element 2 with a conductive mirror-protective coating 3, a pulsed blue light source 4, a continuous white light source 5, a camera 6, an analyzer 7, a polarizer 8. The inductor 1 is connected to an amplifier 10 connected to the pulse generator 9 connected to the switch 11. The switch 11 is connected to a power supply 12 connected to a blue light source 4, to a power supply 13 connected to a mirror-protective coating 3 and a power supply 14 connected to a white light source and 5.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На исследуемый участок образца 15 с дефектом 16 накладывают плоский индуктор вихревых токов адаптируемой геометрии 1, в центре индуктора расположен магнитооптический элемент 2, выполненный из высококоэрцитивной эпитаксиальной плёнки феррита-граната с низкой (<100 °С) температурой магнитного упорядочения (YN) С проводящим зеркально-защитным покрытием 3. Коммутатор 11 соединен с блоком питания 14 и на источник света 5 поступает напряжение питания, которое выключается по окончании всего процесса вихретокового контроля образца. Коммутатор 11 включает блок питания 12 с источником света 4 и блок питания 13, соединенный с зеркально-защитным покрытием 3 на время КГМО¹ сек для подготовки к началу цикла визуализации дефекта путём размагничивания магнитооптического элемента 2 импульсом синего света от источника света 4, излучение которого направлено на магнитооптический элемент 2, и омическим тепловым импульсом под зеркально-защитным покрытием 3.An adaptive geometry 1 flat eddy current inductor 1 is applied to the studied area of sample 15 with defect 16, a magneto-optical element 2 is located in the center of the inductor, made of a highly coercive epitaxial film of ferrite garnet with a low (<100 ° C) temperature of magnetic ordering (YN) with a conductive mirror -protective coating 3. The switch 11 is connected to the power supply 14 and the light source 5 receives a supply voltage, which turns off at the end of the entire eddy-current sample control process. The switch 11 includes a power supply 12 with a light source 4 and a power supply 13 connected to a mirror-protective coating 3 for the period of KGMO ¹ sec to prepare for the start of the visualization of the defect by demagnetizing the magneto-optical element 2 with a blue light pulse from the light source 4, the radiation of which is directed on the magneto-optical element 2, and an ohmic thermal pulse under a mirror-protective coating 3.

Затем коммутатор 11 включает на Ю'МО¹ секунды генератор 9, который генерирует однополярные импульсы, которые через усилитель 10 подаются на индуктор вихревых токов 1. Силовые линии магнитного поля, возбуждаемого катушкой-индуктором 1, пронизывают образец 15, зарождая в нем вихревые токи, плотность которых распределена по глубине (толщине) образца в зависимости от частоты прохождения (f = 0,3-45 кГц) и амплитуды однополярных импульсов (ток в цепи индуктора меняется от 0,1 до 5 А), а поля рассеяния, образующиеся на внутренних неоднородностях 16, индуцируют наведенную доменную структуру в магнитооптическом элементе 2, соответствующую пространственному распределению внешнего поля, отображая расположение и конфигурацию дефектов. Благодаря повышенной коэрцитивной силе эта доменная структура «запоминается» магнитооптическим элементом 2. Излучение с источника непрерывного белого света 5 через поляризатор 8 направляется на магнитооптический элемент 2. Пройдя через магнитооптический элемент 2 и отразившись от зеркально-защитного слоя 3, излучение поступает через анализатор 8 вThen, the switch 11 turns on 9 на for ¹ second a generator 9, which generates unipolar pulses, which are fed through the amplifier 10 to the eddy current inductor 1. The magnetic field lines excited by the inductor coil 1 penetrate the sample 15, generating eddy currents in it, the density of which is distributed over the depth (thickness) of the sample depending on the transmission frequency (f = 0.3-45 kHz) and the amplitude of unipolar pulses (the current in the inductor circuit varies from 0.1 to 5 A), and the scattering fields formed on the internal heterogeneities 16, inducing t induced domain structure in a magneto-optical element 2 corresponding to the spatial distribution of the external field, showing the location and configuration of the defect. Due to the increased coercive force, this domain structure is “remembered” by the magneto-optical element 2. Radiation from the source of continuous white light 5 through the polarizer 8 is directed to the magneto-optical element 2. Passing through the magneto-optical element 2 and reflected from the mirror-protective layer 3, the radiation enters through the analyzer 8 into

телекамеру 6, которая фиксирует магнитооптический образ конфигурации полей рассеяния дефектов и передает ее в компьютер для накопления и последующей обработки, или наблюдается.a television camera 6, which captures a magneto-optical image of the configuration of defect scattering fields and transmits it to a computer for accumulation and subsequent processing, or is observed.

Для следующего участка образца последовательность шагов повторяется. В результате может быть получена карта распределения дефектов в образце.For the next portion of the sample, the sequence of steps is repeated. As a result, a map of the distribution of defects in the sample can be obtained.

Пример реализации устройства.An example implementation of the device.

Оптическая часть устройства включает систему освещения и построения изображений в отраженном поляризованном свете. В качестве поляризатора и анализатора применены дихроичные поляроиды, а линза объектива формирует 5-кратно увеличенное изображение доменной структуры эпитаксиальной пленки феррит-граната на матрице CCD. Ввод видеокадров в компьютер осуществлялся посредством телекамеры 6, например USB-CCD камеры с матрицей 1,3 Мпикс и чувствительностью 0,1 лк. В качестве источника белого света 5 применялась мощная светодиодная матрица фирмы «Оптоган» OCM-D010R01A-50E0 10 Вт. В качестве импульсного источника света 4 применялась светодиодная матрица HPR40E-48K100BG (100W, Blue), работающая на длине волны 468-470 нм. Магнитооптический элемент был изготовлен из эпитаксиальной пленки феррита-граната состава (Bi,Lu,Sm)3(Fe,Ga,Al)5Oi2, выращенной на подложке состава GcbGasO^. Эпитаксиальная пленка имеет величину коэрцитивной силы 100 Э и температуру Нееля 60 °С. Зеркально-защитное проводящее покрытие толщиной 1,5 мкм было получено методом вакуумного напыления и имело химический состав Cr+TiN. Сопротивление постоянному току составляет приблизительно 100 Ом. Источником импульсов служит программируемый микроконтроллер, прошивкой которого задается форма и частота импульсов в индукторе, момент и длительность серии импульсов. Усилитель мощности собран на двух полевых транзисторах, функционирующих в ключевом режиме. Блок коммутации также изготовлен на базе программируемого микроконтроллера.The optical part of the device includes a lighting system and imaging in reflected polarized light. Dichroic polaroids were used as a polarizer and analyzer, and the objective lens forms a 5-fold magnified image of the domain structure of the epitaxial film of a ferrite garnet on a CCD matrix. Video frames were input into the computer using camera 6, for example, a USB-CCD camera with a 1.3 MP sensor and a sensitivity of 0.1 lux. As a source of white light 5, a powerful LED matrix of Optogan company OCM-D010R01A-50E0 10 W was used. As a pulsed light source 4, an HPR40E-48K100BG (100W, Blue) LED matrix operating at a wavelength of 468-470 nm was used. The magneto-optical element was made of an epitaxial film of a ferrite garnet of the composition (Bi, Lu, Sm) 3 (Fe, Ga, Al) 5Oi2 grown on a substrate of the composition GcbGasO ^. The epitaxial film has a coercive force of 100 Oe and a Neel temperature of 60 ° C. A mirror-protective conductive coating with a thickness of 1.5 μm was obtained by vacuum deposition and had the chemical composition Cr + TiN. DC resistance is approximately 100 ohms. The source of the pulses is a programmable microcontroller, the firmware of which sets the shape and frequency of the pulses in the inductor, the moment and duration of a series of pulses. The power amplifier is assembled on two field effect transistors operating in a key mode. The switching unit is also made on the basis of a programmable microcontroller.

Устройство обеспечивает возможность использования его в полевых условиях.The device provides the ability to use it in the field.

Claims

A device for magneto-optical imaging of defects in electrically conductive materials, including an eddy current inductor and a recording device, characterized in that it further comprises a magneto-optical element made of a highly coercive epitaxial film of ferrite garnet with a low temperature of magnetic ordering and a conductive mirror-protective coating, a source of continuous white light camera, the optical axis of which are directed to the magneto-optical element through the analyzer and polarizer, impu sny blue light source, coupled via the first power supply with a switch coupled across the second power supply with a continuous light source through a third power supply unit with a mirror-protective coating magneto-optical element through the pulse generator with an amplifier with an inductor and eddy currents.