RU2031404C1

RU2031404C1 - Ultrasonic device for inspection of ferromagnetic articles

Info

Publication number: RU2031404C1
Authority: RU
Inventors: С.И. Баусов; Э.М. Бараз
Original assignee: Институт физики металлов Уральского отделения РАН
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: nondestructive testing. SUBSTANCE: electromagnetoacoustic converter of ultrasonic device for inspection of ferromagnetic articles is manufactured in the form of bar magnet embraced over side surface with magnetic flux concentrator in the form of ferromagnetic cylinder dissected along generating line into four equal parts located close to working butt of magnet. It includes four excitation coils lying in one plane, having shapes of sectors, ring measuring coil enveloping them. Device is also provided with three additional circuits composed of pickup of correction of resonance amplifier linked to correction unit, with four regulators of amplitudes value of excitation current which inputs are tied together with excitation generator, controlling inputs are connected to proper outputs of correction unit and which outputs are coupled to corresponding excitation coils. Device has amplifier with controlled amplification factor to which signal measuring coil is connected, to which controlling input fifth output of correction unit is linked and which output is coupled to input of measuring unit. Correction pickups present Hall converters anchored on proper parts of magnetic flux concentrator which current circuits are linked to output of A. C generator. EFFECT: enhanced authenticity of inspection due to reduced influence of change of gap between electromagnetoacoustic converter and tested article. 2 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю качества изделий и материалов бесконтактным ультразвуковым способом и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии и структуроскопии. The invention relates to non-destructive testing of the quality of products and materials by a non-contact ultrasonic method and can be used in ultrasonic flaw detection and structuroscopy.

Известно устройство для контроля качества проката, содержащее взаимопритягивающиеся подвижные наконечники магнитопровода и опускающиеся на поверхность изделия сидящие ролики, которые отслеживают поверхность контролируемого изделия, обеспечивая постоянство зазора ультразвуковых преобразователей относительно контролируемого изделия [1]. A device for controlling the quality of rolled products, containing mutually attracting movable tips of the magnetic circuit and sitting on the surface of the product sitting rollers that track the surface of the controlled product, ensuring the constancy of the gap of the ultrasonic transducers relative to the controlled product [1].

Недостатком этого устройства является значительная инерционность механической системы стабилизации зазора, необходимость плотного контакта данной системы с поверхностью контролируемого изделия, что не всегда желательно и возможно, низкая вибрационная стойкость, что в совокупности определяет низкую производительность и достоверность контроля с помощью этого устройства. The disadvantage of this device is the significant inertia of the mechanical system for stabilizing the gap, the need for tight contact of this system with the surface of the controlled product, which is not always desirable and possible, low vibration resistance, which together determines the low performance and reliability of the control using this device.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ультразвукового контроля изделий, содержащее ЭМА-преобразователь, генератор возбуждения переменного напряжения, генератор переменного тока, индукторную катушку, резонансный усилитель, корректирующее устройство, детекторы, модулятор, частотные и фазовые фильтры, смеситель, блок регулируемого запаздывания и индикатор результатов измерения [2]. The closest in technical essence to the invention is a device for ultrasonic testing of products, containing an EMA transducer, an alternating voltage excitation generator, an alternating current generator, an inductor coil, a resonant amplifier, a correction device, detectors, a modulator, frequency and phase filters, a mixer, an adjustable unit delays and indicator of measurement results [2].

Недостатком этого устройства является низкая достоверность контроля, связанная с изменением амплитуды и фазы регистрируемых акустических колебаний, вызванным смещением точки ввода акустической волны при перекосах поверхности изделия (либо его неровностях) относительно оси ЭМА-преобразователя, поскольку устройство не способно отслеживать и изменять диаграмму направленности излучающей системы ЭМА-преобразователя с целью пространственной стабилизации точки ввода акустической волны в материал изделия. The disadvantage of this device is the low reliability of control associated with a change in the amplitude and phase of the recorded acoustic oscillations caused by a shift in the input point of the acoustic wave upon distortions of the product surface (or its irregularities) relative to the axis of the EMA transducer, since the device is not able to track and change the radiation pattern of the emitting system EMA transducer with the aim of spatial stabilization of the point of entry of the acoustic wave into the material of the product.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет снижения влияния зазора между электромагнитно-акустическим (ЭМА) преобразователем и контролируемым изделием. The purpose of the invention is to increase the reliability of control by reducing the influence of the gap between the electromagnetic-acoustic (EMA) transducer and the controlled product.

Это достигается тем, что электромагнитно-акустический преобразователь выполнен в виде стержневого магнита, схваченного по боковой поверхности концентратором магнитного потока, в виде ферромагнитного цилиндра, рассеченного по образующим на четыре равные части, и расположенных у рабочего торца магнита, лежащих в одной плоскости четырех катушек возбуждения, имеющих форму секторов, и охватывающей их кольцевой измерительной катушки. Устройство снабжено тремя дополнительными цепями из последовательно соединенных датчика коррекции и резонансного усилителя, который подключен к блоку коррекции, четырьмя регуляторами амплитудного значения тока возбуждения, входы которых соединены с генератором возбуждения, управляющие входы - с соответствующими выходами блока коррекции, а выходы подключены к соответствующим катушкам возбуждения, а также усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, к сигнальному входу которого подключена измерительная катушка, к управляющему входу - пятый выход блока коррекции, его выход соединен с входом измерительного блока, а датчики коррекции представляют собой преобразователи Холла, закрепленные в соответствующих частях концентратора магнитного потока, токовые цепи которых соединены с выходом генератора переменного тока. This is achieved by the fact that the electromagnetic-acoustic transducer is made in the form of a bar magnet, captured along the side surface by a magnetic flux concentrator, in the form of a ferromagnetic cylinder, cut into four equal parts, and located at the working end of the magnet, lying in the same plane of four excitation coils having the form of sectors, and covering them ring measuring coil. The device is equipped with three additional circuits from a correction sensor and a resonant amplifier connected in series to the correction unit, four regulators of the amplitude value of the excitation current, the inputs of which are connected to the excitation generator, the control inputs are connected to the corresponding outputs of the correction unit, and the outputs are connected to the corresponding excitation coils , as well as an amplifier with an adjustable gain, to the signal input of which a measuring coil is connected, to the control the input is the fifth output of the correction unit, its output is connected to the input of the measuring unit, and the correction sensors are Hall transducers fixed in the corresponding parts of the magnetic flux concentrator, the current circuits of which are connected to the output of the alternator.

На фиг.1 представлена конструкция ЭМА преобразователя; на фиг.2 - блок-схема устройства. Figure 1 shows the design of an EMA converter; figure 2 is a block diagram of a device.

Ультразвуковое устройство для контроля ферромагнитных изделий содержит постоянный стержневой магнит 1; концентратор 2 магнитного потока в виде ферромагнитного цилиндра, рассеченного по образующим на четыре равные части с закрепленными на соответствующих частях концентратора датчиками коррекции 6, представляющими собой преобразователи Холла, расположенных у рабочего торца магнита, лежащих в одной плоскости четырех катушек возбуждения 4, имеющих форму секторов, и охватывающей их кольцевой измерительной катушки 3, генератор синусоидального тока 7, выход которого соединен с токовыми цепями датчиков коррекции, трех дополнительных цепей: из последовательно соединенных датчиков коррекции 6 и резонансного усилителя 8, который подключен к блоку 9 коррекции, четырех регуляторов амплитудного значения тока возбуждения 11, входы которых соединены с генератором возбуждения 10, управляющие входы - с соответствующими выходами блока коррекции 9, а выходы подключены к соответствующим катушкам возбуждения 4, а также усилителем 12 с регулируемым коэффициентом усиления, к сигнальному входу которого подключена измерительная катушка 3, к управляющему входу - пятый выход блока 9 коррекции, его выход последовательно соединен с входом измерительного блока и индикатором результатов измерения 14. An ultrasonic device for monitoring ferromagnetic products contains a permanent bar magnet 1; magnetic flux concentrator 2 in the form of a ferromagnetic cylinder, cut into four equal parts with correction sensors 6 fixed to the corresponding parts of the concentrator, which are Hall transducers located at the working end of the magnet, lying in the same plane of four excitation coils 4, in the form of sectors, and a ring measuring coil 3 enclosing them, a sinusoidal current generator 7, the output of which is connected to the current circuits of correction sensors, three additional circuits: from sequentially connected correction sensors 6 and a resonant amplifier 8, which is connected to the correction unit 9, four regulators of the amplitude value of the excitation current 11, the inputs of which are connected to the excitation generator 10, the control inputs are with the corresponding outputs of the correction unit 9, and the outputs are connected to the corresponding excitation coils 4, as well as an amplifier 12 with an adjustable gain, to the signal input of which a measuring coil 3 is connected, to the control input is the fifth output of the correction unit 9, its output One in series connected to the input of the measuring unit and the indicator of the results of measurement 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После установки ферромагнитного изделия 5 в измерительную позицию на токовые цепи датчиков коррекции 6 подается синусоидальный ток от генератора 7 и с их измерительных выходов на входы резонансного усилителя 8, а затем с его выходов на входы блока коррекции 9 поступает сигнал, величина которого зависит от уровня магнитного потока, проходящего через концентратор 2. After the ferromagnetic product 5 is installed in the measuring position, a sinusoidal current is supplied from the generator 7 to the current circuits of the correction sensors 6 and from their measuring outputs to the inputs of the resonant amplifier 8, and then a signal is received from its outputs to the inputs of the correction unit 9, the magnitude of which depends on the level of the magnetic flow passing through the hub 2.

Если изделие 5 находится на исходно выбранном для контроля расстоянии от ЭМА-преобразователя и параллельно его рабочей поверхности, то сигналы на выходах блока 9 коррекции, соединенных с управляющими входами регуляторов 11 амплитудного значения тока возбуждения и усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усиления, равны величине, заданной при настройке устройства и определяющей в соответствии с функциональной схемой этих электронных блоков величину тока возбуждения, протекающего через катушки возбуждения 4, и коэффициент усиления усилителя 12. If the product 5 is located at the initially selected distance from the EMA converter and parallel to its working surface, then the signals at the outputs of the correction unit 9 connected to the control inputs of the regulators 11 of the amplitude value of the excitation current and amplifier 12 with an adjustable gain are equal to the value specified when setting up the device and determining, in accordance with the functional diagram of these electronic units, the magnitude of the excitation current flowing through the excitation coils 4, and the gain body 12.

От генератора возбуждения 10 через регуляторы 11 на катушки 4 возбуждения подается ток возбуждения, который преобразуется ими в переменное электромагнитное поле, причем диаграмма направленности катушек возбуждения, выполненных в виде четырех равных секторов окружности, расположенных в одной плоскости и соосно, эквивалентна диаграмме направленности обычной плоской тороидальной катушки возбуждения. From the excitation generator 10, through the regulators 11, the excitation coils 4 are supplied with excitation current, which is converted by them into an alternating electromagnetic field, and the radiation pattern of the excitation coils, made in the form of four equal sectors of a circle located in the same plane and coaxially, is equivalent to the radiation pattern of an ordinary plane toroidal field coils.

При взаимодействии первичного электромагнитного поля возбуждения с вихревыми токами, наведенными в материале изделия, возникают акустические колебания, являющиеся причиной упругих смещений в контролируемом изделии и несущие в себе информацию о физико-механических свойствах материала изделия. In the interaction of the primary electromagnetic field of excitation with eddy currents induced in the product material, acoustic vibrations occur, which are the cause of elastic displacements in the controlled product and carry information about the physicomechanical properties of the product material.

Вторичное электромагнитное поле, образующееся при взаимодействии этих упругих смещений с внешним постоянным магнитным полем от источника 1, регистрируется измерительной катушкой 3 и поступает на вход усилителя 12 с регулируемым коэффициентом усиления, где усиливается и затем анализируется в измерительном блоке 13 с последующим выводом информации на индикатор 14. The secondary electromagnetic field generated by the interaction of these elastic displacements with an external constant magnetic field from the source 1 is registered by the measuring coil 3 and fed to the input of the amplifier 12 with an adjustable gain, where it is amplified and then analyzed in the measuring unit 13 with the subsequent output of information to the indicator 14 .

При изменении величины зазора между одним (или несколькими) из частей концентратора магнитного потока 2 и поверхностью контролируемого изделия (которое благодаря своим ферромагнитным свойствам также выступает в роли концентратора), магнитный поток через этот концентратор изменяется, так как происходит перераспределение числа силовых линий магнитного поля постоянного магнита 1, замыкающихся через материал изделия - концентратор и воздушное пространство. When changing the gap between one (or several) of the parts of the magnetic flux concentrator 2 and the surface of the controlled product (which, due to its ferromagnetic properties, also acts as a concentrator), the magnetic flux through this concentrator changes, since there is a redistribution of the number of magnetic field lines of a constant magnet 1, closing through the material of the product - a hub and airspace.

Таким образом, изменение зазора между ЭМА-преобразователем и контролируемым изделием приводит к последовательным изменениям: магнитного потока в концентраторе 2, величины сигналов с измерительных выходов датчиков 6 коррекции, резонансного усилителя 8 и блока 9 коррекции. Thus, a change in the gap between the EMA converter and the controlled product leads to successive changes: the magnetic flux in the hub 2, the magnitude of the signals from the measurement outputs of the correction sensors 6, the resonant amplifier 8, and the correction unit 9.

С блока 9 коррекции сигал поступает на управляющий вход регулятора 11 амплитудного значения тока возбуждения, изменяя величину тока, протекающего через соответствующую катушку 4 возбуждения в соответствии с сигналом коррекции. Последнее изменяет общую диаграмму направленности катушек возбуждения таким образом, чтобы скомпенсировать смещение точки ввода акустических колебаний (точка максимальной напряженности электромагнитного поля возбуждения) и скорректировать амплитуды акустических сигналов за счет коэффициента усиления усилителя 12. From the correction unit 9, the signal is fed to the control input of the regulator 11 of the amplitude value of the excitation current, changing the amount of current flowing through the corresponding excitation coil 4 in accordance with the correction signal. The latter changes the general directional pattern of the excitation coils in such a way as to compensate for the shift of the point of entry of acoustic vibrations (the point of maximum intensity of the electromagnetic field of excitation) and to adjust the amplitudes of the acoustic signals due to the gain of the amplifier 12.

Таким образом устройство обеспечивает возможность автоматической коррекции диаграммы направленности ЭМА-преобразователя и полевых характеристик в зоне возбуждения вне зависимости от расположения изделия, на также поддержание параметров поля возбуждения постоянными, что в значительной мере снижает влияние измерения расположения поверхности образца относительно ЭМА-преобразователя, упрощает дешифровку амплитудного спектра регистрируемых акустических колебаний и тем самым повышает достоверность контроля. Thus, the device provides the ability to automatically correct the radiation pattern of the EMA transducer and field characteristics in the excitation zone, regardless of the location of the product, to also keep the parameters of the excitation field constant, which significantly reduces the influence of measuring the location of the surface of the sample relative to the EMA transducer, simplifies the interpretation of the amplitude spectrum of recorded acoustic vibrations and thereby increases the reliability of control.

Claims

ULTRASONIC DEVICE FOR MONITORING FERROMAGNETIC PRODUCTS, comprising an excitation generator, an electromagnetic-acoustic transducer, series-connected measuring unit and indicator, alternating current generator, as well as series-connected correction sensor, resonant amplifier and correction unit, characterized in that, in order to increase the reliability of control by reducing the effect of changes in the gap between the electromagnetic-acoustic transducer and the controlled product, electromagnetic-akus The static converter is made in the form of a bar magnet covered on the lateral surface by a magnetic flux concentrator, in the form of a ferromagnetic cylinder, cut into four equal parts and located at the working end of the magnet, lying in the same plane of four excitation coils having the shape of sectors, and covering their ring measuring coil, and the device is equipped with three additional circuits of series-connected correction sensor and resonant amplifier, which is connected to the unit the correction has four regulators of the amplitude value of the excitation current, the inputs of which are connected to the excitation generator, the control inputs are connected to the corresponding outputs of the correction unit, and the outputs are connected to the corresponding excitation coils, as well as to an amplifier with an adjustable gain, to the signal input of which a measuring coil is connected, to control input - the fifth output of the correction unit, its output is connected to the input of the measuring unit, and the correction sensors are Hall converters, for replennye in respective parts of the magnetic flux concentrator, current circuits are connected to the output of the alternator.