RU2447430C1 - Electromagnetic-acoustic transducer - Google Patents
Electromagnetic-acoustic transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2447430C1 RU2447430C1 RU2010147304/28A RU2010147304A RU2447430C1 RU 2447430 C1 RU2447430 C1 RU 2447430C1 RU 2010147304/28 A RU2010147304/28 A RU 2010147304/28A RU 2010147304 A RU2010147304 A RU 2010147304A RU 2447430 C1 RU2447430 C1 RU 2447430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentrator
- inductors
- substrate
- magnetic
- central
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть применено для ультразвукового контроля листового, сортового проката и труб.The invention relates to the field of non-destructive testing and can be used for ultrasonic testing of sheet, long products and pipes.
Известен электромагнитно-акустический преобразователь на «воздушной подушке», включающий, в частности, магнитную систему, позволяющую управлять магнитным полем в зоне возбуждения и приема упругих волн, электромагнитную катушку, концентратор, выполненный в виде постоянного магнита, охваченный электромагнитной катушкой, подложку, катушку индуктивности и керамическую пластину, расположенную в зоне катушки индуктивности. Предполагается, что эта пластина равнотолщинна, и локализована в зоне катушки индуктивности как отдельный элемент, и ее поверхность со стороны объекта контроля находится на одном уровне с подложкой.Known electromagnetic-acoustic transducer on an "air cushion", including, in particular, a magnetic system that allows you to control the magnetic field in the zone of excitation and reception of elastic waves, an electromagnetic coil, a hub made in the form of a permanent magnet, covered by an electromagnetic coil, substrate, inductor and a ceramic plate located in the area of the inductor. It is assumed that this plate is equally thick, and is localized in the zone of the inductor as a separate element, and its surface from the side of the control object is at the same level with the substrate.
Одной из целей известного изобретения является сброс с концентратора накопившейся на концентраторе окалины, которая снижает эффективность работы электромагнитно-акустического преобразователя, создавая помехи при контроле металлоизделий. Концентратор служит для более эффективной передачи магнитного потока от магнитной системы к объекту контроля. Он изготавливается из магнитного материала, например железа, феррита или прессованного ферромагнитного порошка [1].One of the objectives of the known invention is the discharge from the hub of accumulated scale on the hub, which reduces the efficiency of the electromagnetic-acoustic transducer, creating interference in the control of metal products. The concentrator serves for more efficient transfer of magnetic flux from the magnetic system to the control object. It is made of magnetic material, such as iron, ferrite or pressed ferromagnetic powder [1].
Для возбуждения и приема ультразвуковых волн по нормали к поверхности объекта контроля очень часто используют индуктор в виде симметричной плоской катушки, напоминающей по форме бабочку. Предполагается, что катушка индуктивности (индуктор) наклеена на диэлектрическую, например керамическую, пластину и, следовательно, ее периферийные части находятся на приблизительно равном расстоянии от объекта контроля, что и рабочая часть катушки индуктивности [2].To induce and receive ultrasonic waves normal to the surface of the control object, an inductor is often used in the form of a symmetrical flat coil, resembling a butterfly in shape. It is assumed that the inductor (inductor) is glued to a dielectric, such as ceramic, plate and, therefore, its peripheral parts are located at approximately the same distance from the control object as the working part of the inductor [2].
Известен электромагнитно-акустический преобразователь, содержащий электромагнитную катушку, магнитопровод, катушки индуктивности, источник постоянного поля и усилитель электрических сигналов.Known electromagnetic acoustic transducer containing an electromagnetic coil, magnetic circuit, inductor, a constant field source and an amplifier of electrical signals.
Однако, как и в известном изобретении [1], предполагается, что катушка индуктивности наклеена на керамическую пластину и, следовательно, ее периферийные части находятся на приблизительно равном расстоянии от объекта контроля, что и рабочая часть катушки индуктивности [3]. Кроме того, габариты электромагнитной катушки не позволяют сконцентрировать нейтрализующий магнитный поток, создаваемый электромагнитной катушкой в зоне концентратора при пропускании через электромагнитную катушку после завершения контроля тока обратной полярности. Это не дает возможности, при подводе к нему компенсирующего магнитного поля противоположной по отношению к рабочему полю направленности, осуществлять сброс окалины с концентратора,However, as in the known invention [1], it is assumed that the inductor is glued to the ceramic plate and, therefore, its peripheral parts are approximately equal to the distance from the control object, as is the working part of the inductor [3]. In addition, the dimensions of the electromagnetic coil do not allow to concentrate the neutralizing magnetic flux generated by the electromagnetic coil in the concentrator zone when passing through the electromagnetic coil after the reverse polarity current control is completed. This makes it impossible, when a compensating magnetic field is supplied to it of an opposite direction with respect to the working field, to discharge scale from the concentrator,
Известен электромагнитно-акустический преобразователь, в котором постоянные магниты смонтированы в обойме из магнитного материала, вставленной в цилиндрический барабан, из немагнитного материала, установленного в корпусе преобразователя с возможностью вращения вокруг своей оси. Барабан, магниты и обойма со стороны подложки с концентратором установлены по отношению к ним с зазором и выполнены по окружности с общим радиусом, совпадающим с радиусом отверстия в корпусе, в которое вставлен барабан [4].Known electromagnetic-acoustic transducer, in which the permanent magnets are mounted in a holder of magnetic material inserted in a cylindrical drum, of non-magnetic material mounted in the housing of the transducer with the possibility of rotation around its axis. A drum, magnets and a holder on the substrate side with a hub are installed with respect to them with a gap and are made around a circle with a common radius matching the radius of the hole in the housing into which the drum is inserted [4].
Общим недостатком известных электромагнитно-акустических преобразователей [1, 2, 3, 4] является: а) расположение крайних витков катушек индуктивности на одном уровне с рабочими витками, находящимися под концентратором; б) ненадежная защита катушек индуктивности и в целом рабочей поверхности подложки от механических повреждений при соприкосновении с поверхностью объекта контроля; в) невозможность сброса окалины с рабочей поверхности концентратора в известных электромагнитно-акустических преобразователях [2, 3, 4].A common drawback of the known electromagnetic-acoustic transducers [1, 2, 3, 4] is: a) the location of the extreme turns of the inductors on the same level as the working turns located under the hub; b) unreliable protection of the inductance coils and in general the working surface of the substrate from mechanical damage in contact with the surface of the control object; c) the impossibility of dropping scale from the working surface of the concentrator in known electromagnetic-acoustic transducers [2, 3, 4].
Целями предлагаемого изобретения является создание такого электромагнитно-акустического преобразователя, при помощи которого можно было бы оперативно управлять основным рабочим потоком, создаваемым постоянными магнитами в зоне концентратора и одновременно иметь возможность в любой момент осуществлять сброс металлических частиц, ферромагнитных предметов и окалины, притянутых магнитным полем к рабочей поверхности концентратора, обращенной к поверхности объекта контроля. Достижение этих целей позволит повысить чувствительность, помехозащищенность и достоверность ультразвукового контроля, осуществляемого с помощью ЭМА-преобразователей.The objectives of the invention is the creation of such an electromagnetic-acoustic transducer, with which it would be possible to quickly control the main work flow created by permanent magnets in the concentrator zone and at the same time be able to discharge metal particles, ferromagnetic objects and scale attracted by the magnetic field to the working surface of the concentrator facing the surface of the control object. Achieving these goals will increase the sensitivity, noise immunity and reliability of ultrasonic testing carried out using EMA converters.
Указанные цели осуществляются тем, что в электромагнитно-акустическом преобразователе на «воздушной подушке», содержащем, корпус, концентратор, подложку, магнитную или электромагнитную систему, катушки индуктивности и диэлектрические пластины со стороны, примыкающей к объекту контроля, с отверстиями для выхода воздуха, питающего «воздушную подушку», защищающую подложку и катушки индуктивности, магнитная система, позволяющая управлять магнитным полем в зоне возбуждения и приема упругих волн, выполнена, например, в виде трех постоянных магнитов, одного центрального и двух боковых постоянных магнитов, вплотную прилегающих к боковым сторонам центрального постоянного магнита и к подложке и заключенных в соленоид, соединенный с источником постоянного тока, причем центральный постоянный магнит максимально близко прилегает к верхней поверхности концентратора или магнитная система выполнена, например, в виде одного центрального постоянного магнита или одного ферромагнитного стального сердечника, с высокой остаточной намагниченностью, выполняющих роль концентратора магнитного потока, заключенных в соленоид, соединенный с источником постоянного тока и примыкающей к концентратору дополнительной магнитной системой, выполненной в виде, по меньшей мере, двух пар постоянных магнитов с противоположной полярностью и разной степенью намагниченности, установленных, например, крестообразно на вращающийся диск из немагнитного материала, причем создаваемое концентратором дополнительное магнитное поле в рабочем режиме имеет направление, совпадающее по направлению с полем, создаваемым в рабочем режиме магнитной системой, часть керамической пластины за пределами керамической пластины, прилегающей непосредственно к катушкам индуктивности, выполнена в виде слоя керамики толщиной от 0,5 до 10 мм, образованного на поверхности подложки, обращенной к поверхности объекта контроля, например напылением, нанесенного на всю остальную поверхность подложки, в которой совместно со слоем керамики выполнены отверстия для выхода сжатого воздуха, питающего «воздушную подушку», каждая диэлектрическая, например керамическая, пластина, прилегающая непосредственно к катушкам индуктивности, дополнительно содержит не менее двух опорных элементов, располагаемых в зоне индукторов и обеспечивающих физическое удаление периферийных частей индукторов от объекта контроля на расстояние на 0,3-10 мм большее, чем расстояние между рабочей частью индукторов и объектом контроля,These goals are achieved by the fact that in the electromagnetic-acoustic transducer on an "air cushion", comprising, a housing, a concentrator, a substrate, a magnetic or electromagnetic system, inductors and dielectric plates on the side adjacent to the control object, with openings for the outlet of air supplying An “air cushion” protecting the substrate and inductance coils, a magnetic system that allows controlling the magnetic field in the zone of excitation and reception of elastic waves, is made, for example, in the form of three constants magnets, one central and two side permanent magnets adjacent to the sides of the central permanent magnet and to the substrate and enclosed in a solenoid connected to a direct current source, the central permanent magnet being as close as possible to the upper surface of the concentrator or the magnetic system is made, for example, in the form of one central permanent magnet or one ferromagnetic steel core, with high residual magnetization, acting as a concentrator a thread flow enclosed in a solenoid connected to a direct current source and adjacent to the hub an additional magnetic system made in the form of at least two pairs of permanent magnets with opposite polarity and different degrees of magnetization, mounted, for example, crosswise on a rotating disk of non-magnetic material, and the additional magnetic field created by the concentrator in the operating mode has a direction that coincides in direction with the field created in the magnetic operating mode system, the part of the ceramic plate outside the ceramic plate adjacent directly to the inductance coils is made in the form of a ceramic layer from 0.5 to 10 mm thick formed on the surface of the substrate facing the surface of the test object, for example by spraying applied to the rest of the surface substrate, in which, together with the ceramic layer, openings are made for the exit of compressed air supplying an “air cushion”, each dielectric, for example ceramic, plate adjacent directly but to the inductors, it additionally contains at least two supporting elements located in the zone of the inductors and providing physical removal of the peripheral parts of the inductors from the control object at a distance of 0.3-10 mm greater than the distance between the working part of the inductors and the control object,
Кроме того, опорные элементы конструктивно совмещены с диэлектрической пластиной, имеющей неравномерную толщину: минимальную в активной зоне индукторов и максимальную в периферийной их области, или диэлектрическая пластина со стороны индукторов имеет цилиндрическую форму с радиусом кривизны 10-70 мм, или по крайней мере, центральная часть поверхности диэлектрической пластины со стороны объекта контроля заглублена на величину 0,1-3 мм относительно рабочей поверхности подложки, или диэлектрическая пластина со стороны объекта контроля имеет цилиндрическую форму с радиусом кривизны от 20 мм до бесконечности (плоская).In addition, the support elements are structurally aligned with a dielectric plate having an uneven thickness: the minimum in the core of the inductors and the maximum in their peripheral region, or the dielectric plate on the side of the inductors has a cylindrical shape with a radius of curvature of 10-70 mm, or at least central part of the surface of the dielectric plate from the side of the control object is buried by a value of 0.1-3 mm relative to the working surface of the substrate, or the dielectric plate from the side of the control object has t a cylindrical shape with a radius of curvature from 20 mm to infinity (flat).
Экспериментально установлено, что наибольшая опасность возникновения помехи при контроле металлоизделий с помощью ЭМАП связана с отрицательным влиянием окалины. Природа окалины широко известна. При воздействии высокой температуры окружающий воздух окисляет поверхность металла, что приводит к возникновению слоя окалины. Слой окалины, связанный с металлом, как и частички свободной окалины, представляет собой механические колебательные системы, которые могут возбуждаться от электромагнитного импульса, генерируемого индуктором ЭМАП. Этот импульс обусловливает механические колебания частиц окалины, которые происходят вследствие проявления магнитострикционного эффекта и создают помеху, накладывающуюся на принимаемый полезный сигнал. Амплитуда этой помехи может превосходить полезный сигнал и маскировать его, снижая тем самым реальную чувствительность и достоверность ультразвукового контроля. Поскольку спектры помехи и сигнала очень близки, обычная фильтрация, как и другие методы обработки сигнала, оказываются в данной ситуации, как правило, не достаточно эффективными.It has been experimentally established that the greatest risk of interference during the control of metal products using EMAT is associated with the negative influence of scale. The nature of scale is well known. When exposed to high temperature, ambient air oxidizes the surface of the metal, which leads to the formation of a layer of scale. The scale layer associated with the metal, like the particles of free scale, is a mechanical vibrational system that can be excited by an electromagnetic pulse generated by an EMAT inductor. This impulse determines the mechanical vibrations of the scale particles, which occur as a result of the manifestation of the magnetostrictive effect and create interference that overlaps the received useful signal. The amplitude of this interference can exceed the useful signal and mask it, thereby reducing the real sensitivity and reliability of ultrasonic testing. Since the spectra of noise and signal are very close, conventional filtering, like other signal processing methods, turn out to be in this situation, as a rule, not sufficiently effective.
Возбуждение и прием упругих волн осуществляется, главным образом, центральной частью индуктора. Именно в центральной части индуктора концентратор преобразователя создает максимальную напряженность магнитного поля. Периферийные части («крылья бабочки») являются технологически неизбежными элементами, обеспечивающими симметрию индуктора и протекание тока возбуждения через рабочую (центральную) часть этого индуктора. В то же время, периферийные части индуктора, находясь в зоне сравнительно слабого магнитного поля, могут возбуждать частички окалины и принимать их колебания, которые являются помехой. Экранирование периферийных областей приносит положительный эффект с точки зрения подавления вредного влияния окалины, однако уменьшает ток в рабочей области и, как следствие, существенным образом снижает уровень полезного сигнала.The excitation and reception of elastic waves is carried out mainly by the central part of the inductor. It is in the central part of the inductor that the converter hub creates the maximum magnetic field strength. The peripheral parts (“butterfly wings”) are technologically unavoidable elements that ensure the symmetry of the inductor and the flow of the excitation current through the working (central) part of this inductor. At the same time, the peripheral parts of the inductor, being in the zone of a relatively weak magnetic field, can excite particles of scale and take their oscillations, which are an obstacle. Screening of peripheral areas brings a positive effect from the point of view of suppressing the harmful effects of scale, however, it reduces the current in the work area and, as a result, significantly reduces the level of the useful signal.
Является общеизвестным фактом, что амплитуда принимаемых ЭМАП сигналов существенным образом зависит от расстояния индуктора до источника упругих колебаний. Чем больше расстояние, тем меньше амплитуда принимаемых сигналов. Недостатком известных конструкций является то, что в существующих ЭМАП отсутствуют конструктивные элементы, позволяющие зафиксировать периферийные области индукторов на расстоянии от объекта контроля, существенно превышающем аналогичное расстояние для рабочей части индукторов. Это приводит к тому, что периферийные зоны индуктора, находясь в зоне относительно слабого магнитного поля и на сравнительно небольшом расстоянии от объекта контроля активно возбуждают частички окалины и принимают их вторичное электромагнитное излучение, конкурирующее с полезным сигналом, принимаемым преимущественно рабочей частью индукторов. Таким образом, в известных ЭМАП периферийные части индукторов являются потенциальными источниками сильной помехи.It is a well-known fact that the amplitude of the received EMAT signals substantially depends on the distance of the inductor to the source of elastic vibrations. The greater the distance, the smaller the amplitude of the received signals. A disadvantage of the known designs is that in the existing EMAT there are no structural elements that allow fixing the peripheral areas of the inductors at a distance from the control object, significantly exceeding the same distance for the working part of the inductors. This leads to the fact that the peripheral zones of the inductor, being in the zone of a relatively weak magnetic field and at a relatively small distance from the control object, actively excite the particles of scale and accept their secondary electromagnetic radiation, which competes with the useful signal received mainly by the working part of the inductors. Thus, in the known EMAT, the peripheral parts of the inductors are potential sources of strong interference.
Другим недостатком существующих ЭМАП является сравнительно низкое достигаемое на практике значение магнитного поля в рабочей зоне индукторов. Это связано с тем, что «пассивный» концентратор способен «втянуть» в себя и передать в рабочую область ограниченную часть магнитного потока, создаваемого магнитной системой.Another drawback of existing EMATs is the relatively low magnetic field value achieved in practice in the working area of inductors. This is due to the fact that the “passive” concentrator is able to “draw” into itself and transfer to the working area a limited part of the magnetic flux generated by the magnetic system.
В то же время, является общеизвестным фактом, что магнитострикционный эффект особенно значительно проявляется в присутствии относительно слабого магнитного поля. Практические наблюдения показывают, что при повышении напряженности магнитного поля в рабочем зазоре ЭМАП происходит существенное снижение влияния окалины. Пример зависимости амплитуды помехи, обусловленной магнитострикционным возбуждением частичек свободной окалины от магнитной индукции в зоне индуктора приведен на Фиг.6. Из рисунка видно, что максимум активности окалины наблюдался при значении поля в рабочем зазоре величиной примерно 0,2 Тл. При повышении напряженности поля происходит быстрый спад активности окалины, который носит неравномерный характер.At the same time, it is a well-known fact that the magnetostrictive effect is especially pronounced in the presence of a relatively weak magnetic field. Practical observations show that with an increase in the magnetic field strength in the working gap of the EMAT, a significant decrease in the influence of scale occurs. An example of the dependence of the noise amplitude due to magnetostrictive excitation of particles of free scale from magnetic induction in the inductor zone is shown in Fig.6. The figure shows that the maximum activity of the scale was observed when the field value in the working gap of approximately 0.2 T. With increasing field strength there is a rapid decline in the activity of scale, which is uneven.
Это приводит к тому, что в условиях сравнительно слабого магнитного поля, подводимого с помощью пассивных концентраторов, рабочая часть индукторов также способна эффективно возбуждать частички окалины и принимать их вторичное электромагнитное излучение.This leads to the fact that under conditions of a relatively weak magnetic field supplied by passive concentrators, the working part of the inductors is also able to efficiently excite particles of scale and receive their secondary electromagnetic radiation.
Уменьшению влияния помех способствует то, что предлагаемый электромагнитно-акустический преобразователь дополнительно содержит не менее двух опорных элементов, располагаемых в зоне индукторов и обеспечивающих физическое удаление периферийных элементов индукторов от объекта контроля на расстояние на с=0,3-10 мм большее, чем соответствующее расстояние между рабочей частью индукторов и объектом контроля а. (фиг.2, фиг.3, фиг.5) Для повышения технологичности ЭМАП, опорные элементы могут быть конструктивно совмещены с диэлектрической пластиной, имеющей в данном случае неравномерную толщину: минимальную в активной зоне индукторов и максимальную в периферийной их области.The influence of interference is facilitated by the fact that the proposed electromagnetic-acoustic transducer additionally contains at least two supporting elements located in the inductor zone and providing physical removal of the peripheral elements of the inductors from the control object at a distance c = 0.3-10 mm greater than the corresponding distance between the working part of the inductors and the control object a. (FIG. 2, FIG. 3, FIG. 5) To increase the manufacturability of the EMAT, the support elements can be structurally combined with a dielectric plate, which in this case has an uneven thickness: the minimum in the core of the inductors and the maximum in their peripheral region.
Поскольку чаще всего индуктор (катушка возбуждения) выполняется в виде печатной платы, приклеиваемой к диэлектрической пластине и принимающей ее форму, то оптимальной с точки зрения технологичности изготовления ЭМАП является цилиндрическая форма поверхности диэлектрической пластины со стороны индукторов с радиусом кривизны R=10-70 мм. Дополнительный полезный эффект - более толстые периферийные участки диэлектрической пластины снижают вероятность механического повреждения по крайней мере периферийной части индукторов. Дополнительным полезным эффектом является также существенно меньшая вероятность резонансных явлений в диэлектрической пластине, обусловленная изменением толщины волновода. Более толстые периферийные участки способствуют также эффективному отводу колебаний диэлектрической пластины в подложку через клеевое контурное соединение.Since most often the inductor (excitation coil) is in the form of a printed circuit board glued to the dielectric plate and assuming its shape, the cylindrical shape of the surface of the dielectric plate from the side of the inductors with a radius of curvature R = 10-70 mm is optimal from the point of view of manufacturability of the EMAT. An additional beneficial effect is that thicker peripheral sections of the dielectric plate reduce the likelihood of mechanical damage to at least the peripheral part of the inductors. An additional useful effect is also a significantly lower probability of resonance phenomena in the dielectric plate, due to a change in the thickness of the waveguide. The thicker peripheral regions also contribute to the efficient removal of vibrations of the dielectric plate into the substrate through an adhesive contour connection.
Достижению указанной цели способствует также то, что концентратор выполнен из предварительно намагниченного магнитного материала с высокой остаточной намагниченностью, причем создаваемое концентратором дополнительное магнитное поле в рабочем режиме совпадает по направлению с полем, создаваемым в рабочем режиме магнитной системой. Это повышает эффективность передачи магнитного потока от магнитной системы в концентратор, что также способствует увеличению индукции магнитного поля в рабочей части индукторов. Это, в свою очередь, с одной стороны, позволяет увеличить амплитуду полезных сигналов, принимаемых из объекта контроля, и, с другой стороны, способствует снижению активности окалины за счет ослабления магнитострикционного эффекта. Оба вышеперечисленных фактора положительным образом сказываются на повышении отношения «Сигнал/Помеха».The achievement of this goal is also facilitated by the fact that the concentrator is made of pre-magnetized magnetic material with high residual magnetization, and the additional magnetic field created by the concentrator in the operating mode coincides in direction with the field created by the magnetic system in the operating mode. This increases the efficiency of magnetic flux transfer from the magnetic system to the hub, which also contributes to an increase in the magnetic field induction in the working part of the inductors. This, in turn, on the one hand, allows to increase the amplitude of the useful signals received from the control object, and, on the other hand, helps to reduce the activity of scale due to the weakening of the magnetostrictive effect. Both of the above factors have a positive effect on increasing the signal-to-noise ratio.
Поскольку заявляемый ЭМАП обеспечивает более высокие, по сравнению с аналогами, значения магнитного поля в своей активной зоне, а значит обладает большим значением силы прижатия ЭМАП к ферромагнитному материалу, то, во избежание повреждения диэлектрической пластины неровностями или посторонними частицами на поверхности объекта контроля, по крайней мере, центральная часть поверхности диэлектрической пластины со стороны объекта контроля заглублена на величину к=0,1-3 мм относительно рабочей поверхности подложки.Since the inventive EMAT provides higher magnetic field values in comparison with its analogues in its core, and therefore has a higher value of the EMAT's pressing force against the ferromagnetic material, in order to avoid damage to the dielectric plate by irregularities or foreign particles on the surface of the test object, at least at least, the central part of the surface of the dielectric plate from the side of the test object is buried by a value of k = 0.1-3 mm relative to the working surface of the substrate.
Для оперативного сброса окалины с рабочей поверхности концентратора в соленоид (фиг.1) подается постоянный ток определенного направления, при котором магнитное поле соленоида «запирает» рабочий магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами или ферромагнитным сердечником с высокой остаточной намагниченностью. Для управления рабочим магнитным потоком в соленоид подается ток определенной силы и направления, что позволяет настраивать эффективную работу ЭМАП в зависимости от сортамента, механических свойств и размеров различных ферромагнитных материалов, подлежащих контролю. При варианте магнитной системы с одним центральным магнитом-концентратором или с ферромагнитным стальным сердечником-концентратором, с высокой остаточной намагниченностью и дополнительной магнитной системой из двух пар магнитов противоположной полярностью и разной степенью намагниченности, управление основным магнитным рабочим полем концентратора можно осуществлять путем комбинированного воздействия «запирающим» магнитным потоком соленоида и соответствующими поворотами магнитов, расположенных на диске. Так, при расположении полюсов магнита и концентратора (фиг.4) по схеме N-S-Nк-Sк магнитный поток Фк усилится. Однако при данном положении полюсов соленоида Sн-Nн и создании противоположного магнитного потока Фн, рабочий магнитный поток Фк может быть частично или полностью нейтрализован. Для большей маневренности управления рабочим потокам по всем возможным вариантам расположения полюсов соленоида и магнитов можно осуществить поворотом диска совмещение магнитов другой намагниченности по схеме, например, N1-S1-Nk-Sk и настроить работу ЭМАП в другом режиме. Для обеспечения защиты подложки ЭМАП (фиг.1-фиг.5) часть диэлектрической, например керамической, пластины за пределами керамической пластины, прилегающей непосредственно к катушкам индуктивности, выполнена в виде слоя керамики толщиной от b=0,5 до b=10 ммFor operational dumping of scale from the working surface of the concentrator, a direct current of a certain direction is supplied to the solenoid (Fig. 1), at which the magnetic field of the solenoid “locks” the working magnetic flux created by permanent magnets or a ferromagnetic core with high residual magnetization. To control the working magnetic flux, a current of a certain force and direction is supplied to the solenoid, which allows you to configure the effective operation of the EMAT depending on the assortment, mechanical properties and sizes of various ferromagnetic materials to be controlled. With a variant of a magnetic system with one central hub magnet or with a ferromagnetic steel core hub, with a high residual magnetization and an additional magnetic system of two pairs of magnets of opposite polarity and different degrees of magnetization, the main magnetic working field of the concentrator can be controlled by a combined action of “locking »The magnetic flux of the solenoid and the corresponding rotations of the magnets located on the disk. So, with the arrangement of the poles of the magnet and the hub (Fig. 4) according to the N-S-Nk-Sk scheme, the magnetic flux of the Fc will increase. However, at the given position of the poles of the solenoid Sн-Nн and the creation of the opposite magnetic flux Фн, the working magnetic flux Фк can be partially or completely neutralized. For greater maneuverability of control of work flows for all possible options for the location of the poles of the solenoid and magnets, it is possible to rotate the disk to combine magnets of a different magnetization according to a scheme, for example, N1-S1-Nk-Sk and configure the EMAT in a different mode. To ensure the protection of the EMAT substrate (Fig.1-Fig.5), a part of the dielectric, for example ceramic, plate outside the ceramic plate adjacent directly to the inductors is made in the form of a ceramic layer with a thickness of b = 0.5 to b = 10 mm
РисункиDrawings
Фиг.1. ЭМАП с тремя постоянными магнитами и соленоидом.Figure 1. EMAP with three permanent magnets and a solenoid.
Фиг.2. ЭМАП с односторонней цилиндрической формой керамическойFigure 2. EMAT with one-sided cylindrical ceramic shape
пластины со стороны индуктора.plates on the side of the inductor.
Фиг.3. ЭМАП с двухсторонней цилиндрической формой керамическойFigure 3. EMAT with a bilateral cylindrical ceramic shape
пластины или только со стороны объекта контроля.plates or only from the control object.
Фиг.4. ЭМАП с одним центральным магнитом-концентратором, соленоидом иFigure 4. EMAP with one central hub magnet, solenoid and
дополнительной магнитной системой.additional magnetic system.
Фиг.5. ЭМАП керамическая пластина с двумя керамическими опорами, конструктивно совмещенными с диэлектрической пластиной.Figure 5. EMAP ceramic plate with two ceramic supports structurally combined with a dielectric plate.
Фиг.6. График относительной активности окалины в зависимости от величины магнитной индукции в зоне катушки индуктивности (индуктора).6. Graph of the relative activity of the scale depending on the magnitude of the magnetic induction in the zone of the inductor (inductor).
Согласно фиг.1-фиг.5 электромагнитно-акустический преобразователяь 1 содержит центральный постоянный магнит 2 и боковые постоянные магниты 3, заключенные в ферромагнитный корпус 4, соленоид 5, подложку 6, катушку индуктивности (индуктор) 7 диэлектрическую, например керамическую пластину 8 с односторонней вогнутостью, керамическую пластину 9 с двухсторонней вогнутостью или керамическую пластину 10 с двумя керамическими опорами 11, концентратор 12, выполненный из постоянного магнита или ферромагнитного стального сердечника с высокой остаточной намагниченностью, и керамическое покрытие 13. По другому варианту (фиг.4) магнитная система дополнительно содержит один центральный постоянный магнит 14, соленоид 15, охватывающий центральный магнит 14, к которому максимально близко установлен диск 16, в котором смонтированы две пары постоянный магнитов 17 и 18, разной полярности и степени намагниченности. Диск 16 снабжен приводом 19, позволяющим поворот диска в обе стороны на 180 градусов.According to figure 1-figure 5, the electromagnetic-
Практическая реализация и испытания ЭМАП с применением активного концентратора и диэлектрической пластины переменной толщины обеспечили существенное, как минимум на 15-17 дБ более высокое, отношение «Сигнал/помеха» по сравнению с существующей конструкцией.The practical implementation and testing of EMAT using an active concentrator and a dielectric plate of variable thickness provided a significant, at least 15-17 dB higher, signal-to-noise ratio compared to the existing design.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2300762.1. RF patent No. 2300762.
2. Патент РФ №2268517.2. RF patent No. 2268517.
3. Патент РФ №2270443.3. RF patent No. 2270443.
4. Патент РФ №2300763.4. RF patent No. 2300763.
Claims (5)
минимальную в активной зоне индукторов и максимальную в периферийной их области.2. The electromagnetic acoustic transducer according to claim 1, characterized in that the support elements are structurally combined with a dielectric plate having an uneven thickness:
minimum in the core of inductors and maximum in their peripheral region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010147304/28A RU2447430C1 (en) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | Electromagnetic-acoustic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010147304/28A RU2447430C1 (en) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | Electromagnetic-acoustic transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2447430C1 true RU2447430C1 (en) | 2012-04-10 |
Family
ID=46031777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010147304/28A RU2447430C1 (en) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | Electromagnetic-acoustic transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2447430C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2523932C1 (en) * | 2013-05-27 | 2014-07-27 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Flat inductance coil with increased magnification factor |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5689070A (en) * | 1995-07-24 | 1997-11-18 | The Babcock & Wilcox Company | High temperature electromagnetic acoustic transducer (EMAT) probe and coil assemblies |
| US6125706A (en) * | 1997-07-25 | 2000-10-03 | Buttram; Jonathan D. | High temperature electromagnetic acoustic transducer |
| RU2219540C1 (en) * | 2002-07-31 | 2003-12-20 | ООО "Компания "Нординкрафт" | Electromagnetic-acoustic converter |
| RU2219539C1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-12-20 | ООО "Компания "Нординкрафт" | Electromagnetic-acoustic converter |
| RU2247979C1 (en) * | 2003-10-29 | 2005-03-10 | ООО "Компания Нординкрафт" | Electromagnetic acoustic converter |
| RU2348927C1 (en) * | 2007-05-24 | 2009-03-10 | Андрей Васильевич Кириков | Electro-magnetic acoustic transformer |
-
2010
- 2010-11-22 RU RU2010147304/28A patent/RU2447430C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5689070A (en) * | 1995-07-24 | 1997-11-18 | The Babcock & Wilcox Company | High temperature electromagnetic acoustic transducer (EMAT) probe and coil assemblies |
| US6125706A (en) * | 1997-07-25 | 2000-10-03 | Buttram; Jonathan D. | High temperature electromagnetic acoustic transducer |
| RU2219539C1 (en) * | 2002-05-22 | 2003-12-20 | ООО "Компания "Нординкрафт" | Electromagnetic-acoustic converter |
| RU2219540C1 (en) * | 2002-07-31 | 2003-12-20 | ООО "Компания "Нординкрафт" | Electromagnetic-acoustic converter |
| RU2247979C1 (en) * | 2003-10-29 | 2005-03-10 | ООО "Компания Нординкрафт" | Electromagnetic acoustic converter |
| RU2348927C1 (en) * | 2007-05-24 | 2009-03-10 | Андрей Васильевич Кириков | Electro-magnetic acoustic transformer |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2523932C1 (en) * | 2013-05-27 | 2014-07-27 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Flat inductance coil with increased magnification factor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| US7546770B2 (en) | Electromagnetic acoustic transducer | |
| JP6603323B2 (en) | Electroacoustic transducer | |
| AU2005269701B2 (en) | Flexible electromagnetic acoustic transducer sensor | |
| NO323276B1 (en) | Device for examination of ferromagnetic materials | |
| US6924642B1 (en) | Magnetorestrictive transducer for generating and measuring elastic waves, and apparatus for structural diagnosis using the same | |
| CA2670508C (en) | Electromagnetic ultrasonic transducer and array thereof | |
| RU2447430C1 (en) | Electromagnetic-acoustic transducer | |
| CN103837606A (en) | Electromagnetic ultrasonic transducer in multiphase structure and ultrasonic high-efficient excitation method | |
| CN111871747B (en) | Capacitance-sensing type electromagnetic ultrasonic transducer | |
| JP4346446B2 (en) | Electromagnetic audible transducer | |
| US20190094184A1 (en) | Electro-Magnetic Acoustic Transducer (EMAT) for both Lamb and Shear Horizontal Wave Transduction | |
| Wu et al. | Magneto‐Mechano‐Electric Antenna for Portable VLF Transmission | |
| CN105004797B (en) | Object detecting method and device based on constant electromagnetic source alternation induction field | |
| RU2348927C1 (en) | Electro-magnetic acoustic transformer | |
| RU2219539C1 (en) | Electromagnetic-acoustic converter | |
| CN111380963A (en) | Omnidirectional SH wave electromagnetic ultrasonic transducer without permanent magnet and design method thereof | |
| US7395715B2 (en) | Electromagnetic ultrasound probe | |
| CN115032279A (en) | Broadband magnetostrictive SH0 modal guided wave monitoring transducer | |
| CN211217399U (en) | Guided wave excitation transducer of pipeline detection composite vibrator structure | |
| RU2237892C1 (en) | Electromagnetic-acoustic transformer | |
| RU2243550C1 (en) | Electromagnetic-acoustic transducer | |
| RU2300762C1 (en) | Electromagnetic-acoustic converter | |
| RU2219540C1 (en) | Electromagnetic-acoustic converter | |
| CN113866264B (en) | Directional A0Modal electromagnet type electromagnetic acoustic sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20150130 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200928 |