RU2441230C1 - Электромагнитно-акустический преобразователь - Google Patents
Электромагнитно-акустический преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2441230C1 RU2441230C1 RU2010143309/28A RU2010143309A RU2441230C1 RU 2441230 C1 RU2441230 C1 RU 2441230C1 RU 2010143309/28 A RU2010143309/28 A RU 2010143309/28A RU 2010143309 A RU2010143309 A RU 2010143309A RU 2441230 C1 RU2441230 C1 RU 2441230C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- permanent magnet
- diameter
- electromagnetic
- acoustic transducer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение используется для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитного материала. Сущность заключается в том, что электромагнитно-акустический преобразователь содержит магнитную систему в виде постоянного магнита и две плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой, при этом постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра при отношении его диаметра к высоте один к двум, а витки одной плоской катушки направлены под углом девяносто градусов к виткам другой катушки, а диаметр окружности, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру постоянного магнита. Технический результат - обеспечение возможности возбуждения ультразвуковых волн с разными поляризациями. 1 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к средствам неразрушающего контроля изделий из ферромагнитного материала, и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для определения напряженно-деформированного состояния металла.
На сегодняшний день в России, по данным территориальных органов Ростехнадзора, находятся в эксплуатации около 150 тыс. км магистральных газопроводов и свыше 60 тыс. единиц других опасных производственных объектов, 40% которых эксплуатируются уже более 20 лет, и это приводит к повышению уровня их аварийности. Количество аварий можно существенно снизить, если своевременно выполнять оценку действующих механических напряжений в этих объектах для последующего прогнозирования остаточного ресурса изделия на стадиях как строительства, так и эксплуатации и ремонта.
Достоверность оценки действующих механических напряжений составляет 90-95%, но этот показатель снижается до 75-80% при плохой зачистке поверхности исследуемого объекта.
Задачей заявляемого изобретения является создание бесконтактного устройства, что позволит повысить производительность труда за счет сокращения необходимых повторных операций измерения и повысить достоверность контроля до 90%, а это приведет к снижению числа аварий.
В настоящее время известны электромагнитно-акустические преобразователи для неразрушающего определения действующих механических напряжений в изделиях из ферромагнитных материалов.
Так, известен электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий магнит и плоскую спиральную катушку индуктивности, располагаемую между торцом магнита и контролируемым изделием (АС СССР №411369, кл. G01N 29/04, 1971 г.).
Этот преобразователь, содержащий два магнита, на рабочих торцах которых выполнена гребенчатая структура, позволяет возбудить поперечную волну в изделии только лишь одной поляризации, что не позволяет определить действующие в материале напряжения. Поворот вручную самого преобразователя вокруг своей оси на 90° приведет к изменению взаимного расположения преобразователя и объекта контроля, что, в свою очередь, ухудшит достоверность контроля.
Известен электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий источник магнитного поля и расположенную на его рабочем торце плоскую катушку индуктивности (АС СССР №564595, кл. G01N 29/24, 1975 г.).
Этот преобразователь, содержащий катушку индуктивности с двумя электропроводящими пластинами, расположенными в плоскости катушки индуктивности с двух сторон от нее на прямой, пересекающей катушку параллельно одной из ее осей, не позволит возбудить поперечную волну с двумя взаимно перпендикулярными поляризациями. Необходим поворот преобразователя вокруг своей оси на 90° для генерации волны другой поляризации, что из-за «человеческого фактора» ведет к изменению координат первоначального позиционирования преобразователя относительно контролируемого изделия. Это ведет к снижению достоверности контроля.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании эффекту к заявленному изобретению является электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий магнитную систему в виде постоянного магнита и две плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой (АС СССР №1587479, кл. G01N 29/24, 1988 г.).
Этот преобразователь позволяет возбуждать волну только одной поляризации. Для проведения необходимых измерений требуется поворот преобразователя относительно своей оси на 90°, что из-за «человеческого фактора» ведет к изменению взаимного расположения преобразователя и объекта контроля, а это, в свою очередь, снижает достоверность контроля.
Задача, на решение которой направлено изобретение, - возбуждение ультразвуковых волн с разными поляризациями, что позволит при его использовании оценить одноосное напряженное состояние изделий из ферромагнитного материала.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемая конструкция электромагнитно-акустического преобразователя обеспечивает генерацию механических колебаний с поляризацией ультразвуковых волн под углом 90° относительно друг друга.
Это достигается тем, что в электромагнитно-акустическом преобразователе, содержащем магнитную систему в виде постоянного магнита и две плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой, постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра при отношении его диаметра к высоте 1:2, витки одной плоской катушки направлены под углом 90° к виткам другой катушки, а диаметр окружности, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру постоянного магнита.
Заявляемый электромагнитно-акустический преобразователь за счет отсутствия влияния состояния поверхности объекта контроля и отсутствия влияния контакта преобразователя с поверхностью объекта контроля на результат измерений дает возможность повысить достоверность результатов контроля.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что аналоги, характеризующиеся признаками заявляемого изобретения, не обнаружены, а из перечня аналогов подобран прототип как наиболее близкий по совокупности признаков, что позволило определить отличительные признаки заявляемого технического решения. По мнению заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна» по действующему законодательству.
Предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, поэтому оно соответствует критерию «изобретательский уровень».
Для подтверждения промышленной применимости изобретения представлен чертеж, поясняющий работу электромагнитно-акустического преобразователя.
Электромагнитно-акустический преобразователь состоит из магнитной системы 1 в виде постоянного магнита, при этом постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра диаметром D и высотой Н при соотношении D/H как 1/2, и двух плоских катушек 2, 3, электрически изолированных друг от друга и расположенных под магнитом 1 одна под другой. Витки катушки 2 направлены под углом 90° к виткам катушки 3, а диаметр окружности D1, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру D постоянного магнита 1.
Далее на чертеже обозначены: 4 - изделие; N, S - полюса магнита 1, В - направление магнитного поля; J2, J3 - направления вихревых токов в поверхностном слое изделия 4 от соответственно катушек 2, 3; Fл2, Fл3 - направления действия сил Лоренца.
Электромагнитно-акустический преобразователь работает следующим образом.
Для возбуждения поперечной (сдвиговой) волны он имеет магнитную систему с постоянным магнитом 1 цилиндрического типа, обеспечивающую магнитный поток В по нормали к поверхности изделия 4, и индуктор виде двух катушек 2, 3 в форме меандра, причем витки плоской катушки 2 направлены под углом 90° к виткам катушки 3. В результате взаимодействия наведенного вихревого тока J2 от катушки 2 и магнитного поля В в поверхностном слое материала изделия 4 возникают силы Лоренца FЛ2, направленные нормально по отношению к линиям вихревого тока J2. При этом образуется поперечная (сдвиговая) волна с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ2. Для возбуждения волны с другой поляризацией на катушку 3 подается напряжение, в результате чего в поверхностном слое материала изделия 4 возникают вихревые токи J3, которые при взаимодействии с магнитным полем В образуют силу Лоренца FЛ3, которая направлена нормально по отношению к линиям вихревого тока J3. При этом образуется поперечная (сдвиговая) волна с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ3.
Прием ультразвуковых колебаний, прошедших через изделие 4 и отразившихся от его противоположной поверхности, происходит по обратному ЭМА-преобразованию, т.е. преобразованию акустических колебаний металла, находящегося в постоянном магнитном поле, в электрические сигналы. По временам прохождения ультразвуковых колебаний до противоположной поверхности изделия и обратно можно судить о напряженном состоянии объекта.
Попеременная подача напряжения на катушку 2 и 3 приводит к возбуждению поперечных волн с разными поляризациями. Это позволяет избежать поворота электромагнитно-акустического преобразователя вокруг своей оси, что вызывает изменение позиционирования электромагнитно-акустического преобразователя относительно изделия 4, т.е. одним электромагнитно-акустическим преобразователем можно возбуждать волны двух различных поляризаций, а следовательно, повысить достоверность проводимых измерений.
Что касается размеров постоянного магнита и катушек, то они выбраны из следующих соображений. При отношении D к Н 1:1 постоянное магнитное поле будет недостаточным для возбуждения УЗ колебаний требуемой амплитуды. При отношении D к Н больше 1:2 амплитуда УЗ колебаний незначительно возрастает, что не сильно сказывается на результате измерений, а массогабаритные характеристики увеличиваются значительно, что нерационально. Таким образом, отношение D к Н, равное 1:2, является оптимальным. Что касается катушки, при диаметре катушки меньше диаметра постоянного магнита, т.е. D1<D, интенсивность УЗ волны недостаточна, что снижает достоверность контроля, при D1>D необоснованно увеличиваются размеры преобразователя.
Таким образом, предложенный электромагнитно-акустический преобразователь соответствует критерию «промышленная применимость» в соответствии с действующим законодательством.
Claims (1)
- Электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий магнитную систему в виде постоянного магнита и две плоские катушки, электрически изолированные друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой, отличающийся тем, что постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра при соотношении его диаметра и высоты 1:2, а витки одной плоской катушки направлены под углом 90° к виткам другой катушки, а диаметр окружности, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру постоянного магнита.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010143309/28A RU2441230C1 (ru) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010143309/28A RU2441230C1 (ru) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2441230C1 true RU2441230C1 (ru) | 2012-01-27 |
Family
ID=45786550
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010143309/28A RU2441230C1 (ru) | 2010-10-25 | 2010-10-25 | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2441230C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626577C2 (ru) * | 2015-06-26 | 2017-07-28 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Электромагнитно-акустический преобразователь |
RU2656134C2 (ru) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Диаконт" | Электромагнитно-акустический преобразователь |
-
2010
- 2010-10-25 RU RU2010143309/28A patent/RU2441230C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626577C2 (ru) * | 2015-06-26 | 2017-07-28 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Электромагнитно-акустический преобразователь |
RU2656134C2 (ru) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | Акционерное общество "Диаконт" | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2017080133A1 (zh) | 一种基于开放磁路的磁致伸缩导波检测方法及装置 | |
CN102662003B (zh) | 一种全向sh导波电磁超声换能器 | |
CA2585823C (en) | Device and method for the electromagnetic, acoustic material testing and/or thickness measurement of a test object that contains at least electrically conductive and ferromagneticmaterial fractions | |
US8358126B2 (en) | Magnetostrictive sensor for tank floor inspection | |
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 | |
Liu et al. | A direction-tunable shear horizontal mode array magnetostrictive patch transducer | |
CN104090034B (zh) | 一种用于导波层析成像的电磁超声兰姆波换能器 | |
CN209745873U (zh) | 一种电磁声复合无损检测装置及系统 | |
CN110220974B (zh) | 适用于铝板缺陷检测的sv超声体波单侧聚焦换能器 | |
Fernandes et al. | A new magnetic sensor concept for nondestructive evaluation of deteriorated prestressing strand | |
CN110174466A (zh) | 一种电磁超声激励探头及其构建方法 | |
RU2441230C1 (ru) | Электромагнитно-акустический преобразователь | |
Liu et al. | Development of a shear horizontal wave electromagnetic acoustic transducer with periodic grating coil | |
CN102706966A (zh) | 水平剪切电磁超声探头 | |
Yang et al. | Development of a biaxial grid-coil-type electromagnetic acoustic transducer | |
WO2019044018A1 (ja) | 非破壊検査装置 | |
CN101813655B (zh) | 一种基于电磁传感测量碳纤维增强塑料的装置及方法 | |
JP2014066654A (ja) | 電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置 | |
CN109470774A (zh) | 基于铝板缺陷检测的超声导波聚焦换能器 | |
Kim et al. | Effects of slits in a patch of omnidirectional Lamb-wave MPT on the transducer output | |
Kumar et al. | Improvement in the signal strength of magnetostrictive ultrasonic guided wave transducers for pipe inspection using a soft magnetic ribbon-based flux concentrator | |
RU54198U1 (ru) | Устройство для электромагнитного акустического (эма) контроля качества металлов и сплавов | |
RU2626577C2 (ru) | Электромагнитно-акустический преобразователь | |
Kuansheng et al. | A new frequency-tuned longitudinal wave transducer for nondestructive inspection of pipes based on magnetostrictive effect | |
RU2334981C1 (ru) | Электромагнитно-акустический преобразователь |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161026 |