RU2584274C1 - Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов - Google Patents

Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2584274C1
RU2584274C1 RU2015103219/28A RU2015103219A RU2584274C1 RU 2584274 C1 RU2584274 C1 RU 2584274C1 RU 2015103219/28 A RU2015103219/28 A RU 2015103219/28A RU 2015103219 A RU2015103219 A RU 2015103219A RU 2584274 C1 RU2584274 C1 RU 2584274C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiver
emitter
product
proportional
ferromagnetic materials
Prior art date
Application number
RU2015103219/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Анатольевич Хлыбов
Юрий Александрович Катасонов
Александр Леонидович Углов
Владимир Митрофанович Родюшкин
Олег Юрьевич Катасонов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2015103219/28A priority Critical patent/RU2584274C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2584274C1 publication Critical patent/RU2584274C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Использование: для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что электромагнитно-акустический преобразователь для контроля изделий из ферромагнитного материала содержит каркас из немагнитного материала, в котором закреплены узел подмагничивания и выполненные в виде последовательно разнесенных в пространстве решеток излучатель и приемник, при этом приемник размещен на обращенном к изделию полюсе постоянного магнита или электромагнита узла намагничивания, а излучатель размещен на держателе, закрепленном в корпусе, при этом шаг между синфазными проводниками приемника пропорционален длине возбуждаемой волны, а шаг между синфазными проводниками излучателя пропорционален удвоенной длине возбуждаемой волны. Во втором варианте исполнения приемник размещен между двумя обращенными к изделию магнитными полюсами различной магнитной полярности узла намагничивания. Технический результат: повышение достоверности контроля изделий из ферромагнитных материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области ультразвукового неразрушающего контроля изделий из ферромагнитного материала и может быть использовано в машиностроении, нефтегазовой промышленности, а также в других отраслях промышленности для контроля качества продукции как из самого металла, так и сварных соединений.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение достоверности контроля с одновременным упрощением конструкции ЭМА преобразователя.
В настоящее время известны электромагнитно-акустические преобразователи для неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных материалов.
Известен ЭМА преобразователь [1], являющийся аналогом заявляемого изобретения, содержащий каркас, в котором установлен с возможностью вращения магнитопровод, выполненный в виде вала с намагничивающим элементом и колесной парой из ферромагнитного материала. Чувствительный элемент, установленный между колесами над поверхностью изделия, представляет собой плоскую катушку в виде решетки, шаг между системой синфазных проводников которой пропорционален длине волны.
Такой ЭМА преобразователь не обеспечивает необходимой достоверности контроля, поскольку, во-первых, точечный контакт магнитопровода с изделием, не обеспечивая равномерного промагничивания участка изделия под чувствительным элементом, ухудшает чувствительность преобразователя, а возможные изменения рабочего зазора приводят к резкому изменению эффективности возбуждения и приема звуковых волн; во-вторых, использование одного чувствительного элемента на излучение и прием в виде решетки с определенными параметрами, связанными с длиной волны, не только ухудшает условия выделения полезных сигналов на фоне электрических помех, связанных с электрическим воздействием (по эфиру, по соединительным кабелям и т.д.) излучающего устройства на приемное устройство, но и ухудшает возможности согласования как излучателя с выходом генератора, так и приемника с входом усилителя.
Известен ЭМА преобразователь [2], предназначенный для ультразвукового контроля металлических изделий произвольной толщины. ЭМА преобразователь состоит из каркаса с закрепленными в нем узлом подмагничивания и излучателя-приемника. Узел подмагничивания представляет собой П-образный магнит, полюса которого обращены к поверхности контролируемого металлического изделия. Излучатель-приемник представляет собой решетку, состоящую из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников. Решетка расположена между полюсами магнита, параллельно поверхности контролируемого изделия. Для формирования и приема звуковой волны расстояние между системой синфазных проводников выбирают равным длине возбуждаемой волны.
Недостатком этого аналога является низкая достоверность контроля - использование одного чувствительного элемента на излучение и прием в виде решетки с определенными параметрами, связанными с длиной волны, не только ухудшает условия выделения полезных сигналов на фоне электрических помех, связанных с электрическим воздействием (по эфиру, по соединительным кабелям и т.д.) излучающего устройства на приемное устройство, ухудшает возможности согласования излучателя с выходом генератора и приемника с входом усилителя, но и ухудшает эффективность возбуждения и приема волн за счет одновременного изменения зазора при излучении и приеме.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выбранный в качестве прототипа ЭМА преобразователь [3] для ультразвукового контроля ферромагнитных изделий. ЭМА преобразователь содержит каркас из немагнитного материала, в котором закреплены узел подмагничивания, излучатель и приемник. Узел подмагничивания представляет собой Ш-образный магнитопровод с установленной на среднем полюсе катушкой подмагничевания, полюса которого обращены в сторону поверхности контролируемого ферромагнитного изделия. Излучатель и приемник представляют собой решетки, состоящие из нескольких расположенных в одной плоскости параллельно друг другу проводников. Для формирования и приема звуковой волны расстояние между системой синфазных проводников решеток выбирают равным длине возбуждаемой волны. Каждая из двух решеток расположена в одном из межполюсных пространств, образованных Ш-образным магнитопроводом, параллельно поверхности контролируемого изделия.
К недостаткам прототипа, снижающим достоверность контроля, можно отнести существующее влияние степени подмагничивания не только на эффективность приема, но и на эффективность возбуждения ультразвуковых волн, а также ухудшение условий выделения полезных сигналов на фоне электрических помех, связанных с выполнением излучателя и приемника с одинаковым для обеих решеток шагом (расстоянием) между синфазными проводниками.
Задача - повысить достоверность контроля изделий из ферромагнитных материалов за счет исключения влияния подмагничивания на эффективность возбуждения ультразвуковых волн, а также за счет улучшения условий для повышения соотношения сигнал-шум.
Технический результат - исключение влияния подмагничивания на эффективность возбуждения ультразвуковых волн, повышение соотношения сигнал-шум.
Технический результат достигается тем, что в ЭМА преобразователе, содержащем каркас из немагнитного материала, закреплены узел подмагничивания, излучатель и приемник. Излучатель и приемник выполнены в виде последовательно разнесенных в пространстве решеток. В первом варианте исполнения приемник размещен на обращенном к изделию полюсе постоянного магнита или электромагнита узла намагничивания, при этом шаг между синфазными проводниками приемника пропорционален длине возбуждаемой волны. Во втором варианте исполнения приемник размещен между двумя обращенными к изделию магнитными полюсами различной магнитной полярности узла намагничивания. Излучатель как в первом, так и во втором случае размещен на держателе, закрепленном в корпусе, защищенном от полей намагничивания, а шаг между синфазными проводниками излучателя пропорционален удвоенной длине возбуждаемой волны.
На фиг. 1 и фиг. 2 показаны различные конфигурации ЭМА преобразователя:
1 - Каркас
2 - Магнит
3 - Приемник
4 - Излучатель
5 - Испытуемое изделие
6 - Поверхность контроля
7 - Свободные ультразвуковые волны
Предложенный преобразователь обеспечивает возможность возбуждения ультразвуковых волн при установке излучателя относительно поверхности контроля ферромагнитного изделия без подмагничивания и так, чтобы он не подвергался никакому износу вследствие истирания, которое происходило бы в результате прижима излучателя при наличии подмагничивания к технической поверхности обследуемого изделия.
В отличие от известных на сегодняшний день электромагнитно-акустических ультразвуковых преобразователей, у которых излучатель установлен непосредственно на поверхности магнитного полюса либо между полюсами магнита, обращенных в сторону испытуемого объекта, у предлагаемого ЭМА преобразователя в соответствии с изобретением между излучателем и обследуемым ферромагнитным изделием не действуют никакие внешние магнитные поля.
В зависимости от варианта осуществления изобретения приемник можно жестко соединить с узлом подмагничивания, а полученный конструктив жестко связать с излучателем с помощью соответствующего держателя. Такого рода жесткая пространственная связь между приемником и излучателем обеспечивает единообразное и простое использование электромагнитно-акустического преобразователя, выполненного в соответствии с изобретением. В тоже время независимое использование излучателя и приемника может открыть дополнительные возможности применения, например, в тех случаях, когда обследуются объекты большой площади.
Для возбуждения упругих волн требуемой длины волны в изделии необходимо выполнить условие: расстояние между синфазными проводниками излучателя должно быть пропорциональным удвоенной длине возбуждаемой волны. Это позволяет при фиксированной частоте генератора возбуждать в ферромагнитном изделии высокочастотные ультразвуковые волны на удвоенной частоте.
Для приема волн (создание ЭДС в приемной катушке) в зависимости от направления приложенного поля используется:
• либо электродинамический эффект - возбуждение полей вихревых токов за счет взаимодействия механических колебаний участка изделия с приложенным постоянным магнитным полем (нормальным, тангенциальным),
• либо эффект магнитоупругости - изменение магнитной индукции в предварительно намагниченном участке изделия за счет механических колебаний (деформации) участка.
Также для приема направленных волн определенной длины в изделии необходимо выполнить условие: расстояние между синфазными проводниками решетки (катушки) приемника должно быть пропорциональным длине возбуждаемой волны.
На фиг. 1 и фиг. 2 показаны различные конфигурации ЭМА преобразователя, выполненного из закрепленного в каркасе 1 постоянного магнита 2 с полюсом, обращенным к изделию 5, на котором закреплен приемник 3, выполненный в виде решетки. Постоянный магнит 2 на участке между магнитным полюсом и изделием 5 создает внутри испытуемого изделия 5 нормальное магнитное поле, которое в случае постоянного магнита 2 является постоянным во времени. Можно также использовать вместо постоянного магнита 2, изображенного на фиг.1, электромагнит той же или аналогичной конфигурации, который способен поддерживать в испытуемом изделии 5 нормальное магнитное поле, изменяющееся во времени. В этом случае необходимо следить за тем, чтобы частота переменного тока, необходимая для формирования нормального магнитного поля, была гораздо ниже частоты переменного тока, который возникает в приемнике 3 вследствие прихода ультразвуковой волны к участку под приемником 3. В дальнейшем для простоты предполагается, что магнит 2, как указано выше, выполнен как постоянный магнит.
При сформированном нормальном магнитном поле ЭДС на приемнике 3 возникает за счет электроиндуктивного механизма.
Можно также использовать вместо постоянного магнита 2, изображенного на фиг.1, магнит 2, изображенный на фиг. 2, с двумя магнитными полюсами различной магнитной полярности, обращенными в сторону контролируемой поверхности 6 , между которыми закреплен приемник 3. Постоянный магнит 2 на участке между магнитными полюсами и изделием создает внутри испытуемого изделия 5 тангенциальное магнитное поле, которое в случае постоянного магнита 2 является постоянным во времени.
При сформированном тангенциальном магнитном поле ЭДС на приемнике 3 возникает за счет магнитоупругого эффекта.
При подаче переменного тока в излучатель 4 из-за магнитострикционного эффекта участок испытуемого изделия 5 деформируется с частотой, равной удвоенной частоте переменного тока генератора (не показан), а за счет конструкции излучателя 4 в виде решетки формируются свободные ультразвуковые волны 7, распространяющиеся параллельно поверхности контроля 6 и воспринимаемые приемником 3.
Путем измерения амплитуды и времени прохождения ультразвуковых волн, поступающих на приемник 3, в соответствии с принципом действия электромагнитно-акустического преобразователя могут быть проконтролированы сплошность изделия 5, скорость распространения волн в изделии 5.
Источники информации
1. Патент РФ № 2390014, G01N29/04. Электромагнитно-акустический преобразователь. Опубликован 20.05.2010. Бюл. № 14.
2. Буденков Б.А., Буденков Г.А. и др. Бесконтактный ввод и прием ультразвука. - Дефектоскопия, 1969, №1, с.121-123.
3. Глухов Н.А., Колмогоров В.Н. Определение оптимальных параметров электромагнитно-акустических преобразователей для контроля ферромагнитных листов. - Дефектоскопия, 1973, №1, с.74-81.

Claims (2)

1. Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля изделий из ферромагнитного материала, содержащий каркас из немагнитного материала, в котором закреплены узел подмагничивания и выполненные в виде последовательно разнесенных в пространстве решеток излучатель и приемник, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности контроля приемник размещен на обращенном к изделию полюсе постоянного магнита или электромагнита узла намагничивания, а излучатель размещен на держателе, закрепленном в корпусе, при этом шаг между синфазными проводниками приемника пропорционален длине возбуждаемой волны, а шаг между синфазными проводниками излучателя пропорционален удвоенной длине возбуждаемой волны.
2. Электромагнитно-акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что приемник размещен между двумя обращенными к изделию магнитными полюсами различной магнитной полярности узла намагничивания.
RU2015103219/28A 2015-02-03 2015-02-03 Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов RU2584274C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015103219/28A RU2584274C1 (ru) 2015-02-03 2015-02-03 Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015103219/28A RU2584274C1 (ru) 2015-02-03 2015-02-03 Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2584274C1 true RU2584274C1 (ru) 2016-05-20

Family

ID=56012051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015103219/28A RU2584274C1 (ru) 2015-02-03 2015-02-03 Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2584274C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1758546A1 (ru) * 1988-11-14 1992-08-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов Электромагнитно-акустический преобразователь дл неразрушающего контрол
US6125706A (en) * 1997-07-25 2000-10-03 Buttram; Jonathan D. High temperature electromagnetic acoustic transducer
US6561035B2 (en) * 2000-11-15 2003-05-13 Frank Passarelli, Jr. Electromagnetic acoustic transducer with recessed coils
RU2334981C1 (ru) * 2007-02-20 2008-09-27 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" Электромагнитно-акустический преобразователь
RU2489713C2 (ru) * 2008-10-24 2013-08-10 Институт Др. Фёрстер Гмбх & Ко. Кг Электромагнитный акустический преобразователь и система ультразвукового контроля с таким преобразователем

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1758546A1 (ru) * 1988-11-14 1992-08-30 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт По Разработке Неразрушающих Методов И Средств Контроля Качества Материалов Электромагнитно-акустический преобразователь дл неразрушающего контрол
US6125706A (en) * 1997-07-25 2000-10-03 Buttram; Jonathan D. High temperature electromagnetic acoustic transducer
US6561035B2 (en) * 2000-11-15 2003-05-13 Frank Passarelli, Jr. Electromagnetic acoustic transducer with recessed coils
RU2334981C1 (ru) * 2007-02-20 2008-09-27 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" Электромагнитно-акустический преобразователь
RU2489713C2 (ru) * 2008-10-24 2013-08-10 Институт Др. Фёрстер Гмбх & Ко. Кг Электромагнитный акустический преобразователь и система ультразвукового контроля с таким преобразователем

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Глухов Н.А., Колмогоров В.Н., Определение оптимальных параметров электромагнитно-акустических преобразователей для контроля ферромагнитных листов, Дефектоскопия, 1973, N 1, с. 74 - 81. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4127035A (en) Electromagnetic transducer
Isla et al. EMAT phased array: A feasibility study of surface crack detection
US4295214A (en) Ultrasonic shear wave transducer
Wang et al. Numerical and experimental analysis of unidirectional meander-line coil electromagnetic acoustic transducers
US6924642B1 (en) Magnetorestrictive transducer for generating and measuring elastic waves, and apparatus for structural diagnosis using the same
KR101061590B1 (ko) 자기 변형 트랜스듀서, 이를 이용한 구조 진단 장치 및 구조 진단 방법
KR100573736B1 (ko) 비틀림파를 발생 및 측정할 수 있는 트랜스듀서와 이를이용한 이상진단 장치 및 방법
US8356519B2 (en) Non-contact type transducer for rod member having multi-loop coil
JP2015206782A (ja) 残留応力評価方法及び残留応力評価装置
Liu et al. A flexible and noncontact guided-wave transducer based on coils-only EMAT for pipe inspection
JP4203045B2 (ja) テールパッチを利用した磁気変形トランスデューサと、それを利用した弾性波測定装置
CN102706966B (zh) 水平剪切电磁超声探头
RU2610931C1 (ru) Способ вихретокового контроля электропроводящих объектов и устройство для его реализации
RU2298786C2 (ru) Электромагнитные акустические измерительные преобразователи
Sun et al. A modified design of the omnidirectional EMAT for antisymmetric Lamb wave generation
JP2017161454A (ja) 電磁超音波センサ
US20240013767A1 (en) Multi-element electromagnetic acoustic transducer for guided wave generation and detection
RU2584274C1 (ru) Электромагнитно-акустический преобразователь для контроля ферромагнитных материалов
US20060173341A1 (en) Electromagnetic ultrasound converter
KR20130064171A (ko) 전방향 전단수평파 변환을 위한 자기변형 트랜스듀서
US20230228717A1 (en) Method for non-destructively testing objects, in particular planar objects, made of a fibre-reinforced composite material
JPH11125622A (ja) Sh波電磁超音波トランスデューサ及び計測方法
JP2009145056A (ja) 電磁超音波探触子および電磁超音波探傷装置
Aliouane et al. Electromagnetic acoustic transducers (EMATs) design evaluation of their performances
JP2538596B2 (ja) 電磁超音波トランスジュ−サ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170204