RU2237892C1

RU2237892C1 - Electromagnetic-acoustic transformer

Info

Publication number: RU2237892C1
Application number: RU2003102492/28A
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Смирнов (RU); А.Ю. Смирнов; А.М. Кашин (RU); А.М. Кашин; Н.В. Калачев (RU); Н.В. Калачев
Original assignee: ООО "Компания Нординкрафт"
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-10-10

Abstract

FIELD: technology for ultrasonic non-destructive tests of materials and products.

SUBSTANCE: device has four inductive coils and four magnetic flow concentrators placed along perimeter of transformer according to law 6≤a≤18 mm, 6≤b≤18 mm, 5≤c≤20 mm, while d·l=160 mm², where a, b, c - distances between centers of concentrators, and d and l - sizes of concentrators in plan. Concentrators are made of ferromagnetic powder.

EFFECT: reliable control of sheet or strip edge during transverse displacements due to effective width of control zone of transformer overlaps these displacements.

2 cl, 3 dwg

Description

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 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 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 дляA disadvantage of the known device is the use for

подмагничивания электромагнита С-образной формы, сложность конструкции, большие затраты энергии, наличие значительных потоков рассеяния, невозможность надежного контроля по ширине зоны контролируемого объекта.magnetization of a C-shaped electromagnet, 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 magnetization is carried out using a solenoid installed 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.A disadvantage of the known 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, повышение точности и надежности в работе, большей технологичности изготовления.The purpose of the invention is to simplify the design of EMAT, reducing its dimensions and weight, increasing accuracy and reliability, more manufacturability.

Для этого предлагаемый преобразователь снабжен четырьмя катушками индуктивности и четырьмя концентраторами магнитного потока, расположенными по периметру преобразователя по законуFor this, the proposed converter is equipped with four inductors and four magnetic flux concentrators located along the perimeter of the converter according to the law

6≤а≤18 (мм),6≤a≤18 (mm),

6≤b≤18 (мм),6≤b≤18 (mm),

5≤с≤20 (мм)5≤s≤20 (mm)

при условии, что d•l=160 мм², где а, b, с - расстояния между центрами концентраторов, а d и l - размеры концентраторов в плане, катушки индуктивности и концентраторы установлены вплотную друг к другу, причем концентраторы закреплены на поверхности магнитов, например, при помощи клея, а катушки индуктивности приклеены к керамической пластине, укрепленной на корпусе преобразователя со стороны объекта контроля. Кроме того, концентраторы выполнены из ферромагнитного порошка, например из порошка карбонильного железа на эпоксидной смоле.provided that d • l = 160 mm ² , where a, b, c are the distances between the centers of the concentrators, and d and l are the dimensions of the concentrators in plan, the inductors and concentrators are mounted close to each other, and the concentrators are mounted on the surface of the magnets , for example, with glue, and the inductance coils are glued to a ceramic plate mounted on the transducer body from the side of the control object. In addition, the concentrators are made of ferromagnetic powder, for example, carbonyl iron powder on epoxy resin.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1. показан продольный вертикальный разрез преобразователя, на фиг.2 - вид А на преобразователь сверху, на фиг.3 - разрез Б-Б - вид на концентраторы сверху, на фиг.4 - график изменения эффективной ширины полосы контроля преобразователя в зависимости от энергии звуковой волны, где В_k =3а+d - полоса контроля, ДЦ_1,2 - энергия звуковой волны в децибелах, l $\binom{э}{1}$ и l $\binom{э}{2}$ - различные значения эффективной ширины преобразователя, а, b, с - расстояния между центрами концентраторов, d и l - размеры концентраторов в плане в миллиметрах, Ф - магнитный поток, V_OK - направления движения объекта контроля (ОК).The invention is illustrated by drawings. In figure 1. shows a longitudinal vertical section of the transducer, figure 2 is a view A of the transducer from above, figure 3 is a section bB is a view of the concentrators from above, figure 4 is a graph of the change in the effective bandwidth of the control transducer depending on the sound wave energy where B _k = 3a + d is the control band, DC _1,2 is the sound wave energy in decibels, l $\binom{uh}{1}$ and l $\binom{uh}{2}$ - different values of the effective width of the converter, a, b, c - the distance between the centers of the concentrators, d and l - the dimensions of the concentrators in plan in millimeters, Ф - magnetic flux, V _OK - the direction of movement of the object of control (OK).

Преобразователь содержит корпус 1 из немагнитного материала, крышку 2 из немагнитного материала, основание 3 из немагнитного материала, обойму 4 из немагнитного материала, крышку 5 из немагнитного материала, керамическую пластину 6, 7, 8, 9, 10 - винты крепления деталей преобразователя, концентраторы 11, катушки индуктивности 12, экран 13, постоянные магниты (например, постоянные магниты NdFeB - неодим-железо-бор) 14. Снабжение преобразователя четырьмя катушками индуктивности позволяет повысить эффективную ширину преобразователя за счет большей концентрации энергии звуковой волны, распространяющейся в полосе контроля. Тем самым повышается чувствительность преобразователя к дефектам по границам полосы контроля, например при контроле по кромкам листа или полосы.The converter contains a housing 1 of non-magnetic material, a cover 2 of non-magnetic material, a base 3 of non-magnetic material, a clip 4 of non-magnetic material, a cover 5 of non-magnetic material, a ceramic plate 6, 7, 8, 9, 10 — screws for fastening the parts of the converter, hubs 11, inductors 12, shield 13, permanent magnets (for example, NdFeB permanent magnets - neodymium-iron-boron) 14. Providing the converter with four inductors allows increasing the effective width of the converter due to the larger end tration acoustic wave energy propagating in the control band. This increases the sensitivity of the transducer to defects along the borders of the control strip, for example, when monitoring along the edges of a sheet or strip.

Расположение катушек индуктивности и концентраторов по закону 6≤а≤18 (мм), 6≤b≤18 (мм), 5≤c≤20 (мм) при условии, что d•l=160 мм², позволяет надежно перекрыть звуковой волной всю площадь ОК в полосе контроля, что обеспечивает высокую эффективность преобразователя.The arrangement of inductors and concentrators according to the law 6≤a≤18 (mm), 6≤b≤18 (mm), 5≤c≤20 (mm), provided that d • l = 160 mm ² , allows you to reliably block the sound wave the entire area of OK in the control strip, which ensures high efficiency of the converter.

Установка концентраторов и катушек индуктивности вплотную друг к другу и установка концентраторов вплотную к боковой (рабочей) поверхности постоянных магнитов позволяет уменьшить воздушный зазор между преобразователем и ОК, что повышает индукцию в рабочем зазоре и обеспечивает четкий и сильный импульс при приеме отраженного сигнала.The installation of concentrators and inductors close to each other and the installation of concentrators close to the side (working) surface of the permanent magnets reduces the air gap between the converter and the OC, which increases the induction in the working gap and provides a clear and strong pulse when receiving the reflected signal.

Выполнение концентраторов из ферромагнитного порошка, например из порошка карбонильного железа на эпоксидной смоле, предотвращает возникновение вихревых токов в концентраторах и исключает помехи при приеме отраженного сигнала, т.е. значительно улучшает качество и надежность работы преобразователя.The execution of concentrators from a ferromagnetic powder, for example, from carbonyl iron powder on an epoxy resin, prevents the occurrence of eddy currents in the concentrators and eliminates interference when receiving a reflected signal, i.e. significantly improves the quality and reliability of the converter.

Преобразователь работает следующим образом. На катушки индуктивности 12 подается электрический импульс от генератора высокой частоты (не показан). При этом ОК пронизывает мощный зондирующий импульс переменного магнитного поля, вызывающий возникновение в металле индукционных токов, переменных по направлению той же частоты, вокруг которых возникают переменные индукционные поля, возбуждающие силы Лоренца, вызывающие упругие колебания отдельных слоев металла, т.е. звуковые волны высокой частоты. В результате этих колебаний в постоянном магнитном поле Ф в них (слоях) возникают индукционные токи и переменные поля, пронизывающие катушки индуктивности 12, в которых возникают электрические токи, трансформируемые в сигналы, воспринимаемые дефектоскопом (не показан). При снижении энергии звуковой волны до уровня ДЦ₁ эффективная ширина преобразователя равна l $\binom{э}{1}$ , (фиг.4), а при снижении энергии звуковой волны до уровня ДЦ₂ равна l $\binom{э}{2}$ , т.е. приводит к увеличению эффективной ширины преобразователя над полосой контроля, что является безусловным достоинством предлагаемого преобразователя.The converter operates as follows. The inductor 12 is supplied with an electrical pulse from a high frequency generator (not shown). At the same time, an OK penetrates a powerful probe pulse of an alternating magnetic field, causing induction currents in the metal, which are variable in the direction of the same frequency, around which there are alternating induction fields, exciting Lorentz forces, causing elastic vibrations of individual layers of the metal, i.e. high frequency sound waves. As a result of these oscillations in a constant magnetic field Φ in them (layers), induction currents and alternating fields arise, penetrating the inductance coils 12, in which electric currents appear, which are transformed into signals perceived by a flaw detector (not shown). When reducing the sound wave energy to the level of DC _{1, the} effective width of the transducer is equal to l $\binom{uh}{1}$ , (Fig. 4), and when reducing the energy of the sound wave to the level of DC ₂ is equal to l $\binom{uh}{2}$ , i.e. leads to an increase in the effective width of the transducer above the control strip, which is an absolute advantage of the proposed transducer.

Использованные источникиUsed sources

1. Авторское свидетельство № 564595 СССР, Кл. G 01 N 29/04. Бюлл. №25 от 05.07.77 г.1. Copyright certificate No. 564595 of the USSR, Cl. G 01 N 29/04. Bull. No. 25 dated 05/05/77.

2. Патент РФ № 2131163, кл. H 02 K 9/00, В 06 В 1/04.2. RF patent No. 2131163, cl. H 02 K 9/00, 06 V 1/04.

3. Авторское свидетельство № 590660 СССР, Кл. G 01 N 29/04. Бюлл. №4 от 30.01.78 г.3. Copyright certificate No. 590660 of the USSR, Cl. G 01 N 29/04. Bull. No 4 on 01/30/78

Claims

1. An electromagnetic acoustic transducer comprising a housing, permanent ring magnets and inductors, characterized in that the transducer is equipped with four inductors and four magnetic flux concentrators located around the perimeter of the transducer according to the law

6≤a≤18 (mm)

6≤b≤18 (mm)

5≤c≤20 (mm)

provided that d · l = 160 mm ² , where a, b, c are the distances between the centers of the concentrators, and d and l are the dimensions of the concentrators in plan, the inductors and concentrators are installed close to each other, and the concentrators are mounted on the surface of the magnets , for example, with glue, and the inductance coils are glued to a ceramic plate mounted on the transducer body from the side of the control object.

2. The electromagnetic acoustic transducer according to claim 1, characterized in that the concentrators are made of ferromagnetic powder, for example, carbonyl iron powder on epoxy resin.