RU2334981C1 - Электромагнитно-акустический преобразователь - Google Patents
Электромагнитно-акустический преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2334981C1 RU2334981C1 RU2007106024/28A RU2007106024A RU2334981C1 RU 2334981 C1 RU2334981 C1 RU 2334981C1 RU 2007106024/28 A RU2007106024/28 A RU 2007106024/28A RU 2007106024 A RU2007106024 A RU 2007106024A RU 2334981 C1 RU2334981 C1 RU 2334981C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- poles
- plane
- turns
- coils
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к средствам определения текстурной анизотропии, толщины и напряженно-деформированного состояния конструкций и проката типа лент, полос, труб и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя. Электромагнитно-акустический преобразователь содержит магнитную систему с двумя компланарными разноименными полюсами и плоскую расположенную в параллельной полюсам плоскости на минимальном от них расстоянии катушку прямоугольной формы, в пределах площади удлиненной части витков которой лежат проекции полюсов на плоскость катушки. Дополнительно в преобразователь введена вторая плоская катушка прямоугольной формы, также расположенная в параллельной полюсам плоскости на минимальном от них и от первой катушки расстоянии, причем часть площади удлиненных витков второй катушки расположена в пределах проекции одного из полюсов магнитной системы на плоскость катушки, другая часть площади витков второй катушки находится в пространстве между проекциями полюсов на плоскость второй катушки, а витки первой и второй катушек в пределах площади их удлиненной части взаимно перпендикулярны. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к средствам определения текстурной анизотропии, толщины и напряженно-деформированного состояния конструкций и проката типа лент, полос, труб и др. из черных и цветных металлов и сплавов в широком диапазоне толщин при одностороннем бесконтактном доступе, и предназначено для применения в металлургии, машиностроении, в авиастроении, автомобилестроении и др. отраслях промышленности.
Известны электромагнитно-акустические преобразователи (ЭМАП) для определения текстурной анизотропии, толщины и напряженно-деформированного состояния конструкций и проката типа лент, полос, труб и др. из черных и цветных металлов и сплавов, содержащие магнитную систему и индуктор в виде плоской катушки [Авт. свид. СССР №466930, БИ №14, 1975; Wormley S.J., Thompson R.B. A semi-automatik system for the ultrasonic measurement of texture. «Rev. Progr. Quant. Nondestruct. Eval. Vol. 6A: 1 half Proc. 13 Annu. Rev. Progr. Nondestruct. Eval., La Jolla, Calif, 3-8, 1986», New York; London, 1987].
Эти технические решения позволяют измерять время распространения ультразвуковых колебаний и расчетным путем определять величину текстурной анизотропии, толщины и напряженно-деформированного состояния конструкций и проката путем поворота ЭМАП на 90° или использования двух рядом расположенных ЭМАП для возбуждения сдвиговых горизонтально-поляризованных волн со смещениями вдоль или поперек направления прокатки или приложенного усилия. Однако эти решения имеют недостатки: невозможность автоматизации процесса контроля и низкая производительность измерений при использовании одного ЭМАП, недостаточная точность измерений из-за конечных размеров ЭМАП и изменения состояния поверхности и структуры материала различных локальных областей проката, на которых располагаются указанные ЭМАП.
Наиболее близким решением является устройство для ультразвукового контроля прочностных характеристик материала движущегося проката, содержащее магнитную систему, два ЭМАП, каждый из которых состоит из плоской катушки, расположенной параллельно поверхности проката, и блоки преобразования и обработки сигналов ЭМАП, при этом направление поляризации одного ЭМАП совпадает с направлением прокатки, а второго - перпендикулярно ему [Патент RU №2231055, G01N 29/04, 2003].
Это устройство имеет функциональные ограничения в том, что перпендикулярные направления поляризации создаются в разных точках (локальных областях) материала проката, а это не может обеспечить достоверность определения прочностных характеристик в заданной локальной области, а следовательно, выявить параметры и координаты дефектов структуры материала проката.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий магнитную систему с двумя компланарными разноименными полюсами и плоскую расположенную в параллельной полюсам плоскости на минимальном от них расстоянии катушку прямоугольной формы, в пределах площади удлиненной части витков которой лежат проекции полюсов на плоскость катушки, введена вторая плоская катушка прямоугольной формы, также расположенная в параллельной полюсам плоскости на минимальном от них и от первой катушки расстоянии, причем часть площади удлиненных витков второй катушки расположена в пределах проекции одного из полюсов магнитной системы на плоскость катушки, другая часть площади витков второй катушки находится в пространстве между проекциями полюсов на плоскость второй катушки, а витки первой и второй катушек в пределах площади их удлиненной части взаимно перпендикулярны.
В другом варианте электромагнитно-акустического преобразователя вторая катушка прямоугольной формы выполнена в виде двух одинаковых рядом расположенных секций, намотанных встречно, при этом внешние витки секций расположены в пределах проекций полюсов магнитов, а внутренние части витков расположены между проекциями полюсов на плоскость катушки.
На фиг.1 показан общий вид ЭМАП для возбуждения продольных и сдвиговых ультразвуковых волн в материале конструкций и проката; на фиг.2 - показан вариант ЭМАП.
ЭМАП содержит магнитную систему 1 с двумя компланарными разноименными полюсами 2, 3 и две плоские катушки 4 и 5, лежащие в параллельных полюсам плоскостях на минимальном расстоянии друг над другом. Магнитная система 1 выполнена с применением постоянных магнитов, возможно использование электромагнита, работающего от источника постоянного или импульсного тока.
Катушки 4 и 5 выполнены прямоугольной формы и расположены одна над другой с взаимно перпендикулярным положением витков в пределах площади их удлиненной части. Катушка 4 расположена симметрично относительно магнитной системы поперек полюсов магнитов 2 и 3, а протяженность ее удлиненной части должна быть не менее суммы размеров полюсов и межполюсного расстояния магнитной системы. Вторая катушка 5 смещена относительно продольной оси O1-O1 катушки 4. Часть площади удлиненных витков катушки 5 расположена в пределах проекции полюса 3 магнитной системы 1 на плоскость катушки, другая часть площади витков катушки 5 находится в пространстве между проекциями полюсов 2, 3 на плоскость катушки 5.
В другом варианте ЭМАП (фиг.2) вторая катушка 5 прямоугольной формы выполнена в виде двух одинаковых рядом расположенных секций, намотанных встречно, при этом внешние витки секций расположены в пределах проекций полюсов 2, 3 магнитной системы, а внутренние части витков расположены между проекциями полюсов на плоскость катушки 5.
В зависимости от конструктивных параметров и формы катушек 4, 5 и ориентации подмагничивающего поля магнитной системы 1 в объекте контроля 6 возбуждаются продольные (L) и сдвиговые горизонтально поляризованные (SH) волны линейной поляризации со смещениями (на фиг.1 показаны горизонтальными стрелками или кружочками) вдоль и поперек направления прокатки или приложенного усилия. Для возбуждения продольной волны L использованы магнитная система 1 и часть витков, расположенная между проекциями полюсов 2, 3 магнитной системы на плоскость катушки 5, то есть в области касательной составляющей магнитного поля (направление смещений в продольной волне совпадает с направлением ее распространения - на фиг.1 показано малыми вертикальными стрелками).
В другом варианте ЭМАП для возбуждения продольной волны используются расположенные между полюсами 1 и 2 внутренние примыкающие части витков катушки 4, включенные последовательно.
Для возбуждения сдвиговых горизонтально поляризованных (SH) волн с линейной поляризацией ЭМАП, представленный на фиг.1, 2, обеспечивает магнитные потоки противоположного направления через локальные области поверхности материала с наведенными вихревыми токами, созданными в материале электромагнитными полями катушек 3, 4, тоже противоположного направления. Под действием сил Лоренца в поверхностном слое объекта контроля 6 возникает SH-волна, распространяющаяся по нормали к поверхности слоя. Силы ориентированы нормально по отношению к линиям вихревого тока и параллельно поверхности слоя. При таких условиях SH-волна возбуждается синфазно во всей зоне действия сил Лоренца. Благодаря единственному направлению вектора смещений в колебаниях, генерируемых в материале и принимаемых им, можно исследовать зависимость скорости распространения сдвиговых SH-волн от ориентации вектора смещений по отношению к направлению проката.
Работа ЭМА преобразователя
ЭМА преобразователь для возбуждения УЗ колебаний располагают над поверхностью контролируемой конструкции или проката 6. Одновременно или поочередно на первую и вторую катушки индуктора ЭМА преобразователя подают импульсы высокочастотных колебаний, наводящие в поверхностном слое конструкции или проката вихревые токи. Благодаря воздействию на указанный поверхностный слой с вихревыми токами постоянным или импульсным магнитным полем в нем возбуждают продольную ультразвуковую волну и две сдвиговые горизонтально поляризованные волны со смещениями вдоль и поперек направления прокатки или приложения усилия. Далее фиксируют многократно отраженные акустические сигналы, выделяют из них эхосигналы продольной и каждой из сдвиговых волн и производят их корреляционную обработку. Временные интервалы между эхосигналами соответствующей поляризации измеряют и по соотношению этих временных интервалов определяют наличие и степень напряженно-деформированного состояния материала изделия. По скорости и времени распространения УЗ колебаний в материале проката судят о толщине проката.
Техническим преимуществом предложенного ЭМАП является то, что он позволяет одновременно определять с высокой точностью напряженно-деформированное состояние и толщину конструкций и проката из черных и цветных металлов и сплавов за счет возбуждения и приема продольных и сдвиговых ультразвуковых колебаний с линейной поляризацией в локальной области объекта контроля.
Claims (2)
1. Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий магнитную систему с двумя компланарными разноименными полюсами и плоскую расположенную в параллельной полюсам плоскости на минимальном от них расстоянии катушку прямоугольной формы, в пределах площади удлиненной части витков которой лежат проекции полюсов на плоскость катушки, отличающийся тем, что в него введена вторая плоская катушка прямоугольной формы, также расположенная в параллельной полюсам плоскости на минимальном от них и от первой катушки расстоянии, причем часть площади удлиненных витков второй катушки расположена в пределах проекции одного из полюсов магнитной системы на плоскость катушки, другая часть площади витков второй катушки находится в пространстве между проекциями полюсов на плоскость второй катушки, а витки первой и второй катушек в пределах площади их удлиненной части взаимно перпендикулярны.
2. Электромагнитно-акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вторая катушка прямоугольной формы выполнена в виде двух одинаковых рядом расположенных секций, намотанных встречно, при этом внешние витки секций расположены в пределах проекций полюсов магнитов, а внутренние части витков расположены между проекциями полюсов на плоскость катушки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007106024/28A RU2334981C1 (ru) | 2007-02-20 | 2007-02-20 | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007106024/28A RU2334981C1 (ru) | 2007-02-20 | 2007-02-20 | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2334981C1 true RU2334981C1 (ru) | 2008-09-27 |
Family
ID=39929074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007106024/28A RU2334981C1 (ru) | 2007-02-20 | 2007-02-20 | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2334981C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584274C1 (ru) * | 2015-02-03 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов |
| RU2690074C2 (ru) * | 2017-10-05 | 2019-05-30 | Андрей Васильевич Кириков | Устройство для определения однородности механических свойств изделий их металла и обнаружения в них зон с аномальной твердостью |
-
2007
- 2007-02-20 RU RU2007106024/28A patent/RU2334981C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2584274C1 (ru) * | 2015-02-03 | 2016-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов |
| RU2690074C2 (ru) * | 2017-10-05 | 2019-05-30 | Андрей Васильевич Кириков | Устройство для определения однородности механических свойств изделий их металла и обнаружения в них зон с аномальной твердостью |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Numerical and experimental analysis of unidirectional meander-line coil electromagnetic acoustic transducers | |
| JP3806747B2 (ja) | 強磁性材料の検査装置 | |
| US4127035A (en) | Electromagnetic transducer | |
| Liu et al. | Torsional mode magnetostrictive patch transducer array employing a modified planar solenoid array coil for pipe inspection | |
| RU2413214C2 (ru) | Устройство для неразрушающего контроля стенок ферромагнитных конструктивных элементов | |
| Thon et al. | EMAT design for minimum remnant thickness gauging using high order shear horizontal modes | |
| Ma et al. | Excitation and detection of shear horizontal waves with electromagnetic acoustic transducers for nondestructive testing of plates | |
| Ogi et al. | Line-focusing of ultrasonic SV wave by electromagnetic acoustic transducer | |
| US11774409B2 (en) | Electromagnetic acoustic transducer (EMAT) for corrosion mapping | |
| JP2002539449A (ja) | プレートタイプの強磁性構造体の長レンジ検査のための方法及び装置 | |
| CN104090034A (zh) | 一种用于导波层析成像的电磁超声兰姆波换能器 | |
| CN110174466A (zh) | 一种电磁超声激励探头及其构建方法 | |
| Wang et al. | Broadband torsional guided wave magnetostrictive patch transducer with circumferential alternating permanent magnet array for structural health monitoring | |
| Zhai et al. | Minimizing influence of multi-modes and dispersion of electromagnetic ultrasonic Lamb waves | |
| JP2005077298A (ja) | 電磁超音波探触子、導電性材料の損傷進行度合評価方法及び損傷進行度合評価装置、締結ボルトやリベットの軸力測定方法及び軸力測定装置 | |
| Rieger et al. | Noncontact reception of ultrasound from soft magnetic mild steel with zero applied bias field EMATs | |
| JP2005292111A (ja) | 鉄筋コンクリートの鉄骨材の非破壊検査装置 | |
| RU2334981C1 (ru) | Электромагнитно-акустический преобразователь | |
| CN112305065B (zh) | 一种产生sh0导波的周期电磁铁阵列电磁声换能器 | |
| Mikhailov et al. | An electromagnetic–acoustic transducer with pulsed biasing | |
| JP3299505B2 (ja) | 磁歪効果を用いる超音波探傷方法 | |
| JPH0587780A (ja) | 金属管の非破壊検査の方法と装置 | |
| Gao et al. | Defect detection in the dead zone of magnetostrictive sensor for pipe monitoring | |
| Kuansheng et al. | A new frequency-tuned longitudinal wave transducer for nondestructive inspection of pipes based on magnetostrictive effect | |
| Zhang et al. | Development of a phased array flexible Rayleigh-wave electromagnetic acoustic transducer for pipe inspection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100221 |