RU54198U1 - DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS - Google Patents

DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS Download PDF

Info

Publication number
RU54198U1
RU54198U1 RU2005127925/22U RU2005127925U RU54198U1 RU 54198 U1 RU54198 U1 RU 54198U1 RU 2005127925/22 U RU2005127925/22 U RU 2005127925/22U RU 2005127925 U RU2005127925 U RU 2005127925U RU 54198 U1 RU54198 U1 RU 54198U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emat
amplifier
inductor
winding
input
Prior art date
Application number
RU2005127925/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наум Аронович Кеслер
Original Assignee
Наум Аронович Кеслер
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 Наум Аронович Кеслер filed Critical Наум Аронович Кеслер
Priority to RU2005127925/22U priority Critical patent/RU54198U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU54198U1 publication Critical patent/RU54198U1/en

Links

Abstract

Устройство содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов (ГЗИ), электромагнито-акустический преобразователь (ЭМАП), предварительный усилитель, импульсный подмагничивающий электромагнит и блок питания, отличающееся тем, что в него включены ЭМА, состоящий из многоэлементного индуктора, арифметически логическое устройство последовательно соединенное со вторым блоком ЦАП и входами предварительного усилителя и сменная плата для согласования выхода предварительного усилителя с входами «мокрых» толщиномеров и дефектоскопов, а между синхронизатором и блоком ГЗИ включены, соответственно, n блоков плавно регулируемых задержек, при этом элементы ЭМАП выполнены в виде тонкой металлической пластины, на которую наматываются приемные обмотки, поверх которых наматываются генераторная обмотка, а между выходами приемных обмоток каждого элемента индуктора и входом предварительного усилителя последовательно включены дифференциальный усилитель, блок управляемых задержек и когерентный сумматор. При этом между каждым блоком формирования пачки в/ч сигналов и предусилителем мощности ГЗИ включены последовательно соединенные усилитель-ограничитель и когерентный сумматор.The device contains a serially connected synchronizer, a probe pulse generator (GZI), an electromagnetic-acoustic transducer (EMAP), a preamplifier, a pulsed magnetizing electromagnet and a power supply unit, characterized in that it includes an EMA consisting of a multi-element inductor, an arithmetic logic device connected in series with a second DAC unit and pre-amplifier inputs and a replacement board for matching the output of the pre-amplifier with wet inputs testers and flaw detectors, and between the synchronizer and the GZI block, respectively, n blocks of continuously adjustable delays are included, while the EMAT elements are made in the form of a thin metal plate on which the receiving windings are wound, over which the generator winding is wound, and between the outputs of the receiving windings of each element the inductor and the input of the pre-amplifier are sequentially connected to a differential amplifier, a block of controlled delays and a coherent adder. In this case, between each block of formation of a pack of high-frequency signals and a preamplifier of GZI power, a series-connected amplifier-limiter and a coherent adder are connected.

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в металлургии, машиностроении и при контроле различных изделий (труб, листов, сварных соединений и др.) при монтаже и эксплуатации атомных и тепловых электростанций.The invention relates to the field of non-destructive testing and can be used in metallurgy, mechanical engineering and in the control of various products (pipes, sheets, welded joints, etc.) during the installation and operation of nuclear and thermal power plants.

На протяжении многих десятилетий в практике ультразвукового контроля различных изделий из металлов и сплавов находили и находят широкое применение ультразвуковая дефектоскопия и толщинометрия, и структурометрия с применением в качестве измерителя и приемника пъезоэлементов. При этом необходимым условием является применение жидкости между рабочей поверхностью пъезодатчика и поверхностью контролируемого изделия, так называемый "мокрый" метод.For many decades, in the practice of ultrasonic testing of various products from metals and alloys, ultrasonic flaw detection and thickness measurement, and structural measurement using piezoelectric elements as a meter and receiver have been and are widely used. In this case, the necessary condition is the use of fluid between the working surface of the piezoelectric sensor and the surface of the controlled product, the so-called "wet" method.

Практически, указанные выше отрасли промышленности во всем мире насыщены "мокрыми" дефектоскопами и толщиномерами общего и специализированного назначения (см. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - С.142-235.). Достаточно глубоко и подробно освещены вопросы теории УЗ дефектоскопии, толщинометрии и структурометрии "мокрым" методом. Вследствие того, что "мокрый" контакт между поверхностью пъезодатчиков (ПЭП) и поверхностью контролируемого изделия приводит к очень большим неприятностям (прежде всего - нестабильность контакта в зависимости от состояния поверхности изделия, которая приводит к уменьшению точности дефектоскопии и толщинометрии) впервые в 1933 г. был использован бесконтактный электромагнито-акустический (ЭМА) метод дефектоскопии и структуроскопии. Аналитический обзор этого метода (в части развития теории и практики) был выполнен Г.А.Буденковым, С.Ю.Гуревичем в статье "Современное состояние бесконтактных методов и средств УЗ контроля", ("Дефектоскопия", 1981 г., №5, стр.6-22). Этот обзор охватывает период вплоть до 1978 г. In practice, the above industries around the world are saturated with "wet" flaw detectors and thickness gauges for general and specialized purposes (see Non-Destructive Testing and Diagnostics: Reference / Edited by V.V. Klyuyev. - M .: Mechanical Engineering, 1995. - P. 142-235.). The issues of the theory of ultrasonic flaw detection, thickness measurement and structuremetry by the wet method are sufficiently deeply and thoroughly covered. Due to the fact that “wet” contact between the surface of the piezoelectric sensors (PEP) and the surface of the controlled product leads to very big troubles (first of all, the instability of the contact depending on the state of the surface of the product, which reduces the accuracy of flaw detection and thickness measurement) for the first time in 1933. The contactless electromagnetic-acoustic (EMA) method of defectoscopy and structurescopy was used. An analytical review of this method (in terms of the development of theory and practice) was carried out by G.A. Budenkov, S.Yu. Gurevich in the article "The Current State of Contactless Methods and Means of Ultrasound Monitoring" ("Defectoscopy", 1981, No. 5, pg. 6-22). This review covers the period up to 1978.

Большой всплеск работ посвященных теории и практике в развитии ЭМА методов произошел примерно в последние 4-6 лет. Обзор работ (в основном современных ЭМА-толщиномеров) нашел отражение, частично в статье Г.М.Сучкова "Возможности современных ЭМА-толщиномеров" (Дефектоскопия, 2004, №12, стр.16-35).A large surge in the works devoted to theory and practice in the development of EMA methods has occurred around the last 4-6 years. A review of the works (mainly of modern EMA thickness gauges) was reflected, in part, in the article by G. M. Suchkov “Possibilities of modern EMA thickness gauges” (Defectoscopy, 2004, No. 12, pp. 16-35).

Из этой работы следует, что к настоящему времени различными организациями (НИИ электронной интроскопии г. Москва, НИИИН, ИЭС им. Патона г. Киев, ЗАО НИИНН МНПО СПЕКТР г. Москва, ЗАО "НИКО-ТЬЮБ" г. Никополь, Харьковский политехнический институт и др.) разработан целый ряд ЭМА-толщиномеров ручных и автоматических установок, таких как УВТ-03, УТ-40Б, УТ-80Б, ЭМАТ-100, ЭМАТ-1, КРМ-Ц-"Дельта"; А1270, отличительной особенностью которых является:It follows from this work that by now various organizations (Scientific Research Institute of Electronic Introscopy Moscow, NIIIN, IES named after Paton Kiev, CJSC NIINN INGO SPECTRUM Moscow, CJSC NIKO-Tube Nikopol, Kharkov Polytechnic Institute and others) a number of EMA thickness gauges for manual and automatic installations, such as UVT-03, UT-40B, UT-80B, EMAT-100, EMAT-1, KRM-Ts- "Delta"; A1270, the distinguishing feature of which is:

- повышение импульсной мощности от 600 Вт до 12 квт с током в индукторе до 100 А (в основном для установок);- increase in pulse power from 600 W to 12 kW with a current in the inductor up to 100 A (mainly for installations);

- формирование оптимальной формы, длительности и частоты синусоидального в/ч сигнала;- the formation of the optimal shape, duration and frequency of the sinusoidal high-frequency signal;

- корреляционный способ обработки информации или когерентное накопление сигнала с целью уменьшения погрешности измерения и толщины контролируемых изделий (А270 и ЭМАТ-100).- a correlation method of processing information or coherent signal accumulation in order to reduce the measurement error and the thickness of the controlled products (A270 and EMAT-100).

К основным недостаткам следует отнести:The main disadvantages include:

- не достаточно оптимальное построение индуктора ЭМАП с целью получения максимального значения AW в/ч импульса (не только за счет увеличения импульсной мощности генератора зондирующих импульсов (ГЗИ) и увеличения тока индуктора до 100 А);- not enough optimal construction of the EMAT inductor in order to obtain the maximum value of AW w / h pulse (not only by increasing the pulse power of the probe pulse generator (GZI) and increasing the inductor current to 100 A);

- значительные величины индукции В в зазоре - до 1,2 Тс, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик ЭМАП (сильное притяжение его к контролируемой поверхности);- significant values of induction B in the gap - up to 1.2 Tc, which leads to a deterioration in the operational characteristics of the EMAT (its strong attraction to the controlled surface);

- отсутствие рекомендаций по управлению диаграммой излучения ЭМАП с целью достижения максимальной чувствительности.- lack of recommendations for managing the EMAT radiation pattern in order to achieve maximum sensitivity.

Эти недостатки в значительной степени устраняются в предложенном автором электромагнито-акустическом преобразователе (Патент на изобретение №2246101 С 2 G 01 N 29/04) с приоритетом от 17 марта 2003 г.These disadvantages are largely eliminated in the proposed electromagnetic acoustic transducer (Patent for invention No. 2246101 C 2 G 01 N 29/04) with priority dated March 17, 2003.

В этом изобретении предложен многоэлементный (многоиндукторный) ЭМАП позволяющий существенно увеличить AW в/ч сигнала, без существенного увеличения его мощности и создающий предпосылки для создания фазированных решеток, позволяющих управлять диаграммой направленности ЭМАП, как прямых (например, фокусировка УЗ пучка), так и создание наклонных ЭМАП.This invention proposes a multi-element (multi-inductor) EMAT that can significantly increase AW w / h of the signal, without significantly increasing its power and creating the prerequisites for creating phased arrays that allow you to control the directivity pattern of EMAT, both straight lines (for example, focusing of the ultrasound beam), and creating inclined EMAT.

С учетом сказанного, в т.ч. и названных недостатков, к настоящему времени существенно продвинулись работы по разработке ЭМА толщиномеров (портативных и автоматизированных установок). Это нашло отражение на количестве и качестве ЭМА толщиномеров и дефектоскопов, выставленных на 4-ой Международной выставке и конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности", Москва. 17-20 мая 2005 г.In view of the foregoing, incl. and these shortcomings, to date, work has progressed significantly on the development of EMA thickness gauges (portable and automated installations). This was reflected in the quantity and quality of EMA thickness gauges and flaw detectors displayed at the 4th International Exhibition and Conference "Non-Destructive Testing and Technical Diagnostics in Industry", Moscow. May 17-20, 2005

На этой выставке были представлены:At this exhibition were presented:

Фирмой PANAMETRIR-NDT, США представлен прямой ЭМАП типа E110-SB, работающий совместно с дефектоскопом LSB-74-4 и фильтром-адаптером типа 1/2 ХА/Е110, а также с толщинометрами 37 DL PLUS и ЕРОСН4 PLUS. (Диапазон контроля - 2,0-125 мм, при температуре детали - от 0 до 80 С, через толстый слой коррозии).The company PANAMETRIR-NDT, USA presents a direct EMAT type E110-SB, working in conjunction with the LSB-74-4 flaw detector and filter adapter type 1/2 XA / E110, as well as with thickness gauges 37 DL PLUS and ЕРОСН4 PLUS. (The control range is 2.0-125 mm, at a temperature of the part - from 0 to 80 C, through a thick layer of corrosion).

2. Универсальный толщиномер "4Д4-Т" фирмы "Вотум" Москва, оснащенный ЭМАП - раздельным и ЭМАП - раздельно-совмещенным, использующий корреляционно-фазовый метод обработки. Диапазон контроля - 0,3-60 мм, погрешность - 10 мкм.2. Universal thickness gauge "4D4-T" of the company "Votum" Moscow, equipped with EMAT - separate and EMAT - separately combined, using the correlation-phase processing method. The control range is 0.3-60 mm, the error is 10 microns.

3. Ассоциация "СПЕКИР-ГРУПП", Москва.3. Association "SPEKIR-GROUP", Moscow.

3.1. ЭМА толщиномер А 1270 (в основном для алюминиевых сплавов), с применением корреляционной обработки информации.3.1. EMA thickness gauge A 1270 (mainly for aluminum alloys), using correlation information processing.

- диапазон контроля толщин - 0,5-100 мм- thickness control range - 0.5-100 mm

- дискретность измерения - 0,01 мм- measurement resolution - 0.01 mm

- масса - 650 г.- weight - 650 g.

- рабочие частоты - 2,5-5,0 МГц.- operating frequencies - 2.5-5.0 MHz.

3.2. ЭМА - дефектоскоп А1272, с применением прямых ЭМАП.3.2. EMA - flaw detector A1272, using direct EMAT.

- рабочие частоты 0,4; 1,0; 1,8 МГц- operating frequencies 0.4; 1.0; 1.8 MHz

- питание - аккумуляторы- power - batteries

- габариты - 250×160×110 мм- dimensions - 250 × 160 × 110 mm

- масса электронного блока - 2,7 кг.- the mass of the electronic unit is 2.7 kg.

4. ЗАО НИИИН МНПО "СПЕКТР", Москва.4. CJSC NIIIN MNPO "SPECTR", Moscow.

Толщиномер ЭМАТ - 100. Контролируемые материалы в т.ч. ферромагнитные стали и сплавы. Применяется когерентное накопление сигналов.EMAT thickness gauge - 100. Controlled materials including ferromagnetic steels and alloys. Coherent signal accumulation is applied.

- диапазон контролер толщин - 3-50,0 мм- thickness controller range - 3-50.0 mm

абсолютная погрешность измерения толщины, d, мм - (0,1+0,001 Т), где Т - номинальное значение толщины;absolute error of thickness measurement, d, mm - (0.1 + 0.001 T), where T is the nominal thickness value;

- габаритные размеры, электронного блока, мм - 195×100×45- overall dimensions, electronic unit, mm - 195 × 100 × 45

- масса с батареями "Крона ВЦ" - не более 0,6 кг.- weight with batteries "Krona VTs" - not more than 0.6 kg.

5. ООО "Компания Нординкрафт", г. Череповец.5. LLC "Company Nordinkraft", Cherepovets.

Установки ЭМА автоматизированного УЗК типа "Маяк-7-02", "Север 6-08-3000-2", "Волна 6 - Оскол"EMA installations for automated ultrasonic testing of the type "Mayak-7-02", "North 6-08-3000-2", "Wave 6 - Oskol"

- толщина контролируемы стенок - 2-60 мм- thickness of the controlled walls - 2-60 mm

- температура поверхности труб - +20 до +400 С- pipe surface temperature - +20 to +400 C

- масса электронного оборудования - ≤250 кг.- mass of electronic equipment - ≤250 kg.

6. НПП "Вигор", Москва.6. NPP Vigor, Moscow.

6.1. Многоканальный аналого-цифровой программно-аппаратный комплекс УД-ЭМА-РСП, для однониточного контроля рельсов (4D-EMA-RO-2)6.1. Multichannel analog-to-digital hardware-software complex UD-EMA-RSP, for single-wire rail monitoring (4D-EMA-RO-2)

- частота УЗК, МГц - 1,8 - прямой канал- ultrasound frequency, MHz - 1.8 - direct channel

- 1,0 - наклонный канал;- 1,0 - inclined channel;

- угол ввода УЗК, град. - 0; 45; 90;- input angle of ultrasonic testing, city. - 0; 45; 90;

- импульсная мощность зондирующих импульсов, квт - 30,0;- pulse power of the probe pulses, kW - 30.0;

- потребляемая мощность, ВА - не более 200,0.- power consumption, VA - not more than 200.0.

Перечисленная выше аппаратура выпускается серийно. Представленная на международной выставке 2005 г. (и в предшествующие годы) ЭМА аппаратура свидетельствует о существенном пробеле в теоретических и экспериментальных исследованиях акустического поля ЭМАП в зависимости от его конструктивных и схемных решений, что затрудняет разработку наклонных ЭМАП для дефектоскопии различных металлов и сплавов. Это в меньшей степени, по известным причинам, касается дефектоскопии с помощью прямых ЭМАП. Кроме теоретических и экспериментальных исследований полей ЭМАП, выполненных в указанных обзорах и справочниках, в последние годы, появились теоретические исследования поля ЭМАП при прямом и наклонном возбуждении УЗК объемных волн.The equipment listed above is mass-produced. The EMA equipment presented at the 2005 international exhibition (and in previous years) indicates a significant gap in the theoretical and experimental studies of the acoustic field of the EMAT depending on its design and circuit solutions, which complicates the development of inclined EMAT for flaw detection of various metals and alloys. To a lesser extent, for well-known reasons, this concerns flaw detection using direct EMAT. In addition to theoretical and experimental studies of the EMAT fields carried out in the above reviews and reference books, in recent years, theoretical studies of the EMAT field have appeared in the case of direct and inclined excitation of ultrasonic scanning of body waves.

Здесь, намеренно, не упоминаются работы связанные с возбуждением и приемом нормальных волн ЭМА методом, поскольку они достаточно хорошо описаны в первом обзоре и справочнике и не вызывают особых затруднений в разработке ЭМАП и аппаратуры для дефектоскопии и структуроскопии тонкостенных листов, труб, в т.ч. с коррелированными поверхностями (см. статью Г.М.Сучкова, Ю.А.Катасонова "О практическом применении ЭМАП для дефектоскопии поверхности изделий сложной формы эхо-методом", ж. Дефектоскопия, 1999 г., №10, стр.15-19).Here, intentionally, the works related to the excitation and reception of normal waves by the EMA method are not mentioned, since they are quite well described in the first review and reference book and do not cause special difficulties in the development of EMAT and equipment for defectoscopy and structuroscopy of thin-walled sheets, pipes, including . with correlated surfaces (see the article by G.M.Suchkov, Yu.A. Katasonov "On the practical application of EMAT for flaw detection of the surface of products of complex shape using the echo method", J. Defectoscopy, 1999, No. 10, pp. 15-19 )

В работе В.Е.Чебанова, В.И.Горделий "Теоретическое и экспериментальное исследование ЭМА-преобразователей" (4-я Национальная научно-техническая конференция и выставка "Неразрушающий контроль и техническая диагностика - 2003", Киев, 19-23 травня 2003 г.) теоретически и экспериментально исследовались прямые ЭМАП с индуктором типа "бабочка", а также преобразователь с переменным шагом между токопроводами катушки.In the work of V.E. Chebanov, V.I. Gordeliy "Theoretical and experimental study of EMA converters" (4th National Scientific and Technical Conference and Exhibition "Non-Destructive Testing and Technical Diagnostics - 2003", Kiev, May 19-23, 2003 d) theoretically and experimentally investigated direct EMAT with a butterfly-type inductor, as well as a converter with a variable pitch between the coil conductors.

Приведены расчетные и экспериментальные данные зависимости амплитуды УЗК от отражателя и от угла его наклона по отношению к вертикали. Отмечается, что на основании этих исследований удалось спроектировать ЭМАП надежно работающий под большими углами.The calculated and experimental data on the dependence of the amplitude of ultrasonic testing on the reflector and on the angle of its inclination with respect to the vertical are presented. It is noted that, based on these studies, it was possible to design EMAT reliably working at large angles.

Однако в работе отсутствуют более менее простые и четкие соотношения для наклонных ЭМАП на заданный угол ввода с необходимой чувствительностью.However, there are no more or less simple and clear relations for inclined EMATs at a given input angle with the necessary sensitivity.

Отсутствует достаточно прозрачная связь размеров рабочей части ЭМАП с количеством витков, диаметром провода с привязкой к длине волны λt или λ1, как для линейных катушек так и для спиральных, величины зазора, конструктивных особенностей датчиков обеспечивающих однородные в/ч и подмагничивающие поля, влияющие на соотношение сдвиговой и продольной составляющих и в итоге - на диаграмму направленности ЭМАП в режиме излучение - прием.There is no sufficiently transparent relationship between the dimensions of the EMAT working part and the number of turns, wire diameter with reference to the wavelength λt or λ1, both for linear coils and for spiral coils, gap sizes, design features of sensors providing homogeneous I / O and magnetizing fields that affect the ratio shear and longitudinal components and, as a result, to the EMAT radiation pattern in the radiation - reception mode.

В работе Г.М.Сучкова, Ю.А.Катасонова "Экспериментальные исследования нового способа бесконтактной ультразвуковой дефектоскопии труб эхо-методом" (ж. "Дефектоскопия", 1999 г., №11, стр.77-80) приведены результаты экспериментальных исследований по контролю ЭМА методом труб ⌀28 мм с толщиной стенки d=1 мм, ⌀51,3 мм, d=3,5 мм (сталь 45), повидимому, с помощью нормальных волн, труб ⌀168 мм, d=10,4 мм; ⌀12,3 мм, d=7 мм с помощью объемных волн.The work of G.M.Suchkov, Yu.A. Katasonov "Experimental studies of a new method of non-contact ultrasonic flaw detection of pipes by the echo method" (J. "Defectoscopy", 1999, No. 11, p. 77-80) presents the results of experimental studies according to the EMA control by the method of мм28 mm pipes with wall thickness d = 1 mm, ⌀51.3 mm, d = 3.5 mm (steel 45), apparently, using normal waves, pipes ⌀168 mm, d = 10.4 mm; ⌀12.3 mm, d = 7 mm using body waves.

УЗ импульсы возбуждали и принимали ЭМАП с одной поверхности. Рабочая зона ЭМАП имела размеры 6×12 мм. Величина поляризующего магнитного поля составляла 0,6 Тс. Зазор между ЭМАП и поверхностью металла равнялся 0,5 мм, частотный диапазон - 2-2,7 МГц, длительность импульсов изменялась в интервале от 1 до 18 периодов. При этом уверенно обнаруживали продольные и поперечные дефекты на наружной и внутренней поверхностях труб, а так же внутренние дефекты в стенке трубы листа при доступе с одной стороны. Отмечается, что с высокой достоверностью определяются дефекты типа трещин с раскрытием менее 0,1 мм и глубиной более 0,2 мм, а также непровары в сварных швах.Ultrasound pulses excited and received EMAT from one surface. The EMAT working area was 6 × 12 mm. The magnitude of the polarizing magnetic field was 0.6 Tc. The gap between the EMAT and the metal surface was 0.5 mm, the frequency range was 2-2.7 MHz, the pulse duration varied in the range from 1 to 18 periods. In this case, longitudinal and transverse defects were confidently detected on the outer and inner surfaces of the pipes, as well as internal defects in the wall of the sheet pipe when accessed from one side. It is noted that defects with cracks with an opening of less than 0.1 mm and a depth of more than 0.2 mm, as well as lack of penetration in welds, are determined with high reliability.

Одновременно, одним и тем же описанным выше датчиком способ позволяет измерять толщину изделия.At the same time, with the same sensor described above, the method allows to measure the thickness of the product.

При этом не приведены никакие сведения о конструкции ЭМАП, типе обмотки, особенностях ее намотки и особенностях электронной аппаратуры.At the same time, no information is given on the design of the EMAT, the type of winding, the features of its winding and the features of electronic equipment.

В работе Г.М.Сучкова, Ю.А.Катасонова, В.В.Гарькавого "Экспериментальные исследования чувствительных ЭМАП при дефектоскопии эхо методом сдвиговыми объемными волнами", (ж. Дефектоскопия, 200, №2, стр.12-16) приведены результаты экспериментальных исследований чувствительности прямого ЭМАП в режиме эхо-контроля металла рельсов. Сделан вывод о возможности дефектоскопии металлов с помощью ЭМАП эхо-методом с чувствительностью, близкой к чувствительности пъезопреобразователей. Об ЭМАП сказано лишь, что в нем использован постоянный магнит, который создает индукцию в зазоре В=0,6 Тс, индуктор содержит 20 витков медного провода ПЭВ 0,2 мм, размер рабочей зоны индуктора 6×12 мм. Генератор зондирующих импульсов позволяет формировать в индукторе ЭМАП пакеты импульсов тока амплитудой 12-18А, напряжением 200-3000 В. Пакет содержит от 1 до 18 периодов тока высокой частоты. Частота заполнения регулируется от 1 до 10 периодов в пределах 1,8-5 МГц. Генератор потребляет около 35 Вт. Предварительный усилитель выполнен с коэффициентом усиления регулируемым в пределах 10-5000 раз. Шум, приведенный к входу усилителя не превышает 0,2-0,3 МКВ.In the work of G.M.Suchkov, Yu.A. Katasonov, V.V. Garkavogo "Experimental studies of sensitive EMAT during defectoscopy of an echo by the method of shear volume waves" (J. Defectoscopy, 200, No. 2, pp. 12-16) are given The results of experimental studies of the sensitivity of direct EMAT in the mode of echo control of metal rails. It is concluded that metal flaw detection is possible using the EMAT using an echo method with a sensitivity close to that of piezoelectric transducers. It is only said about EMAT that it uses a permanent magnet that creates induction in the gap B = 0.6 Tc, the inductor contains 20 turns of copper wire PEV 0.2 mm, the size of the working zone of the inductor is 6 × 12 mm. The probe pulse generator makes it possible to form packets of current pulses with an amplitude of 12-18A and voltage of 200-3000 V in the EMAT inductor. The packet contains from 1 to 18 periods of high frequency current. The filling frequency is adjustable from 1 to 10 periods within 1.8-5 MHz. The generator consumes about 35 watts. The pre-amplifier is made with a gain adjustable within 10-5000 times. The noise brought to the input of the amplifier does not exceed 0.2-0.3 MKV.

Сведения о типе обмотки индуктора и его особенностях отсутствует. Подчеркивается, что мертвая зона при эхо-методе контроля не превышает 7-8 мм.There is no information on the type of inductor winding and its features. It is emphasized that the dead zone with the echo control method does not exceed 7-8 mm.

Известна также работа В.А.Комарова "Акустическое поле ближней зоны излучения при ЭМАП в металлах" (ж. Дефектоскопия, 200 г., №3, стр.56-68).Also known is the work of V.A. Komarov, “Acoustic field of the near radiation zone in EMAT in metals” (J. Defectoscopy, 200, No. 3, pp. 56-68).

В этой работе проанализировано поведение объемных волн, генерированных круглой шиной (обмотка ЭМАП близкая к спиральной). Целью данной статьи являлось получение сведений о поведении акустического поля в твердой хорошо проводящей среде (металле) при его излучении за счет электромагнито-акустического преобразования на основе индуктивных излучателей. Принципиальное различие контактных ("мокрых") излучателей и излучателей ЭМАП заключается в том, что первые, как правило, однофазны (вся плоскость излучает поле в одной фазе и в основном однофазно), а вторые зачастую двухфазны с неоднородным распределением сил.In this work, the behavior of body waves generated by a round bus (EMAT winding is close to spiral) is analyzed. The purpose of this article was to obtain information about the behavior of the acoustic field in a solid, well-conducting medium (metal) when it is emitted due to the electromagnetic-acoustic conversion based on inductive emitters. The fundamental difference between contact ("wet") emitters and EMAT emitters is that the former are, as a rule, single-phase (the entire plane emits a field in one phase and is mainly single-phase), while the latter are often two-phase with an inhomogeneous distribution of forces.

Для ЭМАП характерно, что распределение проекций первичного поля в материале зависит от его макроскопических характеристик; электропроводности и соотношения магнитных восприимчивостей. Существенное значение имеет степень затухания проекций полей вдоль границы раздела сред, меняющая как форму излучателя, так и градиенты проекций полей вдоль границы в зависимости от величины упомянутых параметров среды. Даже контур вихревого тока в проводящей среде примерно повторяет контур тока в излучателе только на высоких частотах.For EMAT it is characteristic that the distribution of the projections of the primary field in the material depends on its macroscopic characteristics; electrical conductivity and magnetic susceptibility ratio. The degree of attenuation of the projections of the fields along the interface is significant, changing both the shape of the emitter and the gradients of the projections of the fields along the boundary depending on the magnitude of the mentioned medium parameters. Even the eddy current loop in a conductive medium roughly repeats the current loop in the emitter only at high frequencies.

На основе расчетов и анализа сделаны следующие выводы:Based on the calculations and analysis, the following conclusions are made:

- ближняя зона у ЭМАП заметно меньше, чем у "мокрых" ПЭП;- the near zone of EMAT is noticeably smaller than that of "wet" probes;

- нулевой максимум излучения, как правило, затухает быстрее, чем второй, третий и др. В результате чего на больших расстояниях от границы диаграмму направленности формируют максимумы с большими порядковыми номерами, а в ближней - с меньшими.;- the zero radiation maximum, as a rule, attenuates faster than the second, third, etc. As a result, at large distances from the boundary, the directivity pattern is formed by maxima with large serial numbers, and in the near - with smaller ones .;

- в ближней зоне волны не являются чисто сдвиговыми или чисто продольными;- in the near zone, the waves are not purely shear or purely longitudinal;

- нулевой максимум формируется за счет незатухающей части спектра и, повидимому, распространяется со скоростью чистых мод. Также со скоростью близкой к объемной движется третий экстремум.- the zero maximum is formed due to the undamped part of the spectrum and, apparently, propagates with the speed of pure modes. The third extremum also moves at a speed close to the volumetric.

- с определенной точностью можно говорить, об условной точке (области) перехода ближней зоны в дальнюю зону излучения.- with a certain accuracy, we can talk about the conditional point (region) of the transition of the near zone to the far radiation zone.

На основании результатов этой работы можно сделать с определенной долей вероятности вывод, что многоэлементный спиральный индуктор с возможностью сдвига фаз, между его секциями позволит (по аналогии с кольцевым пъезопреобразователем); управлять зоной перехода ближней зоны в дальнюю, фокусировать УЗ пучок и смещать его по вертикали относительно плоскости контролируемого изделия.Based on the results of this work, it can be concluded with a certain degree of probability that a multi-element spiral inductor with the ability to phase shift between its sections will allow (by analogy with a piezo transducer); control the transition zone of the near zone to the far one, focus the ultrasound beam and shift it vertically relative to the plane of the controlled product.

Следовательно, для управления диаграммой направленности ЭМАП и улучшения структуры его поля целесообразна разработка оптимальной конструкции многоэлементного ЭМАП и электронной схемы его возбуждения, управления и Therefore, to control the EMAT radiation pattern and improve the structure of its field, it is advisable to develop the optimal design of a multi-element EMAT and the electronic circuit of its excitation, control and

обработки результатов контроля полученного с помощью ЭМАП с фазированием решеток.processing the results of control obtained using EMAT with phasing of gratings.

Наиболее актуальной задачей в настоящее время является теоретические и экспериментальные исследования ЭМА преобразователей в ферромагнитных материалах, наиболее распространенных в промышленности. Теория ЭМАП для неферромагнитных материалов, в которых эффект возбуждения упругих волн обусловлен силами Ампера, получила достаточное развитие в работах указанных в приведенном выше первом обзоре Г.А.Буденкова (см. стр.1). В работе Г.А.Буденкова, В.Н.Квятковского и др. достаточно тщательно была построена диаграмма направленности секционного ЭМАП сдвиговых волн, представляющего собой набор параллельных ленточных проводников с электромагнитом. Показано, что противофазное питание секций датчика обеспечивает наклонный ввод УЗК.The most urgent task at present is the theoretical and experimental studies of EMA converters in ferromagnetic materials, the most common in industry. The EMAT theory for non-ferromagnetic materials, in which the effect of the excitation of elastic waves is due to the forces of Ampere, has been sufficiently developed in the works of G.A. Budenkov mentioned in the first review above (see page 1). In the work of G.A. Budenkov, V.N. Kvyatkovsky, and others, the radiation pattern of a sectional EMAT of shear waves was rather carefully constructed, which is a set of parallel tape conductors with an electromagnet. It is shown that the antiphase power supply of the sensor sections provides an inclined input of ultrasonic testing.

В практике УЗ дефектоскопии наиболее часто бывает необходимым применять ЭМАП с несимметричной диаграммой направленности. Такой результат можно получить (см. стр.1 первого обзора), используя в качестве индуктора ЭМАП несколько плоских прямоугольных рамок, расположенных периодически в пространстве (датчик типа "решетка") и возбуждаемых с временным сдвигом Δt (ж. Дефектоскопия, 1974 г., №1, стр.38-41).In practice, ultrasonic flaw detection is most often necessary to use EMAT with an asymmetric radiation pattern. Such a result can be obtained (see page 1 of the first review) using several flat rectangular frames arranged periodically in space (a lattice-type sensor) and excited with a time shift Δt as an EMAT inducer (J. Defectoscopy, 1974, No. 1, pp. 38-41).

Исследования пространственной структуры полей объемных волн, возбуждаемых ЭМАП в неферромагнитных материалах в ближней и дальней зонах дифракции выполнены Г.Г.Луценко "К вопросу о наклонном излучении объемных сдвиговых волн с помощью ЭМАП", (ж. Дефектоскопия, 2001 г., №10, стр.36-47). Отмечено, что ввод волн в образец под тем или иным углом наиболее эффективен, когда индуктор является периодической структурой большой протяженности.The spatial structure of the fields of body waves excited by EMAT in non-ferromagnetic materials in the near and far diffraction zones was studied by G. G. Lutsenko "On the issue of oblique radiation of bulk shear waves using EMAT," (J. Defectoscopy, 2001, No. 10, pg. 36-47). It is noted that the introduction of waves into the sample at one angle or another is most effective when the inductor is a periodic structure of great length.

Показано, что введение фазового сдвига при возбуждении элементов индуктора приводит к ожидаемым эффектам: повороту главного максимума и, одновременно, к уменьшению максимальной амплитуды смещения и росту боковых лепестков в области малых углов.It is shown that the introduction of a phase shift during excitation of the inductor elements leads to the expected effects: a rotation of the main maximum and, at the same time, a decrease in the maximum displacement amplitude and an increase in side lobes in the region of small angles.

В заключении указывается на возможность наклонного ввода сдвиговой волны в металле при вихретоковом механизме возбуждения и достаточно малом расстоянии между плоскостью индуктора и поверхностью металла. Однако, увеличение угла ввода сопряжено с уменьшением амплитуды сдвиговой волны по сравнению с максимально возможным значением, которое наблюдается при синфазном возбуждении и вертикальной магнитной поляризации. Поэтому для реализации больших углов ввода с помощью ЭМАП целесообразна разработка ЭМАП с максимально возможной чувствительностью.The conclusion indicates the possibility of oblique input of a shear wave in a metal with an eddy current excitation mechanism and a sufficiently small distance between the inductor plane and the metal surface. However, an increase in the input angle is associated with a decrease in the amplitude of the shear wave in comparison with the maximum possible value that is observed with in-phase excitation and vertical magnetic polarization. Therefore, to implement large input angles using EMAT, it is advisable to develop EMAT with the highest possible sensitivity.

Анализ представленных выше теоретических и экспериментальных исследований по ЭМА методу УЗК металлов и сплавов (неферромагнитных и ферромагнитных) во многом дают представление о физических процессах имеющих место при возбуждении и приеме УЗК импульсов различных частот в зависимости от типа катушки индуктора, величины зазора, поля подмагничивания с помощью постоянных и импульсных магнитов. Изучены, с учетом определенных допущений, ультразвуковые поля и их характеристики в ближней и дальней зонах диаграммы направленности в зависимости от формы катушек индуктора, направления тока в их секциях и величины зазора. Вместе с тем, теоретические исследования в большинстве случаях, не дают конкретных соотношений для расчета ЭМАП прямых и особенно наклонных с заданными параметрами по чувствительности, характеристике диаграммы направленности поля УЗК, особенно для ферромагнитных сталей. Вместе с тем разработаны экспериментальные ЭМАП с учетом известных теоретических исследований. Но в основном, с учетом глубины проникновения конкретных разработчиков, в физические процессы имеющие место при возбуждении и приеме УЗК ЭМА методом.The analysis of the above theoretical and experimental studies on the EMA method of ultrasonic testing of metals and alloys (non-ferromagnetic and ferromagnetic) largely gives an idea of the physical processes that occur when excitation and reception of ultrasonic testing of pulses of different frequencies depending on the type of inductor coil, the gap, the magnetization field using permanent and pulsed magnets. Based on certain assumptions, ultrasonic fields and their characteristics in the near and far zones of the radiation pattern were studied depending on the shape of the inductor coils, the direction of the current in their sections and the size of the gap. At the same time, theoretical studies in most cases do not provide specific relationships for calculating EMATs of straight lines and especially inclined ones with given parameters in sensitivity, characteristic of the radiation pattern of the ultrasonic scanning field, especially for ferromagnetic steels. At the same time, experimental EMATs have been developed taking into account well-known theoretical studies. But basically, taking into account the depth of penetration of specific developers, they take place in physical processes during the excitation and reception of ultrasonic testing by the EMA method.

Благодаря этому разработаны, в первую очередь ЭМА толщиномеры (в т.ч. портативные серийного производства) и дефектоскопические установки, которые по своим эксплуатационным характеристикам (погрешности определения толщины, и выявлению минимально допустимых дефектов) не уступают современным "мокрым" толщиномерам и дефектоскопам, а по таким эксплуатационным характеристикам, как Thanks to this, first of all, EMA thickness gauges (including portable mass-produced) and flaw detectors, which are not inferior to modern "wet" thickness gauges and flaw detectors in their operational characteristics (thickness determination errors and the detection of minimum acceptable defects), are developed, and by performance characteristics such as

контроль по сильно корродированным поверхностям и покрытых толстым слоем неметаллических покрытий, температуре контролируемых изделий и скорости контроля в автоматизированном режиме, превосходит "мокрые" толщиномеры и дефектоскопы. Вместе с тем, существует и ряд недостатков ЭМА метода контроля. Это прежде всего невозможность контроля большого класса неметаллических изделий (пластмассы, бетон и др.), влияние магнитострикционного эффекта при контроле ферромагнитных металлов, отсутствие достаточно чувствительных ЭМАП наклонного типа, особенно на углы ввода более 40-50° большое значение индукции в зазоре, обеспечивающее необходимую чувствительность, но при этом имеющих сильное притяжение ЭМАП к поверхности контролируемого изделия (особенно для ферромагнитных сталей), которое препятствует сканированию изделия. Особенно для портативных ЭМА толщиномеров и дефектоскопов. Все это свидетельствует о том, что "мокрые", ЭМА толщиномеры и дефектоскопы, в настоящее время и в обозримом будущем лишь дополнит друг друга. И поскольку все отрасли промышленности во всех промышленно развитых странах насыщены "мокрыми" толщиномерами и дефектоскопами высокого класса с возможностью УЗ контроля металлических и неметаллических изделий по многочисленным технологиям контроля, в настоящее время целесообразна разработка универсальных ЭМА приставок с комплектом необходимых ЭМАП к "мокрым" толщиномерам и дефектоскопах, используя их аппаратную часть для селекции, обработки и представления полученной информации о характеристиках контролируемого изделия в форме необходимой для конкретной технологии контроля. Такое решение целесообразно и с экономической точки зрения, поскольку не все потребители способны дополнительно купить дорогостоящий законченный вариант ЭМА толщиномера или дефектоскопа.control over highly corroded surfaces and non-metallic coatings coated with a thick layer, temperature of controlled products and speed of control in an automated mode, surpasses “wet” thickness gauges and flaw detectors. However, there are a number of disadvantages of the EMA control method. First of all, it is the impossibility of controlling a large class of non-metallic products (plastic, concrete, etc.), the influence of the magnetostrictive effect in the control of ferromagnetic metals, the absence of sufficiently sensitive EMATs of an inclined type, especially on input angles of more than 40-50 °, a large value of induction in the gap, which provides the necessary sensitivity, but with a strong attraction of EMAT to the surface of the controlled product (especially for ferromagnetic steels), which prevents scanning of the product. Especially for portable EMA thickness gauges and flaw detectors. All this indicates that the "wet", EMA thickness gauges and flaw detectors, at present and in the foreseeable future, will only complement each other. And since all industries in all industrialized countries are saturated with “wet” thickness gauges and flaw detectors of high class with the possibility of ultrasonic testing of metal and nonmetallic products using numerous control technologies, it is currently advisable to develop universal EMA attachments with the set of necessary EMATs for “wet” thickness gauges and flaw detectors, using their hardware for selection, processing and presentation of the received information about the characteristics of the controlled product in the form of required for a specific control technology. This solution is also advisable from an economic point of view, since not all consumers are able to additionally buy an expensive finished version of an EMA thickness gauge or flaw detector.

Существующие в настоящее время наработки по разработке ЭМАП и электронной аппаратуры для ЭМА контроля различных изделий нашли отражение в многочисленных патентах, статьях и справочниках.The current developments in the development of EMAT and electronic equipment for EMA control of various products are reflected in numerous patents, articles and reference books.

С учетом указанного выше целью настоящего изобретения является разработка портативного ЭМА устройства с более высокой чувствительностью, In view of the above, the aim of the present invention is to develop a portable EMA device with higher sensitivity,

помехозащищенностью и возможностью дефектоскопии металлов и сплавов с помощью наклонных, ЭМАП, в т.ч. для больших углов ввода УЗК.noise immunity and the possibility of defectoscopy of metals and alloys using inclined EMAT, including for large input angles of ultrasonic testing.

Известен электромагнито-акустический дефектоскоп (А.с. SU 1377716 А1, G 01 N 29/24 от 3 мая 1989 г.), в котором с целью повышения чувствительности дефектоскопа его ЭМАП выполнен дифференциальным. Сигналы на обеих катушках синфазны и их выходы поданы на инверсный и неинверсные входы дифференциального усилителя.A known electromagnetic-acoustic flaw detector (A.S. SU 1377716 A1, G 01 N 29/24 of May 3, 1989), in which, with the aim of increasing the sensitivity of the flaw detector, its EMAT is made differential. The signals on both coils are in-phase and their outputs are fed to the inverse and non-inverse inputs of the differential amplifier.

Это решение имеет ограниченное применение поскольку предназначено для выявления дефектов, плоскость которых расположена параллельно поверхности контролируемого изделия (прямой ЭМАП).This solution has limited application because it is designed to detect defects whose plane is parallel to the surface of the controlled product (direct EMAT).

Известен также электромагнито-акустический преобразователь (А.с. SU 1587439 F1 G 01 N 29/04 от 23.08.90 г.), содержащий магнитную систему из двух разнополярных установленных на ферромагнитной пластине постоянных магнитов и вытянутую симметрично вдоль линии стыковки магнитов первую плоскую катушку и две аналогичные плоские катушки, расположенные соосно с первой одна под другой и электрически раздельно, причем первая и вторая катушки включены последовательно и являются приемными, а третья возбуждающая. Причем суммарное количество витков приемных катушек на порядок больше количества витков возбуждающей катушки, а габаритные размеры возбуждающей катушки не превышают габариты приемных катушек.Also known is an electromagnetic-acoustic transducer (A.S. SU 1587439 F1 G 01 N 29/04 of 08/23/90), containing a magnetic system of two bi-permanent permanent magnets mounted on a ferromagnetic plate and symmetrically elongated first flat coil elongated symmetrically along the line of connection of the magnets and two similar flat coils located coaxially with the first one below the other and electrically separate, the first and second coils being connected in series and receiving, and the third exciting. Moreover, the total number of turns of the receiving coils is an order of magnitude greater than the number of turns of the exciting coil, and the overall dimensions of the exciting coil do not exceed the dimensions of the receiving coils.

Такое решение, действительно, позволяет существенно повысить чувствительность ЭМА метода, но применимо только для толщинометрии и дефектоскопии прямым ЭМАП.Such a solution, indeed, can significantly increase the sensitivity of the EMA method, but is applicable only for thickness measurement and flaw detection by direct EMAT.

Известен электромагнито-акустический преобразователь (А.с. №357518, G 01 N 29/24 от 11.12.72 г.), в котором в каждом прямолинейном участке секций катушек индуктивности протекают противофазные токи и ЭМАП формирует как плоская противофазная антенная решетка акустическое поле в виде двух основных лепестков, максимумы которых наклонены под заданным углом к поверхности изделия.A known electromagnetic-acoustic transducer (A.S. No. 357518, G 01 N 29/24 of 12/11/72), in which antiphase currents flow in each rectilinear section of sections of inductance coils and the EMAT generates an acoustic field in the form of a flat antiphase antenna array in the form of two main petals, the maxima of which are tilted at a given angle to the surface of the product.

К недостаткам этого ЭМАП следует отнести, прежде всего наличие двух лепестков и низкую чувствительность из-за большой индуктивности катушки ЭМАП.The disadvantages of this EMAT should include, first of all, the presence of two lobes and low sensitivity due to the large inductance of the EMAT coil.

Известен также ЭМАП (А.с. №487343, М, 5, G 01 N 29/2), содержащий импульсный электромагнит и возбуждающий (приемный) элемент. При этом электромагнит выполнен в виде плоского намагничивающего проводника с подключенным к нему согласующим трансформатором и источником импульсного тока, а возбуждающий элемент - в виде трапецеидальной рамки из плоской ленты, подключенной к другому трансформатору и предназначенной для расположения между плоским намагничивающим проводником и контролируемым изделием симметрично относительно намагничивающего проводника.Also known EMAT (AS No. 487343, M, 5, G 01 N 29/2) containing a pulsed electromagnet and an exciting (receiving) element. In this case, the electromagnet is made in the form of a flat magnetizing conductor with a matching transformer and a pulse current source connected to it, and the exciting element is in the form of a trapezoidal frame made of a flat tape connected to another transformer and designed to be located symmetrically with respect to the magnetizing between the flat magnetizing conductor and the controlled product conductor.

Такой ЭМАП громоздок, потребляет большую мощность, так как через 1 виток проходит большой ток. Кроме того он малоэффективен, так как, несмотря на большой ток в одном витке, суммарное значение AW для в/ч импульса невелико. Такой ЭМАП, скорей всего, может быть применен для мощных стационарных установок.Such an EMAT is cumbersome, consumes a lot of power, since a large current passes through 1 turn. In addition, it is ineffective, because, despite the large current in one turn, the total value of AW for the high-frequency pulse is small. Such an EMAT, most likely, can be used for powerful stationary installations.

Известна серия изобретений по разработке ЭМАП для возбуждения нормальных волн:A known series of inventions for the development of EMAT for the excitation of normal waves:

- А.с. №410306, G 01 N 29/24 посвящено разработке проходного ЭМАП для возбуждения нормальных волн в цилиндрических изделиях;- A.S. No. 410306, G 01 N 29/24, is devoted to the development of a continuous EMAT for the excitation of normal waves in cylindrical products;

- А.с. №596876, М, кл.5, G 01 N 29/10 - посвящено разработке ЭМА способа контроля ферромагнитных изделий, при котором вектор напряженности низкочастотного магнитного поля ориентируют по отношению к удаленным сторонам рамки индуктора под углом, величину которого выбирают из условия получения равных амплитуд импульсов поперечной и продольной нормальных волн на заданной базе контроля.- A.S. No. 596876, M, class 5, G 01 N 29/10 - it is devoted to the development of an EMA method for controlling ferromagnetic products, in which the vector of the low-frequency magnetic field is oriented with respect to the remote sides of the inductor frame at an angle, the value of which is chosen from the conditions for obtaining equal amplitudes pulses of transverse and longitudinal normal waves at a given control base.

Известно "Устройство для электромагнито-акустического контроля" (А.с. №1784909 А1, G 01 N 29/24), в котором, с целью повышения точности определения местонахождения дефектов и достоверности контроля, в его индукторе внутрилежащие секции n-ой катушки последовательно сопряжены с внутрилежащими It is known "Device for electromagnetic-acoustic control" (A.S. No. 1784909 A1, G 01 N 29/24), in which, in order to improve the accuracy of determining the location of defects and the reliability of control, in its inductor are the internal sections of the nth coil in series interfaced

участками остальных катушек. При этом все катушки электрически соединены и расположены так, что сопрягаемые участки при открытых ключах включены встречно, а несопрягаемые участки - электрически согласно. При этом достоверность контроля достигается за счет возбуждения зондирующих ультразвуковых импульсов по достаточно протяженному контуру и регистрация их на локальном участке с максимально однородным распределением упругого поля.sections of the remaining coils. Moreover, all coils are electrically connected and arranged so that the mating sections with open keys are turned on in the opposite direction, and the non-mating sections are electrically according to. In this case, the reliability of the control is achieved due to the excitation of probe ultrasonic pulses along a sufficiently long contour and their registration in the local area with the most uniform distribution of the elastic field.

Такое построение индуктора обеспечивает синфазное возбуждение сдвиговых (или продольных) УЗ волн на поверхности контролируемого изделия (в пределах длины волны УЗК) с фазой в/ч синусоидальных импульсов. Основным недостатком его являются сложная конструкция индуктора и его большая индуктивность, усложняющая получение высокой чувствительности.This construction of the inductor provides in-phase excitation of shear (or longitudinal) ultrasonic waves on the surface of the controlled product (within the ultrasonic ultrasound wavelength) with a phase of high-frequency sinusoidal pulses. Its main disadvantage is the complex design of the inductor and its large inductance, which complicates the obtaining of high sensitivity.

Известен также электромагнито-акустический преобразователь (А.с. RU №37833 U 1; 7 G 01 N 29/24 от 10.05.2005 г.), содержащий раздельно-совмещенный индуктор, при этом каждая в/ч катушка образована восемью размещенными на расстоянии друг от друга встречновключенными обмотками, причем каждая последующая обмотка, расположенная от периферии к центру (повидимому спиральная катушка), по отношению к предыдущей содержит большое количество витков. Кроме того этот ЭМАП выполнен с возможностью возбуждения импульсными сигналами с различной частотой заполнения, при котором генерируется акустические сигналы, максимумы которых соответствуют углам 35° и 60-65°, с минимальным излучением под другими углами.Also known is an electromagnetic-acoustic transducer (A.S. RU No. 37833 U 1; 7 G 01 N 29/24 of 05/10/2005) containing a separately combined inductor, with each w / h coil formed by eight spaced apart each other with on-connected windings, and each subsequent winding located from the periphery to the center (apparently a spiral coil), in relation to the previous one, contains a large number of turns. In addition, this EMAT is made with the possibility of excitation by pulsed signals with different filling frequencies, at which acoustic signals are generated, the maximums of which correspond to angles of 35 ° and 60-65 °, with minimal radiation at other angles.

Очевидно, здесь имеет место экспериментальный подбор схемы намотки, обеспечивающий синфазное возбуждение и подбор частот возбуждения в/ч импульсов, обеспечивающих суммирование фаз на наклонной прямой, с соответствующими углами ввода. Такой ЭМАП не следует из приведенных выше теоретических исследований (в т.ч. исследований авторов заявки) и не представлен действующий образец, кроме наклонного ЭМАП с углом ввода 40° для контроля рельсов.Obviously, here there is an experimental selection of the winding circuit, providing in-phase excitation and selection of excitation frequencies of the high-frequency pulses, providing the summation of the phases on an inclined line, with the corresponding input angles. Such an EMAT does not follow from the above theoretical studies (including studies of the authors of the application) and a valid sample is not presented, except for an inclined EMAT with an input angle of 40 ° to control the rails.

С точки зрения достижения цели по обеспечению помехозащищенности и увеличения чувствительности ЭМА устройства аналогом может служить From the point of view of achieving the goal of ensuring noise immunity and increasing the sensitivity of an EMA device, an analogue can serve

"Ультразвуковой толщиномер" (Патент RU, №2185600, C 1; 7 G 01 B 17/02 от 20.07.2002 г.), который содержит последователь соединенные синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, раздельно-совмещенный ЭМАП (по патенту RU, №31305; U 1; 7 H 04 R 1/00, G 01 N 29/04 от 27.07.2003 г.), предварительный усилитель, АЦП, когерентный накопитель сигналов, блок задания режимов и выбора параметров в/ч импульсов, включенный между вторым входом когерентного накопителя сигналов и синхронизатором, арифметически-логические устройство (выполненное на микропроцессоре) последовательно соединенное со вторым блоком ЦАП и включенные между третьим входом когерентного накопителя сигналов и входами предварительного усилителя и кварцевый генератор подключенный к четвертому входу когерентного накопителя сигналов. На основании этого патента разработан упоминаемый выше серийный толщиномер типа ЭМАТ-100."Ultrasonic thickness gauge" (Patent RU, No. 2185600, C 1; 7 G 01 B 17/02 of 07/20/2002), which contains a follower connected synchronizer, a probe pulse generator, separately combined EMAT (according to RU patent, No. 31305 ; U 1; 7 H 04 R 1/00, G 01 N 29/04 dated 07/27/2003), preamplifier, ADC, coherent signal storage, unit for setting modes and selecting parameters of high-frequency pulses, connected between the second input coherent storage of signals and synchronizer, arithmetic-logical device (made on a microprocessor) connected in series with a second DAC unit and connected between the third input of the coherent signal storage device and the inputs of the pre-amplifier and a crystal oscillator connected to the fourth input of the coherent signal storage device. Based on this patent, the above-mentioned serial EMAT-100 type thickness gauge is developed.

К недостаткам его следует отнести сильное притяжение ЭМАП к поверхности ферромагнитных контролируемых изделий и отсутствие возможности управлять диаграммой направленности датчика.Its disadvantages include the strong attraction of EMAT to the surface of ferromagnetic controlled products and the inability to control the directivity pattern of the sensor.

С точки зрения конструктивного решения прототипом заявленного изобретения является ЭМА приставка "Ритм-1", к ультразвуковому "мокрому" дефектоскопу (см. ж. Дефектоскопия, 1972 г., №6, стр.125) и сообщение Буденкова Г.А. и др. "Приставка к дефектоскопу ДУК-613 (см. "Информационный листок" №484-74, Челябинск, ЦНТИ, 1974 г., стр.1-4). В ЭМА приставку входит ЭМАП, импульсный подмагничивающий электромагнит, генератор в/ч зондирующих импульсов, индуктор, предварительный усилитель для подключения к "мокрым" дефектоскопам.From the point of view of a constructive solution, the prototype of the claimed invention is an EMA prefix "Rhythm-1", to an ultrasonic "wet" flaw detector (see J. Flaw detection, 1972, No. 6, p. 125) and a message by G. Budenkov etc. "Attachment to the DUK-613 flaw detector (see" Information leaflet "No. 484-74, Chelyabinsk, Central Scientific and Technical Research Institute, 1974, pp. 1-4). The EMA attachment includes an EMAP, a pulsed magnetizing electromagnet, a generator in / h of probe pulses, inductor, pre-amplifier for connection to wet flaw detectors.

Однако, приставка имеет большие габариты (320×250×170 - электронный блок и 80×115 мм - ЭМАП) и большую потребляемую мощность - ≥200 ВА.However, the prefix has large dimensions (320 × 250 × 170 - electronic unit and 80 × 115 mm - EMAT) and large power consumption - ≥200 VA.

Приставка выполнена на старой элементной базе электроники и не соответствует современному уровню. Кроме того дефектоскопия осуществлялась только прямым ЭМАП.The prefix is made on the old electronic components base and does not correspond to the modern level. In addition, flaw detection was carried out only by direct EMAT.

Наиболее близким аналогом по технической сути для решения поставленных целей является электромагнито-акустический преобразователь для ультразвукового The closest analogue in technical essence for solving the set goals is the electromagnetic-acoustic transducer for ultrasonic

контроля материалов, включающий систему подмагничивания и n генераторов зондирующих импульсов каждый из которых подключен к электрически изолированным катушкам индуктивности (индукторам) с одинаковым направлением намотки витков и пассивными элементом (R и С) образующими в совокупности n независимых генераторов в/ч импульсов.material control, including a magnetization system and n probing pulse generators, each of which is connected to electrically isolated inductors (inductors) with the same direction of winding coils and passive element (R and C) forming a total of n independent high-frequency pulse generators.

При этом активные элементы (транзисторы) выполнены с возможностью их включения синхронно или со сдвигом по фазе (см. Патент RU 22246106 С 2 G 01 N 29/04, с приоритетом от 17.03.2003).In this case, the active elements (transistors) are made with the possibility of their inclusion synchronously or with a phase shift (see Patent RU 22246106 C 2 G 01 N 29/04, with priority dated 03/17/2003).

Однако, данное техническое решение, которое по сути дела представляет многоэлементный индуктор с подключенными к нему n генераторов в/ч (по числу индукторов) может являться лишь основой для разработки ЭМА устройства реализующего поставленные цели.However, this technical solution, which in fact is a multi-element inductor with n high-power generators connected to it (according to the number of inductors), can only be the basis for developing an EMA device that realizes its goals.

Поэтому она не решает заявленные предлагаемым ЭМА устройствам цели:Therefore, it does not solve the goals declared by the proposed EMA devices:

- разработка многоэлементного индуктора повышенной чувствительности позволяющего, в совокупности с n генераторами в/ч импульсов и соответствующими элементами электронной схемы, обеспечить реализацию системы с фазирующими решетками, которая обеспечит по заданному алгоритму формирование диаграммы направленности ультразвукового пучка с заданными характеристиками, в том числе углами ввода УЗК в контролируемое изделие, обработку принятых из изделия УЗ импульсов с целью повышения помехоустойчивости и чувствительности контроля при ЭМА толщинометрии и дефектоскопии.- development of a multi-element inductor of increased sensitivity, which, in conjunction with n high-frequency pulse generators and the corresponding elements of the electronic circuit, ensures the implementation of a system with phasing arrays, which will provide for the formation of an ultrasonic beam pattern with specified characteristics, including ultrasound input angles into a controlled product, processing of ultrasonic pulses received from the product in order to increase the noise immunity and control sensitivity with EMA t Altimeter and flaw detection.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом устройстве применены блок n генераторов в/ч зондирующих импульсов и многоэлементный индуктор, каждый из которых состоит из генераторной и двух приемных обмоток, расположенных друг над другом, и намотка которых выполнена из секций с одинаковым или противоположным направлением намотки, соответствующим знаком фазы в/ч зондирующего импульса, дифференциальные усилители, включенные между соответствующими приемными обмотками каждого индуктора и входом предварительного усилителя, АЦП, когерентный накопитель сигналов, первый ЦАП, The problem is solved due to the fact that the proposed device uses a block of n generators of high-frequency probe pulses and a multi-element inductor, each of which consists of a generator and two receiving windings located one above the other, and the winding of which is made of sections with the same or opposite the direction of the winding, the corresponding phase sign in / h of the probe pulse, differential amplifiers connected between the respective receiving windings of each inductor and the input of the pre-amplifier , ADC, coherent signal storage, first DAC,

блок задания режимов и выбора параметров в/ч импульсов, включенный между вторым входом когерентного накопителя сигналов и синхронизатором, арифметически - логическое устройство последовательно соединенное со вторым блоком ЦАП и включенные между третьим входом когерентного накопителя сигналов и соответствующими входами предварительного усилителя и кварцевый генератор подключенный к четвертому входу когерентного накопителя сигналов. Кроме того между синхронизатором и блоком n генераторов в/ч зондирующих импульсов включены, соответственно, n блоков плавно регулируемых задержек синхроимпульса, а к выходу первого ЦАП подключена сменная плата согласования его выхода с входом приемного тракта «мокрых» толщиномеров или дефектоскопов.unit for setting modes and selecting parameters of the high-frequency pulses, connected between the second input of the coherent signal storage device and a synchronizer, arithmetic - a logic device connected in series with the second block of the DAC and connected between the third input of the coherent signal storage device and the corresponding inputs of the pre-amplifier and a crystal oscillator connected to the fourth input coherent drive signals. In addition, between the synchronizer and the block of n probing pulse generators / n are included, respectively, n blocks of continuously adjustable clock delays, and a plug-in board for matching its output with the input of the receiving path of “wet” thickness gauges or flaw detectors is connected to the output of the first DAC.

Кроме того между выходами каждого дифференциального усилителя и входом предварительного усилителя включены последовательно соединенные блок управляемой задержки приемного сигнала и соответствующий вход когерентного сумматора, а между каждым из блоков формирования пачки в/ч синусоидальных сигналов и соответствующим предварительным усилителем мощности зондирующего в/ч сигнала включены последовательно соединенные усилитель-ограничитель и второй когерентный сумматор, второй вход которого подключен к выходу соответствующего блока формирования пачки в/ч синусоидальных сигналов.In addition, between the outputs of each differential amplifier and the input of the pre-amplifier, a series-connected block of controlled delay of the receiving signal and the corresponding input of the coherent adder are connected, and series-connected in series between each of the blocks for the formation of an I / O pack of sinusoidal signals and the corresponding preliminary pre-amplifier of the power of the probing I / O signal limiter amplifier and a second coherent adder, the second input of which is connected to the output of the corresponding unit ormirovaniya packs in / hr sinusoidal signals.

Индукторы же ЭМАП выполнены в виде тонкой металлической пластинки (каркаса), на которую наматываются приемные обмотки, поверх которых наматываются рядовой намоткой генераторная обмотка и которые размещены между протектором и постоянным или импульсным магнитом, а между последним и верхней плоскостью индукторов размещен тонкий слой магнитного клея с малой электрической проводимостью. Кроме того индуктор ЭМАП может быть выполнен в виде расположенных друг над другом трех тонких металлических пластин, которые могут выполнены из медного провода или провода из сплавов типа константант; нихром, или фехраль.The EMAT inducers are made in the form of a thin metal plate (frame), on which the receiving windings are wound, on top of which the generator winding is wound with an ordinary winding and which are placed between the tread and the permanent or pulsed magnet, and a thin layer of magnetic glue is placed between the last and upper plane of the inductors low electrical conductivity. In addition, the EMAT inductor can be made in the form of three thin metal plates located one above the other, which can be made of copper wire or a wire of constant-type alloys; nichrome, or fechral.

Кроме того, в качестве постоянного магнита для ЭМАП могут быть использованы фокусирующий постоянный магнит или наклонно поляризованный.In addition, a focusing permanent magnet or obliquely polarized can be used as a permanent magnet for EMAT.

Сущность изобретения поясняется чертежами представленными на Фиг.1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10.The invention is illustrated by the drawings presented in figure 1; 2; 3; four; 5; 6; 7; 8; 9; 10.

На фиг.1 представлено устройство для ЭМА контроля качества металлов и сплавов в виде приставки к «мокрым» толщиномерам и дефектоскопам, где:Figure 1 presents a device for EMA quality control of metals and alloys in the form of an attachment to the "wet" thickness gauges and flaw detectors, where:

1 - синхронизатор;1 - synchronizer;

2 - блок n плавно регулируемых задержек синхроимпульса;2 - block n continuously adjustable delays of the clock;

3 - блок генераторов в/ч синусоидальных импульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных блока формирования пачки синусоидальных сигналов с регулируемым числом периодов от 1/4λ до n периодов (3-1; 3-2;...3-n), блоков предварительных усилителей (4-1; 4-2;...4-n) и усилителей мощности (5-1; 5-2;...5-n);3 - a block of high-frequency sinusoidal pulse generators, each of which consists of a series-connected block forming a pack of sinusoidal signals with an adjustable number of periods from 1 / 4λ to n periods (3-1; 3-2; ... 3-n), blocks of preliminary amplifiers (4-1; 4-2; ... 4-n) and power amplifiers (5-1; 5-2; ... 5-n);

4 - ЭМАП;4 - EMAT;

5 - постоянный магнит;5 - permanent magnet;

6 - генераторные обмотки многоэлементного индуктора (в данном случае, 4 элемента);6 - generator windings of a multi-element inductor (in this case, 4 elements);

7, 8 - приемные обмотки индуктора;7, 8 - receiving windings of the inductor;

9 - тонкий слой магнитного клея с малой электрической проводимостью, исключающей наведение вихревых токов и, следовательно, появление ультразвуковых импульсов помех в теле постоянного магнита;9 - a thin layer of magnetic glue with low electrical conductivity, excluding the induction of eddy currents and, therefore, the appearance of ultrasonic interference pulses in the body of a permanent magnet;

10 - входной дифференциальный усилитель;10 - input differential amplifier;

11 - предварительный усилитель;11 - pre-amplifier;

12 -АЦП;12-ADC;

13 - когерентный накопитель сигналов;13 - coherent storage of signals;

14 - первый ЦАП;14 - the first DAC;

15 - сменная плата согласования выхода первого ЦАП с входом приемных трактов «мокрых» толщиномеров и дефектоскопов;15 - replacement card matching output of the first DAC with the input of the receiving paths of the "wet" thickness gauges and flaw detectors;

16 - второй ЦАП для выработки аналоговых сигналов обеспечивающих работу предварительного усилителя 11 в режимах МАРУ, АРУ и слежения за величиной 16 - the second DAC for generating analog signals providing the operation of the preliminary amplifier 11 in the MARU, AGC and tracking values

зазора между рабочей поверхностью ЭМАП и поверхностью контролируемого изделия;the gap between the working surface of the EMAT and the surface of the controlled product;

17 - арифметически-логическое устройство;17 - arithmetic-logical device;

18 - кварцевый генератор;18 - crystal oscillator;

19 - блок задания режимов и выбора параметров в/ч импульсов;19 - unit for setting modes and selecting parameters of high-frequency pulses;

20 - импульсный блок питания;20 - switching power supply;

21 - блок аккумуляторов.21 - battery pack.

На Фиг.2. представлена конструкция линейного 4-х элементного каркаса индуктора ЭМАП (вид сверху), гдеFigure 2. the design of a linear 4-element frame of the EMAT inductor is presented (top view), where

L - длина индуктора;L is the length of the inductor;

h - суммарная толщина генераторной и приемной обмоток;h is the total thickness of the generator and receiving windings;

b - толщина экрана;b is the thickness of the screen;

В - длина пластины (22) каркаса для намотки обмоток индуктора.B is the length of the plate (22) of the frame for winding the windings of the inductor.

На Фиг.3. представлен вид сбоку этого каркаса, где:In figure 3. is a side view of this frame, where:

d - высота индуктора;d is the height of the inductor;

b - толщина каркаса для намотки обмоток индуктора;b is the thickness of the frame for winding the windings of the inductor;

К - ширина намотки одного из 4-х элементов индуктора;K is the width of the winding of one of the 4 elements of the inductor;

Н - ширина 4-х элементного индуктора.H is the width of the 4-element inductor.

На Фиг.4. представлено сечение А-А одного из n элементов индуктора ЭМАП (фиг.2), где:Figure 4. section AA is shown of one of the n elements of the EMAT inductor (figure 2), where:

δ - толщина протектора ЭМАП;δ is the thickness of the tread EMAT;

5 - постоянный магнит;5 - permanent magnet;

23 - тонкая магнитная прокладка из феррита;23 - a thin magnetic pad of ferrite;

24 - протектор;24 - tread;

25 - контролируемое изделие;25 - controlled product;

λ=Ct/f, где f - частота в/ч генератора,λ = Ct / f, where f is the frequency in / h of the generator,

Ct - скорость распространения сдвиговых УЗ колебаний;Ct is the propagation velocity of shear ultrasonic vibrations;

λ - длина волны сдвиговых колебаний.λ is the shear wavelength.

На Фиг.5. представлена функциональная схема соединения приемных катушек индуктора:5. presents a functional diagram of the connection of the receiving coils of the inductor:

27; 29; 31; 33 - дифференциальные усилители приемного сигнала;27; 29; 31; 33 - differential amplifiers of the receiving signal;

28; 30; 32; 34 - блоки регулируемой задержки принятых от изделия сигналов;28; thirty; 32; 34 - blocks adjustable delay received from the product signals;

35 - когерентный сумматор;35 - coherent adder;

26 - диоды для ограничения амплитуды зондирующего импульса;26 - diodes for limiting the amplitude of the probe pulse;

11 - предварительный усилитель (см. также Фиг.1);11 - pre-amplifier (see also Figure 1);

На Фиг.6. представлена схема отражения УЗК от дефекта D в контролируемом образце 25 и ход центральных лучей 1, 2, 3, 4 к 4-х элементному индуктору, из которой следует, что на каждый элемент индуктора, при наклонном возбуждении и приеме УЗК с помощью наклонного ЭМАП, отраженный сигнал приходит со сдвигом по времени Δt из-за разницы в расстоянии Δ1 от дефекта до соответствующего элемента индуктора ЭМАП.6. The scheme of reflection of ultrasonic testing from defect D in a controlled sample 25 and the course of the central rays 1, 2, 3, 4 to a 4-element inductor are presented, from which it follows that for each element of the inductor, with inclined excitation and reception of ultrasonic testing with an inclined EMAT, the reflected signal comes with a time shift Δt due to the difference in the distance Δ1 from the defect to the corresponding element of the EMAT inductor.

На Фиг.7. представлено (в плане) схематическое изображение линейного индуктора ЭМАП состоящего из 64 элементов, каждый из которых выполнен на каркасе представленном на фиг.2 и 3.7. presents (in plan) a schematic representation of a linear EMAT inductor consisting of 64 elements, each of which is made on the frame shown in figure 2 and 3.

На Фиг.8. представлен трехэлементный индуктор кольцевого типа с расположенными друг под другом генераторными обмотками 6 и приемными обмотками 7 и 8, где 9 - слой магнитного клея с низкой электрической проводимостью (в частности - эпоксидная смола густо смешанная с железными или стальными опилками).On Fig. presents a three-element ring-type inductor with generator windings 6 and receiving windings 7 and 8 located one below the other, where 9 is a layer of magnetic glue with low electrical conductivity (in particular, epoxy is densely mixed with iron or steel filings).

На Фиг.10. представлена функциональная схема для формирования зондирующего синусоидального сигнала, где 3-1 - блок формирования пачки синусоидального колебаний;10. a functional diagram is presented for generating a probing sinusoidal signal, where 3-1 is a block for generating a packet of sinusoidal oscillations;

- 36 - усилитель ограничитель до стабильного значения амплитуды, много меньше исходного сигнала;- 36 - amplifier limiter to a stable amplitude value, much less than the original signal;

- 37 - когерентный сумматор, с выхода которого (точка С на фиг.9) сигнал поступает на блок формирования (усилитель мощности) мощного зондирующего импульса.- 37 - a coherent adder, from the output of which (point C in Fig. 9) the signal is fed to the forming unit (power amplifier) of a powerful probe pulse.

На Фиг.9. представлены эпюры напряжения в узловых точках схемы фиг.10.In Fig.9. voltage plots at the nodal points of the circuit of FIG. 10 are presented.

Эта схема позволяет повысить помехоустойчивость устройства от воздействия импульсных полях.This scheme allows to increase the noise immunity of the device from exposure to pulsed fields.

Такая форма зондирующего импульса (со ступенькой на переднем и заднем фронтах полупериода) обеспечит защиту от импульсных помех, которые вряд ли имеют такую форму переднего и заднего фронта.This form of the probe pulse (with a step on the leading and trailing edges of the half-period) will provide protection against impulse noise, which is unlikely to have such a shape of the leading and trailing edges.

Арифметически-логическое устройство приставки осуществляет селекцию полезных сигналов по форме фронтов (и, кстати, по длительности полупериодов при их сравнении с длительностью полупериода зондирующего импульса).The arithmetic-logical device of the set-top box selects useful signals according to the shape of the fronts (and, by the way, by the duration of half-periods when comparing them with the duration of the half-period of the probe pulse).

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Под действием импульса синхронизации поступающего с «мокрых» толщиномера или дефектоскопа запускается блок синхронизации устройства 1 (см. Фиг.1).Under the action of the synchronization pulse coming from the "wet" thickness gauge or flaw detector, the synchronization unit of the device 1 is launched (see Figure 1).

С его выхода импульс синхронизации запускает n блоков плавно регулируемых задержек 2, в каждом из которых по известному алгоритму устанавливается свое значение задержки Δt. С его выходов запускаются блоки 3 формирования в/ч импульсов, в которых оператором устанавливается выбранные параметры - рабочая частота f, число периодов его колебаний. Затем эта пачка радиоимпульсов поступает на блоки 3-1; 3-2;...3-n для предварительного усиления, а затем с его выходов импульсы поступают на соответствующие усилители мощности (5-1; 5-2;...5-n), нагрузкой которого является генераторная катушка индуктивности каждого элемента индукторов 6. Под действием этих радиоимпульсов на поверхности контролируемого изделия возникают вихревые токи, взаимодействие которых с полем постоянного магнита 5 по закону Лоренца возникают ультразвуковые колебания, которые, распространяясь в изделие 25 (фиг.4) и отражаясь от его дна или от дефекта D (см. фиг.6) поступают на поверхность изделия, смещения которого (сдвиговые или продольные) взаимодействуя с полем постоянного магнита 5 вызывают на поверхности изделия токи Фуко, которые наводят в приемных обмотках 7, 8 индуктора 4 в/ч электрические импульсы. Приемные обмотки каждого элемента From its output, the synchronization pulse starts n blocks of continuously adjustable delays 2, each of which, according to the well-known algorithm, sets its own delay value Δt. Blocks 3 of the formation of high-frequency pulses are launched from its outputs, in which the selected parameters are set by the operator - the operating frequency f, the number of periods of its oscillations. Then this pack of radio pulses arrives at blocks 3-1; 3-2; ... 3-n for pre-amplification, and then from its outputs pulses are supplied to the corresponding power amplifiers (5-1; 5-2; ... 5-n), the load of which is the generator inductor of each element inductors 6. Under the influence of these radio pulses, eddy currents arise on the surface of the controlled product, the interaction of which with the permanent magnet field 5 according to the Lorentz law, ultrasonic vibrations arise, which propagate into the product 25 (figure 4) and are reflected from its bottom or from defect D ( see Fig.6) arrive at the surface a component of the product whose displacements (shear or longitudinal) interacting with the field of the permanent magnet 5 cause Foucault currents on the surface of the product, which induce electrical impulses in the receiving windings 7, 8 of the inductor 4 v / h. Receiving windings of each element

индуктора (см. фиг.5.) включены встречно. Поэтому с выходов двух обмоток каждого элемента индуктора поступают противофазные импульсы на соответствующие входы соответствующих дифференциальных усилителей 27, 29, 31, 33. С их выходов удвоенный импульс поступает на соответствующие блоки управляемых задержек (28, 30, 32, 34). Величина задержки в каждом из этих блоков устанавливается заведомо -при толщинометрии эта задержка равна «0», при дефектоскопии с установленным углом ввода УЗК - на определенную величину Δt, соответствующую разности хода лучей Δ1 от дефекта D до соответствующего элемента индуктора (см. фиг.6).inductor (see figure 5.) included counter. Therefore, out of the outputs of two windings of each element of the inductor, antiphase pulses arrive at the corresponding inputs of the corresponding differential amplifiers 27, 29, 31, 33. From their outputs, the doubled pulse is supplied to the corresponding blocks of controlled delays (28, 30, 32, 34). The delay value in each of these blocks is set deliberately - with a thickness gauge, this delay is “0”, for flaw detection with a set angle of input of ultrasonic testing - by a certain value Δt, corresponding to the difference in the path of the rays Δ1 from defect D to the corresponding element of the inductor (see Fig.6 )

Синфазные импульсы с выходов этих задержек поступают на когерентный сумматор 35 (фиг.5), результирующий импульс с которого поступает на предварительный усилитель 11 устройства, а с него на АЦП (12), в котором сигналы преобразуются в код поступающий на когерентный накопитель синфазных сигналов (13). Кодовые сигналы с его выхода поступают на первый ЦАП 14, а с него на сменную плату 15 согласования выхода первого ЦАП 14 с входом приемных трактов «мокрых» толщиномера или дефектоскопа.Common-mode pulses from the outputs of these delays arrive at the coherent adder 35 (Fig. 5), the resulting pulse from which is supplied to the device pre-amplifier 11, and from it to the ADC (12), in which the signals are converted into a code supplied to the coherent common-mode signal storage device ( 13). Code signals from its output go to the first DAC 14, and from it to the plug-in board 15 matching the output of the first DAC 14 with the input of the receiving paths of the “wet” thickness gauge or flaw detector.

Блок 19 служит для задания режимов и выбора параметров в/ч импульсов.Block 19 serves to set the modes and select the parameters of the high-frequency pulses.

Арифметически-логическое устройство 17 совместно с кварцевым генератором 18 служит для выработки режимов работы устройства, обработки поступающей информации и выработки с помощью второго ЦАП (блок 16) в определенные циклы работы устройства, сигналы для управления предварительным усилителем 11 обеспечивая тем самым в определенные промежутки цикла, заданного синхронизатором 1, режимы МАРУ, АРУ или отстройки от изменяющегося зазора в процессе контроля изделий.The arithmetic-logical device 17 together with the crystal oscillator 18 serves to generate the device operating modes, process incoming information and generate using the second DAC (block 16) in certain cycles of the device, the signals for controlling the pre-amplifier 11 thereby providing at certain intervals of the cycle, specified by the synchronizer 1, the MARU, AGC or detuning modes from the changing gap in the process of product control.

Для того, чтобы уменьшить влияние импульсных электрических помех, между формирователем в/ч синусоидальной пачки сигналов, включен (см. Фиг.10) усилитель-ограничитель 36 и когерентный сумматор 37, на выходе которого получается синусоидальный сигнал со ступеньками на переднем и заднем фронтах полупериодов (см. Фиг.9).In order to reduce the influence of pulsed electrical noise, between the shaper of the high-power sinusoidal signal packet, a limiter amplifier 36 and a coherent adder 37 are turned on (see FIG. 10), the output of which is a sinusoidal signal with steps at the leading and trailing edges of the half-periods (see Fig. 9).

Вероятность появления помехи с такими экзотическими фронтами очень мала, что позволяет с помощью арифметически-логического устройства 17 (Фиг.1) и когерентного накопителя сигналов 13 селектировать полезные сигналы со ступенчатой формой заднего и переднего фронта принятых от контролируемого изделия.The likelihood of interference with such exotic fronts is very small, which allows using the arithmetic logic device 17 (Figure 1) and a coherent signal storage 13 to select useful signals with a stepped form of the trailing and leading edges received from the controlled product.

Эта обработка и селекция полезных сигналов происходит в первой половине периода следования зондирующих импульсов, когда режим предварительного усилителя 11 переведен в режим МАРУ. В этом режиме все принятые сигналы (полезные и помехи) имеют одинаковую амплитуду, что позволяет увеличить точность селекции и последующей обработки. Затем предварительный усилитель 11 переводится в режим АРУ, при котором соотношение амплитуд принятых сигналов (но уже без помех) имеет исходное значение. Эта последовательность полезных сигналов с блока 15 (фиг.1) поступает на вход «мокрых» толщиномера и дефектоскопа, где их дальнейшая селекция, обработка, визуализация и необходимые измерения производятся в электронных блоках «мокрых» толщиномеров и дефектоскопов в соответствии с заложенной в них технологией УЗ контроля изделий в различных отраслях промышленности.This processing and selection of useful signals occurs in the first half of the period of probing pulses, when the mode of the preliminary amplifier 11 is transferred to the MARU mode. In this mode, all received signals (useful and interference) have the same amplitude, which allows to increase the accuracy of selection and subsequent processing. Then the pre-amplifier 11 is transferred to the AGC mode, in which the ratio of the amplitudes of the received signals (but without interference) has the original value. This sequence of useful signals from block 15 (Fig. 1) is input to the “wet” thickness gauge and flaw detector, where their further selection, processing, visualization and necessary measurements are made in electronic blocks of “wet” thickness gauges and flaw detectors in accordance with the technology laid down in them Ultrasonic testing of products in various industries.

Изложенная выше новая технология изготовления элементов линейного индуктора и простая технология его изготовления имеет чрезвычайно важное значение для повышения чувствительности ЭМАП и существенного упрощения технологии изготовления многоэлементного ЭМАП.The above new technology for manufacturing elements of a linear inductor and a simple technology for its manufacture is extremely important for increasing the sensitivity of EMAT and significantly simplifying the manufacturing technology of multi-element EMAT.

Суть новизны состоит в том, что приемные и генераторные обмотки наматываются на плоский тонкий каркас, длина которого В (фиг.2) соответствует действующей длине линейного ЭМАП.The essence of the novelty is that the receiving and generator windings are wound on a flat thin frame, the length of which (Fig. 2) corresponds to the effective length of the linear EMAT.

Намотанные друг на друга витки приемных и генераторной обмоток (как показано на фиг.4) индуктивно связаны и индуктивность каждой обмотки зависит от числа витков обмотки и материала сердечника (пластины каркаса).The windings of the receiving and generator windings (as shown in FIG. 4) wound on each other are inductively coupled and the inductance of each winding depends on the number of turns of the winding and the core material (frame plate).

Вследствие этого появляются очень широкие возможности для изменения величины индуктивности каждой обмотки в зависимости от материала сердечника при постоянном числе витков.As a result of this, very wide possibilities arise for changing the magnitude of the inductance of each winding depending on the core material with a constant number of turns.

Так, например, намотанные на латунный пластине толщиной 0,2 мм и длиной (витка) 16 мм 10 витков медного провода ⌀0,14 мм при измерении индуктивности показали значение L=0,38 мкГн, а те же 10 витков такого же провода намотанные на такую же пластину из электротехнической стали показали значение L=3,5 мкГн. Это позволяет изменять (уменьшать) значение индуктивности генераторной обмотки элементов индуктора до очень небольших значений L. При этом, например, в элементе индуктора с числом витков генераторной обмотки, допусти, 10 W можно получить L<0,35 мкГ и менее! Тогда ток в обмотке генераторной обмотки такого элемента будет равен I=U×dt/L=600×0,1/0,35≈200 А.So, for example, 10 turns of copper wire ⌀0.14 mm, wound on a brass plate with a thickness of 0.2 mm and a length (turn) of 16 mm, showed a value of L = 0.38 μH when measuring the inductance, and the same 10 turns of the same wire wound on the same plate of electrical steel showed a value of L = 3.5 μH. This allows you to change (decrease) the value of the inductance of the generator winding of the elements of the inductor to very small values of L. Moreover, for example, in the element of the inductor with the number of turns of the generator winding, suppose 10 W, you can get L <0.35 μG or less! Then the current in the winding of the generator winding of such an element will be I = U × dt / L = 600 × 0.1 / 0.35≈200 A.

Если весь индуктор состоит только из 3 элементов (общее число витков=30W), то суммарное значение AW=30×200=6000 AW.If the entire inductor consists of only 3 elements (total number of turns = 30W), then the total value AW = 30 × 200 = 6000 AW.

Следовательно, резкое увеличение числа AW генераторной обмотки приведет к существенному увеличению чувствительности такого ЭМАП. И это еще не предел. Поэтому в перспективе возможно с увеличением чувствительности ЭМАП уменьшить напряженность подмагничивающего постоянного поля до величины, при которой ЭМАП будет очень слабо притягиваться к поверхности контролируемого изделия из ферромагнитных сталей.Consequently, a sharp increase in the number AW of the generator winding will lead to a significant increase in the sensitivity of such an EMAT. And this is not the limit. Therefore, in the future, it is possible with an increase in the sensitivity of EMAT to reduce the magnetizing constant field strength to a value at which EMAT will be very weakly attracted to the surface of the controlled product made of ferromagnetic steels.

Еще одной очень полезной особенностью такого ЭМАП заключается в том, что приемные обмотки можно изготавливать из проволоки типа Константан, Нихром, или Фехраль (Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1975.-С.140.), что позволит лучше согласовать выходное сопротивление приемных обмоток с входным сопротивлением электронных схем усилителей. При разработке многоэлементных индукторов ЭМАП число витков генераторной обмотки может быть значительно меньше 10 W.Another very useful feature of such an EMAT is that the receiving windings can be made of wire of the Constantan, Nichrome, or Fehral type (Handbook of Elementary Physics. - M .: Nauka, 1975.-P.140.), Which will allow better coordination output impedance of receiving windings with input impedance of electronic circuits of amplifiers. When developing multi-element EMAT inductors, the number of turns of the generator winding can be significantly less than 10 W.

Поэтому эту обмотку можно изготавливать, например, из фехралевого провода. У которого содержание железа достигает 80%.Therefore, this winding can be made, for example, from fechral wire. In which the iron content reaches 80%.

Поэтому ЭМАП изготовленный из таких проводов, равносильно уменьшению величины зазора на величину равную двойной сумме диаметров двух приемных и Therefore, an EMAT made of such wires is equivalent to a decrease in the gap by an amount equal to the double sum of the diameters of the two receiving and

одной генераторной обмотки, что так же приведет к увеличению чувствительности такого ЭМАП при одном и том же постоянном магните.one generator winding, which will also lead to an increase in the sensitivity of this EMAT with the same permanent magnet.

Кроме того, возможность резкого уменьшения индуктивности генераторной обмотки элемента индуктора при применении намоточного провода, например, из материала типа Фехраль позволит реализовать генератор зондирующих импульсов почти с нагрузкой близкой к малому активному сопротивлению. Это позволит, при современной элементной базе, применить активный мощный элемент (транзистор) с большим импульсным током (≥200 А) при сравнительно небольшом напряжении на токонесущих электродах (коллектор-эмиттер). Это позволит минимизировать конструкцию и уменьшить потребляемую мощность генератора зондирующих импульсов.In addition, the possibility of a sharp decrease in the inductance of the generator winding of the inductor element when using a winding wire, for example, from a material of the type Fechral, will make it possible to realize a probe pulse generator with almost a load close to a low active resistance. This will make it possible, with a modern element base, to use an active powerful element (transistor) with a large pulsed current (≥200 A) with a relatively small voltage on current-carrying electrodes (collector-emitter). This will minimize the design and reduce the power consumption of the probe pulse generator.

Claims (8)

1. Устройство для электромагнитного акустического (ЭМА) контроля качества металлов и сплавов, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, генератор зондирующих в/ч импульсов, включающего индуктор с подмагничивающим электромагнитом и предварительный усилитель, выход которого подключен к приемному тракту "мокрого" дефектоскопа или толщимера, отличающееся тем, что в нем применен блок n генераторов зондирующих высокочастотных (в/ч) импульсов и многоэлементный индуктор, каждый из которых состоит из генераторной и двух приемных обмоток, расположенных друг под другом, намотка которых выполнена из секций с одинаковым или противоположным направлением намотки, соответствующим знакам фазы в/ч, зондирующего импульса, дифференциальные усилители, включенные между соответствующими приемными обмотками каждого индуктора и входом предварительного усилителя, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), когерентный накопитель сигналов, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), блок задания режимов и выбора параметров в/ч импульсов, включеный между вторым входом когерентного накопителя сигналов и синхронизатором, арифметически-логическое устройство, последовательно соединенное со вторым блоком ЦАП и включенное между третьим входом когерентного накопителя сигналов и соответствующими входами предварительного усилителя, и кварцевый генератор, подключенный к четвертому входу когерентного накопителя сигналов.1. A device for electromagnetic acoustic (EMA) quality control of metals and alloys, containing a serially connected synchronizer, a generator of probing high-frequency pulses, including an inductor with a magnetizing electromagnet and a preliminary amplifier, the output of which is connected to the receiving path of a wet flaw detector or thickness gauge, characterized the fact that it uses a block of n generators of probing high-frequency (V / h) pulses and a multi-element inductor, each of which consists of a generator and two receiving circuits a coil located one below the other, the winding of which is made of sections with the same or opposite direction of the winding, corresponding to the signs of the phase in / h, the probe pulse, differential amplifiers connected between the corresponding receiving windings of each inductor and the input of the pre-amplifier, analog-to-digital converter (ADC ), a coherent signal storage device, a first digital-to-analog converter (DAC), a unit for setting modes and selecting parameters of a high-frequency pulse, connected between the second input coherently a drive signal and a synchronizer, arithmetic logic unit, connected in series with a second DAC unit and connected between the third input signal and the coherent accumulator corresponding preamplifier inputs and the crystal oscillator connected to the fourth input signal of the coherent accumulator. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между синхронизатором и блоком n генераторов в/ч зондирующих импульсов включены, соответственно, n блоков плавно регулируемых задержек синхронизирующего импульса, а к выходу первого ЦАП подключена сменная плата согласования его выхода с входом приемного тракта "мокрых" толщиномеров и дефектоскопов.2. The device according to claim 1, characterized in that between the synchronizer and the block n of generators of high-frequency sensing pulses are included, respectively, n blocks of continuously adjustable delays of the synchronizing pulse, and a removable card matching its output with the input of the receiving path is connected to the output of the first DAC "wet" thickness gauges and flaw detectors. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индукторы ЭМАП выполнены в виде тонкой металлической пластины, на которую наматываются приемные обмотки, поверх которых наматываются рядовой намоткой генераторная обмотка, и которые размещены между протектором и постоянным или импульсным магнитом, а между последним и верхней плоскостью индукторов размещен тонкий слой магнитного клея с малой электрической проводимостью.3. The device according to claim 1, characterized in that the EMAT inductors are made in the form of a thin metal plate on which the receiving windings are wound, on top of which the generator winding is wound with an ordinary winding, and which are placed between the tread and a permanent or pulsed magnet, and between the last and the upper plane of the inductors placed a thin layer of magnetic glue with low electrical conductivity. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что индукторы ЭМАП выполнены в виде расположенных друг под другом трех тонких пластин, на которых намотаны рядовой намоткой, соответственно, две приемные обмотки и генераторная обмотка.4. The device according to claim 3, characterized in that the EMAT inductors are made in the form of three thin plates located one below the other, on which ordinary windings, respectively, two receiving windings and a generator winding are wound. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между выходами каждого дифференциального усилителя и выходом предварительного усилителя включены последовательно соединенные блок управляемой задержки приемного сигнала и соответствующий вход когерентного сумматора.5. The device according to claim 1, characterized in that between the outputs of each differential amplifier and the output of the preliminary amplifier are connected in series to the controlled delay unit of the receiving signal and the corresponding input of the coherent adder. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между каждым из блоков формирования пачки в/ч синусоидальных сигналов и соответствующим предварительным усилителем мощности зондирующего в/ч импульса включены последовательно соединенные усилитель-ограничитель и второй когерентный сумматор, второй вход которого подключен к выходу соответствующего блока формирования пачки в/ч синусоидальных сигналов.6. The device according to claim 1, characterized in that between each of the blocks of the formation of a pack of high-power sinusoidal signals and the corresponding preliminary power amplifier of the sounding high-frequency pulse, a series-connected limiter amplifier and a second coherent adder are connected, the second input of which is connected to the output the corresponding unit for the formation of a pack of high-power sinusoidal signals. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве постоянного магнита для ЭМАП использован фокусирующий или наклонно поляризованный постоянный магнит.7. The device according to claim 1, characterized in that a focusing or obliquely polarized permanent magnet is used as a permanent magnet for EMAT. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве провода для намотки генераторной и приемных катушек элементов индуктора может быть применен медный провод или провода из сплавов типа Константан, Нихром или Фехраль.
Figure 00000001
8. The device according to claim 1, characterized in that as a wire for winding the generator and receiving coils of the inductor elements, copper wire or wires from alloys of the Constantan, Nichrome or Fehral type can be used.
Figure 00000001
RU2005127925/22U 2005-09-07 2005-09-07 DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS RU54198U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005127925/22U RU54198U1 (en) 2005-09-07 2005-09-07 DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005127925/22U RU54198U1 (en) 2005-09-07 2005-09-07 DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU54198U1 true RU54198U1 (en) 2006-06-10

Family

ID=36713425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005127925/22U RU54198U1 (en) 2005-09-07 2005-09-07 DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU54198U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445614C1 (en) * 2010-06-29 2012-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный педагогический университет" им. К.Д. Ушинского (ЯГПУ) Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys
RU2515957C1 (en) * 2012-11-09 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" Complex for ultrasonic control of products and optical measurement device of complex

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445614C1 (en) * 2010-06-29 2012-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный педагогический университет" им. К.Д. Ушинского (ЯГПУ) Method and apparatus for acoustic diagnosis of articles made from metal and alloys
RU2515957C1 (en) * 2012-11-09 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Акустические Контрольные Системы" Complex for ultrasonic control of products and optical measurement device of complex

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Seung et al. An omnidirectional shear-horizontal guided wave EMAT for a metallic plate
US4127035A (en) Electromagnetic transducer
Liu et al. Longitudinal mode magnetostrictive patch transducer array employing a multi-splitting meander coil for pipe inspection
Hirao et al. EMATs for science and industry: noncontacting ultrasonic measurements
Wang et al. Numerical and experimental analysis of unidirectional meander-line coil electromagnetic acoustic transducers
Liu et al. Torsional mode magnetostrictive patch transducer array employing a modified planar solenoid array coil for pipe inspection
Kang et al. Enhancement of ultrasonic signal using a new design of Rayleigh-wave electromagnetic acoustic transducer
US11774409B2 (en) Electromagnetic acoustic transducer (EMAT) for corrosion mapping
Liu et al. A direction-tunable shear horizontal mode array magnetostrictive patch transducer
US4307616A (en) Signal processing technique for ultrasonic inspection
Nakamura et al. Mode conversion and total reflection of torsional waves for pipe inspection
Cho et al. Megahertz-range guided pure torsional wave transduction and experiments using a magnetostrictive transducer
Ma et al. Excitation and detection of shear horizontal waves with electromagnetic acoustic transducers for nondestructive testing of plates
US8358126B2 (en) Magnetostrictive sensor for tank floor inspection
CN104090034A (en) Electromagnetic ultrasonic Lamb wave transducer for guided wave tomography
Xie et al. Directivity analysis of meander-line-coil EMATs with a wholly analytical method
Sun et al. New combination of magnet and coil of electromagnetic acoustic transducer for generating and detecting Rayleigh wave
Liu et al. Development of a shear horizontal wave electromagnetic acoustic transducer with periodic grating coil
Xie et al. A new longitudinal mode guided-wave EMAT with periodic pulsed electromagnets for non-ferromagnetic pipe
RU54198U1 (en) DEVICE FOR ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC (EMA) QUALITY CONTROL OF METALS AND ALLOYS
JP3299505B2 (en) Ultrasonic flaw detection method using magnetostriction effect
Wang et al. Design method of unidirectional wideband SH guided wave phased array magnetostrictive patch transducer
CN220289508U (en) Magnetostriction SH guided wave detection device
Kuansheng et al. A new frequency-tuned longitudinal wave transducer for nondestructive inspection of pipes based on magnetostrictive effect
Butenko et al. Electromagneto-acoustic non-destructive testing in the Soviet Union

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20060908