RU2314880C1 - Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах - Google Patents
Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2314880C1 RU2314880C1 RU2006132840/28A RU2006132840A RU2314880C1 RU 2314880 C1 RU2314880 C1 RU 2314880C1 RU 2006132840/28 A RU2006132840/28 A RU 2006132840/28A RU 2006132840 A RU2006132840 A RU 2006132840A RU 2314880 C1 RU2314880 C1 RU 2314880C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- excitation
- frequency
- materials
- acoustic vibrations
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к технологии возбуждения электромагнитно-акустических колебаний в электропроводящих материалах. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона исследуемых материалов и повышение точности. Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах заключается в том, что в контролируемой поверхности электропроводящего материала создают постоянное магнитное поле и наводят вихревые токи, которые, взаимодействуя с постоянным магнитным полем, возбуждают в поверхностном слое материала акустические колебания. При этом для получения оптимальной величины акустического поля в зоне контроля отношение пространственной частоты - S (1/м) к частоте возбуждения - f (МГц) выбирают из условия:
K=S/f [c/м],
где K - частотный коэффициент (с/м), для ферромагнитных материалов в диапазоне значений 150≤K≤250, а для неферромагнитных материалов 200≤K≤275, при этом акустические волны в материал вводят по нормали, с отклонением угла от нее не более 1°. 6 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к технологии возбуждения электромагнитно-акустических колебаний в электропроводящих материалах, и может быть использовано при исследовании ферромагнитных и неферромагнитных сталей, а также цветных металлов в приборостроительной, авиационной и др. промышленности.
Известны способы возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах, реализованные в электромагнитно-акустических устройствах, которые возбуждают и принимают по существу все возможные моды акустических волн [Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. Член-корр. РАН проф. В.В.Клюева. М.: «Машиностроение», 1995, с.170, аналог к заявке прилагается.]
Недостатком таких способов является ограниченный диапазон толщин исследуемых материалов, низкая точность из-за ввода акустических колебаний в материал под углом, вследствие чего увеличивается погрешность результата исследования, а также большое взаимное электромагнитное влияние чувствительных элементов.
Известно наиболее близкое техническое решение к заявляемому способу возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах, заключающееся в том, что возбуждающий преобразователь и преобразователь приема располагают в горизонтальной плоскости и разносят в ней преобразователи друг от друга на минимальное расстояние, но гарантирующее отсутствие электромагнитного их взаимовлияния [патент на полезную модель №31305, G01N 29/04, БИ 2003, №21, прототип к заявке прилагается].
В этом способе чувствительные элементы разнесены друг от друга, поэтому электромагнитное их взаимовлияние устранено, однако в нем остаются те же недостатки, что и в аналогах.
Сущность изобретения заключается в том, что в электропроводящем материале объекта контроля создают постоянное магнитное поле и наводят в этом материале вихревые токи, которые, в результате взаимодействия с постоянным магнитным полем, возбуждают в поверхностном слое материала акустические колебания, а для получения оптимальной величины акустических волн в зону контроля отношение пространственной частоты - S (1/м) к частоте возбуждения - f (МГц) выбирают из условия
K=S/f,
где K - частотный коэффициент (с/м), для ферромагнитных сталей в диапазоне значений 150≤K≤250, а для неферромагнитных электропроводящих материалов 200≤K≤275, при этом акустические волны в материал вводят по нормали, с отклонением угла от нее не более 1°.
Техническим результатом изобретения является расширенный диапазон исследуемых материалов, высокая точность, за счет квазинормального ввода акустических волн в исследуемый материал.
На фиг.1 приведена конструктивная схема, на которой реализован способ; на фиг.2 представлена картина, характеризующая эффективность возбуждения акустических колебаний на частоте f=1,3 МГц в ферромагнитную сталь с излучателем номинального размера; на фиг.3 представлена картина, характеризующая эффективность возбуждения акустических колебаний на частоте f=1,3 МГц в ферромагнитную сталь с излучателем, размеры которого увеличены в два раза; на фиг.4 представлена картина, характеризующая эффективность возбуждения акустических колебаний на частоте f=2,0 МГц в ферромагнитную сталь с излучателем номинальных размеров; на фиг.5 представлена картина, характеризующая эффективность возбуждения акустических колебаний на частоте f=1,3 МГц в нержавеющую сталь с излучателем номинальных размеров; на фиг.6 представлена картина, характеризующая эффективность возбуждения акустических колебаний на частоте F=1,3 МГц в алюминий с излучателем номинальных размеров.
В электропроводящем материале объекта 4 наводят вихревые токи катушкой 3 индуктивности (излучателем), которые, в свою очередь, взаимодействуя с постоянным магнитным полем, создаваемым магнитной системой 1 и 2, возбуждают акустические колебания в поверхностном слое исследуемого материала.
Для получения оптимальной величины акустического поля в зоне контроля материала величину частотного коэффициента выбирают из условия:
K=S/f (с/м),
где S - пространственная частота (1/м); f - частота возбуждения (МГц), для ферромагнитных материалов в диапазоне значений 150≤K≤250, а для неферромагнитных материалов 200≤K≤275. Эффективность ввода акустических волн в материал зависит от параметров преобразователя и частоты возбуждения. Эти параметры учитываются коэффициентом K и выбираются таким образом, чтобы ввод акустических волн в материал был обеспечен под углом, близким к нормали.
Значение пространственной частоты S (1/м) определяется как отношение единицы длины, принятой за 1 м в системе «СИ», к геометрическим размерам излучателя в (м). Диапазон изменения коэффициента K учитывает разброс электрофизических свойств материала и конкретную величину зазора.
Для сравнительного анализа были построены графики, характеризующие эффективность возбуждения акустических колебаний двухпроводным излучателем [В.А.Комаров, В.Ф.Мужицкий. Оценка физико-механических свойств твердых тел квазистационарным электромагнитным полем. R&C Dynamics, Ижевск, 2004. С.68-69, информация к заявке прилагается] в немагнитной стали (нержавеющая сталь) и алюминии. Графики приведены на фиг.5 (немагнитная сталь) и фиг.6 (алюминий). Частота возбуждения и параметры преобразователя такие же, как и на фиг.2. Как видно, зависимости значительно отличаются от аналогичных графиков, построенных для ферромагнитного металла.
Анализируя графики, приведенные на фиг.2, 3 и 4, можно сделать вывод, под приемным элементом область эффективного возбуждения акустических колебаний приближается к поверхности объекта при понижении частоты в катушке преобразователя и повышении пространственной частоты, определяемой размерами преобразователя. При этом следует учитывать, что понижение частоты приводит к понижению точности измерений, а повышение пространственной частоты, к уменьшению размеров преобразователя, и связано с технологическими трудностями его изготовления.
Как видно из графиков, приведенных на фиг.5 и 6, для тех же параметров преобразователя и частоты возбуждения излучателя зоны наибольшей эффективности располагаются на большей глубине. Для получения максимальной эффективности в основной зоне следует уменьшать геометрические размеры преобразователя (увеличивать пространственную частоту) или уменьшать частоту возбуждения.
Для работы в определенном диапазоне толщин (для случая толщинометрии) или глубин (для случая определения глубины залегания дефектов) было экспериментально выявлено определенное сочетание частоты возбуждения и пространственной частоты, определяемой размерами преобразователя 3. Для получения максимальной эффективности в зоне возбуждения от 3 до 30 мм даны рекомендации по оптимальному соотношению пространственной частоты и частоты возбуждения, полученные по экспериментальным данным.
Картины, представленные на фиг.2-6, рассчитаны на компьютере для рабочего зазора между преобразователем 3 и объектом 4 контроля, равным 0,5 мм. Как видно из этих чертежей, максимальная эффективность возбуждения акустических колебаний в рабочей зоне исследования наблюдается на фиг.2, где величина коэффициента K составляет 200 с/м. На фиг.3 размеры излучателя увеличены в два раза, величина коэффициента K уменьшилась в два раза, при этом зона эффективного излучения сместилась из рабочей зоны в область больших глубин. На фиг.4 размеры излучателя остались номинальными, а частота увеличилась до 2,0 МГц. Соответственно величина коэффициента K уменьшилась, при этом зона максимального возбуждения акустических колебаний также переместилась в область больших толщин (глубин). Вывод: для ферромагнитных материалов и номинальной величины зазора 0,5 мм пространственную частоту и частоту возбуждения следует выбирать таким образом, чтобы величина обобщенного частотного коэффициента K равнялась 200±50 с/м.
На фиг.5 представлена картина для нержавеющей стали, а на фиг.6 - для алюминия при прежних номинальных параметрах излучателя и рабочей частоте 1,3 МГц, зона эффективного возбуждения переместилась в область больших толщин (глубин) исследуемого материала. Для размещения зоны максимальной эффективности коэффициент K следует увеличивать и в данном случае он будет лежать в диапазоне от 200 до 275 с/м.
Действие способа основано на том, что в материале объекта создают магнитное поле и излучателем в поверхностном слое материала объекта наводят вихревые токи, взаимодействие которых с постоянным полем магнита приводит к появлению силы (сила Лоренца). Под действием силы Лоренца возникают акустические колебания (в нашем случае ультразвуковые), которые распространяются вглубь объекта. Как и ультразвуковые колебания, возбуждаемые контактными методами, такие акустические волны можно использовать для целей неразрушающего контроля, например, для толщинометрии, дефектоскопии и др.
Для получения оптимальной величины акустического поля в зоне контроля материала выбирают значение частотного коэффициента из условия:
K=S/f [с/м],
где S - пространственная частота (1/м); f - частота возбуждения (МГц), для ферромагнитных материалов в диапазоне значений 150≤K≤250, а для неферромагнитных материалов 200≤K≤275, при этом акустические волны в материал вводят по нормали, с отклонением угла от нее не более 1°.
Техническим результатом изобретения является расширенный диапазон исследуемых материалов, высокая точность, за счет квазинормального ввода акустических волн в исследуемый материал.
Claims (1)
- Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах, заключающийся в том, что в контролируемой поверхности электропроводящего материала создают постоянное магнитное поле и наводят вихревые токи, которые, взаимодействуя с постоянным магнитным полем, возбуждают в поверхностном слое материала акустические колебания, отличающийся тем, что для получения оптимальной величины акустического поля в зоне контроля отношение пространственной частоты S (1/м) к частоте возбуждения f (МГц), выбирают из условияK=S/f[c/м],где K - частотный коэффициент (с/м), для ферромагнитных материалов в диапазоне значений 150≤K≤250, а для неферромагнитных материалов 200≤K≤275, при этом акустические волны в материал вводят по нормали с отклонением угла от нее не более 1°.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132840/28A RU2314880C1 (ru) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006132840/28A RU2314880C1 (ru) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2314880C1 true RU2314880C1 (ru) | 2008-01-20 |
Family
ID=39108548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006132840/28A RU2314880C1 (ru) | 2006-09-14 | 2006-09-14 | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2314880C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549614C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2015-04-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт интроскопии МНПО "СПЕКТР" (ЗАО "НИИИН МНПО "СПЕКТР") | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
| CN111157627A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-05-15 | 河北工业大学 | 一种电磁超声临界折射纵波激励装置 |
-
2006
- 2006-09-14 RU RU2006132840/28A patent/RU2314880C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2549614C1 (ru) * | 2014-02-25 | 2015-04-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт интроскопии МНПО "СПЕКТР" (ЗАО "НИИИН МНПО "СПЕКТР") | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
| CN111157627A (zh) * | 2020-01-22 | 2020-05-15 | 河北工业大学 | 一种电磁超声临界折射纵波激励装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ribichini et al. | Experimental and numerical evaluation of electromagnetic acoustic transducer performance on steel materials | |
| CN110108402A (zh) | 一种用于金属薄板中应力分布测量的非线性Lamb波混频方法 | |
| KR100561215B1 (ko) | 탄성 초음파를 발생 및 측정할 수 있는 자기변형트랜스듀서와 이를 이용한 구조진단 장치 | |
| Suresh et al. | Quantifying the lowest remnant thickness using a novel broadband wavelength and frequency EMAT utilizing the cut-off property of guided waves | |
| Ma et al. | Excitation and detection of shear horizontal waves with electromagnetic acoustic transducers for nondestructive testing of plates | |
| Ashigwuike et al. | A study of the transduction mechanisms of electromagnetic acoustic transducers (EMATs) on pipe steel materials | |
| Nakamura et al. | Mode conversion and total reflection of torsional waves for pipe inspection | |
| Dixon et al. | Ultrasonic metal sheet thickness measurement without prior wave speed calibration | |
| Dixon et al. | Wideband low frequency generation and detection of Lamb and Rayleigh waves using electromagnetic acoustic transducers (EMATs) | |
| CN109406621B (zh) | 一种双频均匀涡流探头及深裂纹混频检测信号提取技术 | |
| JP2020509388A (ja) | 腐食マッピングのための電磁超音波トランスデューサ（ｅｍａｔ） | |
| Muraveva et al. | Laws of formation of grating lobes in the acoustic field of electromagnetic–acoustic transducers as a linear array of unidirectional conductors | |
| Zhai et al. | Single SH guided wave mode generation method for PPM EMATs | |
| Trushkevych et al. | Differential coil EMAT for simultaneous detection of in-plane and out-of-plane components of surface acoustic waves | |
| RU2314880C1 (ru) | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах | |
| Suchkov et al. | A non-contact multifunctional ultrasonic transducer for measurements and non-destructive testing | |
| Boonsang et al. | Signal enhancement in Rayleigh wave interactions using a laser-ultrasound/EMAT imaging system | |
| Hübschen | Ultrasonic techniques for materials characterization | |
| Wang et al. | Influence of coil parameters on rayleigh waves excited by meander-line coil EMATs | |
| Murayama | Non-Contact Stress Measurement during Tensile Testing Using an Emat for SH0-Plate Wave and Lamb Wave. | |
| CN107991393A (zh) | 一种双频电磁超声检测系统 | |
| RU2350943C1 (ru) | Магнитная система электромагнитно-акустического преобразователя | |
| RU2231055C1 (ru) | Устройство для ультразвукового контроля прочностных характеристик материала движущегося листового проката | |
| Kuansheng et al. | A new frequency-tuned longitudinal wave transducer for nondestructive inspection of pipes based on magnetostrictive effect | |
| Ribichini et al. | Evaluation of electromagnetic acoustic transducer performance on steel materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080915 |