RU2219539C1 - Electromagnetic-acoustic converter - Google Patents
Electromagnetic-acoustic converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2219539C1 RU2219539C1 RU2002113363/28A RU2002113363A RU2219539C1 RU 2219539 C1 RU2219539 C1 RU 2219539C1 RU 2002113363/28 A RU2002113363/28 A RU 2002113363/28A RU 2002113363 A RU2002113363 A RU 2002113363A RU 2219539 C1 RU2219539 C1 RU 2219539C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrators
- coil
- area
- center
- coils
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области ультразвуковых неразрушающих испытаний материалов и изделий и может быть использовано, в частности, для контроля качества продукции металлургической промышленности (рельсов, полос, сорта, труб и т.д.). The present invention relates to the field of ultrasonic non-destructive testing of materials and products and can be used, in particular, for quality control of products of the metallurgical industry (rails, strips, grades, pipes, etc.).
Известен ЭМАП, содержащий источник магнитного поля (электромагнит), высокочастотную катушку индуктивности [1]. В известном ЭМАП повышение его чувствительности достигается за счет того, что он снабжен двумя электропроводящими пластинами, расположенными в плоскости катушки индуктивности с двух сторон от нее на прямой, пересекающей катушку параллельно одной из ее осей. Known EMAT containing a magnetic field source (electromagnet), a high-frequency inductor [1]. In the well-known EMAT, an increase in its sensitivity is achieved due to the fact that it is equipped with two electrically conductive plates located in the plane of the inductor from two sides of it on a straight line crossing the coil parallel to one of its axes.
Недостатком известного устройства является использование для подмагничивания электромагнита С-образной формы, сложность конструкции, большие затраты энергии, наличие значительных потоков рассеяния, невозможность надежного контроля по ширине зоны контролируемого объекта. A disadvantage of the known device is the use of a C-shaped electromagnet for magnetization, design complexity, high energy costs, the presence of significant scattering fluxes, the impossibility of reliable control over the width of the zone of the controlled object.
Известен электродинамический преобразователь [2], состоящий из магнитной цепи с кольцевым зазором, образуемым ее полюсами, в котором размещена силовая катушка с возможностью перемещения под действием протекающего по ней переменного тока, а поверхность полюсов покрыта материалом с высокой теплопроводностью. Known electrodynamic transducer [2], consisting of a magnetic circuit with an annular gap formed by its poles, in which a power coil is placed with the ability to move under the action of an alternating current flowing through it, and the surface of the poles is coated with a material with high thermal conductivity.
Недостатком известного ЭМАП являются большие габариты магнитной системы и обмотки силовой катушки, что не позволяет снизить расход мощности без снижения надежности и долговечности преобразователя. A disadvantage of the known EMAT are the large dimensions of the magnetic system and the windings of the power coil, which does not allow to reduce power consumption without reducing the reliability and durability of the converter.
Известен ЭМАП [3], который, с целью повышения долговечности и надежности контроля, снабжен протектором, выполненным в виде эластичной ленты и обрезиненных роликов, а подмагничивание осуществляется с помощью соленоида, установленного с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной к поверхности ленты. Known EMAT [3], which, in order to increase the durability and reliability of the control, is equipped with a tread made in the form of an elastic tape and rubberized rollers, and the magnetization is carried out using a solenoid mounted with the possibility of rotation about an axis perpendicular to the surface of the tape.
К недостатку известного ЭМАП следует отнести значительную сложность конструкции, наличие контакта с объектом контроля, использование внешнего источника для питания соленоида. The disadvantage of this EMAT is the significant design complexity, the presence of contact with the control object, and the use of an external source to power the solenoid.
Цель изобретения - упрощение конструкции ЭМАП, уменьшение его габаритов и веса, уменьшение потребляемой мощности, повышение долговечности, точности и надежности контроля. The purpose of the invention is to simplify the design of EMAT, reducing its dimensions and weight, reducing power consumption, increasing the durability, accuracy and reliability of control.
Для этого предлагаемый преобразователь снабжен, по меньшей мере, тремя плоскими катушками индуктивности, тремя концентраторами магнитных полей. выполненных в виде усеченных конусов из ферромагнитного материала и расположенных над катушками, вплотную к которым установлен один или несколько постоянных кольцевых магнитов с чередующимися полюсами, причем суммарная площадь поверхности нижних оснований конусов, соприкасающихся с магнитами, по отношению к их торцевой поверхности удовлетворяет соотношению
0,1<Sк/Sм<0,7,
где Sк - суммарная площадь нижних оснований конусов; Sм - площадь торцевой поверхности магнита, прилегающая к нижним основаниям конусов, геометрические центры симметрии концентраторов расположены на окружности с центром, совпадающим с центром преобразователя, а расстояние между двумя соседними концентраторами удовлетворяет условию
amах=dнк+(0-40 мм),
где amax - максимальное расстояние между осями концентраторов, dнк - диаметр нижнего основания концентратора, каждая катушка выполнена в виде, по меньшей мере, двух одинаковых, симметрично расположенных относительно центра преобразователя однорядных спиральнообразных обмоток, наклеенных на пластину из диэлектрика с выводными концами, расположенными по обе стороны внутри обмоток катушки, наружные витки которых расположены эквидистантно окружности, проведенной из геометрического центра концентратора, причем соотношение площади описанной вокруг катушки окружности к площади верхнего основания концентратора удовлетворяет соотношению
3<Soк/Sвк<40,
где Sок - площадь описанной вокруг катушки окружности; Sвк - площадь верхнего основания концентраторов, а со стороны объекта контроля вплотную к катушкам установлена, по крайней мере, одна керамическая пластина, защищающая их от повреждений.To do this, the proposed Converter is equipped with at least three flat inductors, three concentrators of magnetic fields. made in the form of truncated cones of ferromagnetic material and located above the coils, adjacent to which one or more permanent ring magnets with alternating poles are installed, the total surface area of the lower bases of the cones in contact with the magnets with respect to their end surface satisfies the relation
0.1 <S to / S m <0.7,
where S to - the total area of the lower bases of the cones; S m - the area of the end surface of the magnet adjacent to the lower bases of the cones, the geometric centers of symmetry of the concentrators are located on a circle with a center coinciding with the center of the transducer, and the distance between two adjacent concentrators satisfies the condition
a max = d nk + (0-40 mm),
where a max is the maximum distance between the axes of the concentrators, d nk is the diameter of the lower base of the concentrator, each coil is made in the form of at least two identical, symmetrically located relative to the center of the transducer single-row spiral-shaped windings glued to a plate of dielectric with lead ends located on both sides inside the coil windings, the outer turns of which are located equidistant to a circle drawn from the geometric center of the hub, and the area ratio described oh around the circle coil to the area of the upper base of the concentrator satisfies the relation
3 <S OK / S VK <40,
where S ok - the area of the circle described around the coil; S VK - the area of the upper base of the concentrators, and from the side of the control object close to the coils installed at least one ceramic plate that protects them from damage.
Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 показан продольный вертикальный разрез преобразователя; на фиг. 2 - вид А на концентраторы магнитного потока; на фиг.3 - вид Б на катушки; на фиг. 4 - схема расположения катушек в зонах I, II, III объекта контроля; на фиг.5 - конструкция спиральнообразной катушки (в форме бабочки; на фиг.6 - поперечный разрез В-В по центральной оси катушки (а,b,с,d,е,ж,и,к,l,m,n - установочные и конструктивные размеры). Figure 1 shows a longitudinal vertical section of the Converter; in FIG. 2 - view A of magnetic flux concentrators; figure 3 is a view of B on the coil; in FIG. 4 - arrangement of coils in zones I, II, III of the control object; figure 5 - design of a spiral coil (in the shape of a butterfly; figure 6 is a transverse section bb in the Central axis of the coil (a, b, c, d, e, w, and, k, l, m, n - installation and structural dimensions).
Преобразователь содержит несущую пластину 1 из немагнитного материала, корпус 2 из немагнитного материала, стакан 3 из немагнитного материала, крышку 4 из немагнитного материала, 5 - керамическую пластину, 6 - постоянный магнит (или ряд постоянных магнитов с чередующимися полюсами), 7 - катушки, 8 - конические концентраторы, 9 - крепление, 10 - выводы, 11 - пластину из диэлектрика, 12 - контакты от генератора высокой частоты, 13 - контакты от дефектоскопа, α - угол между осью преобразователя и осью, проходящей через геометрический центр концентратора 8, Dмн - наружный диаметр кольцевого магнита, Dмв - внутренний диаметр кольцевого магнита, δ - воздушный зазор между торцом преобразователя и объектом контроля (например, поверхности листа или полосы).The converter contains a
Снабжение ЭМАП, по меньшей мере, тремя катушками индуктивности (поз.7) гарантирует повышение чувствительности, которое зависит от величины соотношения К=Sд/Sк, где Sд - площадь дефекта, Sк - площадь катушки. Чем больше это отношение, тем чувствительней ЭМАП.The supply of EMAT with at least three inductors (pos. 7) guarantees an increase in sensitivity, which depends on the value of the ratio K = S d / S k , where S d is the area of the defect, S k is the area of the coil. The larger this ratio, the more sensitive the EMAT.
Наличие концентраторов вблизи катушки позволяет увеличить индукцию в воздушном зазоре δ и в поверхностном слое объекта контроля, уменьшить потоки рассеяния, затраты мощности, повысить чувствительность к дефектам. The presence of concentrators near the coil makes it possible to increase induction in the air gap δ and in the surface layer of the test object, reduce the scattering fluxes, power consumption, and increase the sensitivity to defects.
Выбранное соотношение площадей Sк и Sм позволяет подобрать оптимальные размеры магнита, концентраторов и преобразователя в целом, при которых в зазоре δ и объекте контроля наводится максимальная индукция.The selected ratio of the areas S to and S m allows you to choose the optimal dimensions of the magnet, concentrators and the transducer as a whole, at which maximum induction is induced in the gap δ and the control object.
Соотношение размеров amax и amin также позволяет эффективно использовать магнитный поток постоянного магнита для получения более сильных электрических сигналов, передаваемых катушками в дефектоскоп, рациональнее использовать мощность зондирующего импульса генератора высокой частоты.The size ratio a max and a min also allows you to effectively use the magnetic flux of a permanent magnet to obtain stronger electrical signals transmitted by the coils to the flaw detector, it is more rational to use the power of the probe pulse of a high-frequency generator.
Выполнение катушки в виде двух одинаковых спиральнообразных обмоток, намотанных одним проводом, позволяет эффективно использовать энергию поля постоянных кольцевых магнитов, расходуемую на генерацию тока в катушках. The implementation of the coil in the form of two identical spiral-shaped windings wound with one wire, allows you to effectively use the energy of the field of permanent ring magnets, spent on generating current in the coils.
При этом выбранные размеры катушек и концентраторов, удовлетворяющие условию
3<Soк/Sвк<40,
позволяют оптимально использовать энергию поля постоянных магнитов по всей поверхности катушек.Moreover, the selected sizes of coils and concentrators that satisfy the condition
3 <S OK / S VK <40,
allow optimal use of the energy of the field of permanent magnets over the entire surface of the coils.
Выполнение концентраторов в виде усеченных конусов позволяет сконцентрировать магнитный поток в площади катушек, то есть в максимальной степени использовать энергию зондирующего импульса. The execution of concentrators in the form of truncated cones allows you to concentrate the magnetic flux in the area of the coils, that is, to maximize the use of the energy of the probe pulse.
Установка керамической пластины между катушками и объектом контроля позволяет защитить их от повреждений. Installing a ceramic plate between the coils and the object of control allows you to protect them from damage.
Воздушный зазор δ между ЭМАП и объектом контроля обеспечивается "воздушной подушкой", уменьшающей риск соприкосновения ЭМАП с поверхностью металла. "Воздушная подушка" создается с помощью сжатого воздуха, подаваемого в зазор δ через воздушную систему и штуцеры (условно не показаны). The air gap δ between the EMAT and the test object is provided by an “air cushion”, which reduces the risk of EMAT coming into contact with the metal surface. "Air cushion" is created using compressed air supplied to the gap δ through the air system and fittings (not shown conditionally).
ЭМАП работает следующим образом. EMAP works as follows.
На катушки 7 подается мощный электрический импульс переменного тока с частотой до 107 Гц (зондирующий импульс - Аз). В результате в объекте контроля возникает мощное переменное поле и, как следствие, индукционный ток. Возникшие в результате взаимодействия полей силы Лоренца возбуждают в металле ультразвуковые волны, вызывающие колебания отдельных слоев металла в поле постоянного магнита. В результате этих перемещений возникают индукционные токи, создающие магнитные поля, взаимодействующие с катушками ЭМАП (поз. 7), в которых возникают токи, воспринимаемые в виде электрических сигналов дефектоскопом: Ад - импульса, характеризующего дефект (размеры и координаты) и Aо - остаточного импульса, то есть той части энергии импульса ультразвуковой волны, которая отразилась от противоположной стороны объекта контроля. По значению отношения Ад/Ао=К судят о величине, характере и местоположении дефекта.A powerful electric AC pulse with a frequency of up to 10 7 Hz (probing pulse - A s ) is supplied to
Предлагаемый ЭМАП предназначен для контроля стальной полосы толщиной от 6 до 16 мм и шириной 1000-2000 мм и позволяет выявлять расслоение, неметаллические включения, дыры, закаты, зоны рыхлости и другие нарушения сплошности. The proposed EMAT is designed to control a steel strip with a thickness of 6 to 16 mm and a width of 1000-2000 mm and can detect delamination, non-metallic inclusions, holes, sunsets, friability zones and other discontinuities.
Использованные источники
1. Авторское свидетельство СССР 564595, кл. G 01 N 29/04, бюллетень 25 от 05.07.77 г.Used sources
1. USSR author's certificate 564595, cl. G 01 N 29/04, bulletin 25 dated 05.07.77.
2. Патент РФ 2131163, кл. H 01 R 9/00, кл. В 06 В 1/04. 2. RF patent 2131163, cl. H 01 R 9/00, CL 06
3. Авторское свидетельство СССР 590660, кл. G 01 N 29/04, бюллетень 4 от 30.01.78 г. 3. Copyright certificate of the USSR 590660, cl. G 01 N 29/04, bulletin 4 dated 01/30/78
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002113363/28A RU2219539C1 (en) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Electromagnetic-acoustic converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002113363/28A RU2219539C1 (en) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Electromagnetic-acoustic converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2219539C1 true RU2219539C1 (en) | 2003-12-20 |
RU2002113363A RU2002113363A (en) | 2004-03-20 |
Family
ID=32066489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002113363/28A RU2219539C1 (en) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | Electromagnetic-acoustic converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2219539C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005083419A1 (en) * | 2004-02-26 | 2005-09-09 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju 'kompania 'nordinkraft' | Electroacoustic transducer |
WO2008143548A1 (en) * | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Andrey Vasilievich Kirikov | Electromagnetic-acoustic converter |
RU2447430C1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" | Electromagnetic-acoustic transducer |
RU2457479C1 (en) * | 2010-12-14 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" | Protector for electromagnetic-acoustic transducers |
RU2476872C1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-02-27 | Закрытое акционерное общество "Ультракрафт" | Ultrasonic testing method of metallurgical products with electromagnetic acoustic transducers on air cushion, and device for its implementation |
RU2638953C2 (en) * | 2016-03-22 | 2017-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью Научно Производственное объединение "Октанта" | Inductance coil unit with permanent magnet |
RU185529U1 (en) * | 2018-07-11 | 2018-12-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Electromagnetic acoustic transducer |
-
2002
- 2002-05-22 RU RU2002113363/28A patent/RU2219539C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SU 564595, бюл. №12, 1977. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005083419A1 (en) * | 2004-02-26 | 2005-09-09 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostju 'kompania 'nordinkraft' | Electroacoustic transducer |
DE112005000106B4 (en) * | 2004-02-26 | 2015-05-13 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu "Nordinkraft Sankt-Petersburg" | Electromagnetic-acoustic transducer |
WO2008143548A1 (en) * | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Andrey Vasilievich Kirikov | Electromagnetic-acoustic converter |
RU2447430C1 (en) * | 2010-11-22 | 2012-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" | Electromagnetic-acoustic transducer |
RU2457479C1 (en) * | 2010-12-14 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" | Protector for electromagnetic-acoustic transducers |
RU2476872C1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-02-27 | Закрытое акционерное общество "Ультракрафт" | Ultrasonic testing method of metallurgical products with electromagnetic acoustic transducers on air cushion, and device for its implementation |
RU2638953C2 (en) * | 2016-03-22 | 2017-12-19 | Общество с ограниченной ответственностью Научно Производственное объединение "Октанта" | Inductance coil unit with permanent magnet |
RU185529U1 (en) * | 2018-07-11 | 2018-12-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Electromagnetic acoustic transducer |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002113363A (en) | 2004-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8037764B2 (en) | Device and method for the material testing and/or thickness measurements of a test object that contains at least fractions of electrically conductive and ferromagnetic material | |
US8704513B2 (en) | Shielded eddy current coils and methods for forming same on printed circuit boards | |
US4471658A (en) | Electromagnetic acoustic transducer | |
WO2017080133A1 (en) | Open magnetic circuit-based method and device for detecting magnetostrictive guided-wave | |
US20060027022A1 (en) | Flexible electromagnetic acoustic transducer sensor | |
CA2584471C (en) | Device for testing material and measuring thickness on a test object having at least electrically conducting and ferromagnetic material parts | |
JP4842922B2 (en) | Electromagnetic ultrasonic probe | |
US6014024A (en) | Apparatus and method for detecting and/or measuring flaws in conductive material | |
RU2219539C1 (en) | Electromagnetic-acoustic converter | |
CN209745873U (en) | Electromagnetic-acoustic composite nondestructive testing device and system | |
JP5203342B2 (en) | Eddy current flaw detection probe and eddy current flaw detection test apparatus using the same | |
CN111999380B (en) | Eddy current superposition probe for detecting layering defects and detection method | |
CN108020155A (en) | A kind of dual coil electromagnetic ultrasonic transducer based on Halbach principles | |
CN111380963A (en) | Omnidirectional SH wave electromagnetic ultrasonic transducer without permanent magnet and design method thereof | |
CN107271572B (en) | Electromagnetic ultrasonic metal sheet flaw detection transducer | |
JP2014066654A (en) | Electromagnetic acoustic transducer and electromagnetic acoustic flaw detector | |
CN112034037B (en) | Eddy current synchronous detection method and probe for multiple types of defects | |
RU2219540C1 (en) | Electromagnetic-acoustic converter | |
RU2237892C1 (en) | Electromagnetic-acoustic transformer | |
RU2223487C1 (en) | Electromagnetic-acoustic converter | |
RU2206888C1 (en) | Electromagnetic-acoustic converter | |
EP0186964A1 (en) | Eddy current probes for detecting faults in structures and methods of detecting such faults | |
RU2243550C1 (en) | Electromagnetic-acoustic transducer | |
RU2063025C1 (en) | Electromagnetic converter for flaw detection | |
CN111239262A (en) | Omnidirectional SH wave electromagnetic ultrasonic transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070125 |
|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080828 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090810 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130523 |