UA17947U

UA17947U - Electromagnetic acoustic transducer

Info

Publication number: UA17947U
Application number: UAU200604678U
Authority: UA
Inventors: Oleksandr Oleksandrov Podolian
Original assignee: Oleksandr Oleksandrov Podolian
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2006-10-16

Abstract

The proposed electromagnetic acoustic transducer contains a U-shaped magnetic core, a movable permanent magnet, which is arranged between the poles of the magnetic core, and an emitter, which contains several conductors that are arranged in one plane in parallel to the surfaces of the poles of the magnetic core. The permanent magnet is designed as a truncated pyramid. The small end facet of the pyramid faces the emitter and is parallel to the surface of the emitter. The permanent magnet can move reciprocally along the axis that is perpendicular to the plane of the emitter.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до техніки неруйнівного контролю металевих виробів ультразвуковим методом. 2 При проведенні неруйнівного контролю металевих виробів ультразвуковим методом широкого поширення набули електромагнітні акустичні перетворювачі (ЕМА перетворювачі), що дозволяють сформувати акустичну хвилю в металі контрольованого об'єкту без використання контактної рідини, через іржу або лакофарбне покриття. Принцип дії ЕМА перетворювачів заснований на формуванні акустичної хвилі в результаті взаємодії в поверхневому шарі металу контрольованого об'єкту первинного і наведеного струмів. 70 ЕМА перетворювачі складаються з вузла підмагнічування і випромінювача. Вузол підмагнічування є електромагніт або постійний магніт. Випромінювач є котушкою або набором елементарних ниток-провідників, розташованих в безпосередній близькості від поверхні контрольованого об'єкту або виробу.The useful model refers to the technique of non-destructive control of metal products by the ultrasonic method. 2 Electromagnetic acoustic transducers (EMA transducers) have become widely used in non-destructive testing of metal products using the ultrasonic method, which allow the formation of an acoustic wave in the metal of the controlled object without the use of a contact liquid, through rust or paint coating. The principle of operation of EMA converters is based on the formation of an acoustic wave as a result of the interaction of the primary and induced currents in the surface layer of the metal of the controlled object. 70 EMA converters consist of a magnetizing unit and an emitter. The magnetizing node is an electromagnet or a permanent magnet. The emitter is a coil or a set of elementary conductor threads located in close proximity to the surface of the controlled object or product.

Відомий ЕМА перетворювач |див. Шкарлет Ю.М. Бесконтактнье методьі! ультразвукового контроля. М.:The famous EMA converter | see Scarlet Yu.M. Contactless methods! ultrasonic control. M.:

Машиностроение, 1974, с.56), призначений для ультразвукового контролю листового металу. ЕМА перетворювач 72 складається з вузла підмагнічування і випромінювача. У свою чергу, вузол підмагнічування є потужним концентратором магнітного поля, розташованим з двох боків контрольованого листа металу. Випромінювач є спіральною котушкою, розташованою між контрольованою поверхнею і торцем одного з концентраторів магнітного поля. Схема побудови ЕМА перетворювача не дозволяє проводити контроль металевих об'єктів, що мають значну товщину.Mashinostroenie, 1974, p. 56), intended for ultrasonic control of sheet metal. The EMA converter 72 consists of a magnetizing unit and an emitter. In turn, the submagnetization node is a powerful magnetic field concentrator located on two sides of the controlled sheet of metal. The emitter is a spiral coil located between the controlled surface and the end of one of the magnetic field concentrators. The construction scheme of the EMA converter does not allow monitoring of metal objects that have a significant thickness.

Відомий ЕМА перетворювач |див. Буденков Б.А., Буденков Г.А. и др. Бесконтактньй ввод и прием ультразвука. - Дефектоскопия, 1969, Мо1, с.121-123), призначений для ультразвукового контролю металевих виробів довільної товщини. ЕМА перетворювач складається з вузла підмагнічування і випромінювача. Вузол підмагнічування є П-образний магніт, полюси якого розташовані на поверхні контрольованого металевого виробу. Випромінювач є решіткою, що складаються з декількох розташованих в одній площині паралельно один одному провідників (ниток-випромінювачів). Решітка розташована між полюсами магніту, паралельно поверхні -птв) контрольованого виробу. Для формування звукової хвилі системою синфазних випромінювачів, відстань між випромінювачами вибирають рівному ЕХ ; при збудженні систем випромінювачів протифаз ТЕЖ де Бе - довжина нормальної ультразвукової хвилі у відповідній робочій точці; щ - фазова швидкість ультразвукової ї- хвилі; 7 - робоча частота ультразвукового випромінювання. «The famous EMA converter | see Budenkov B.A., Budenkov G.A. etc. Non-contact introduction and reception of ultrasound. - Defectoscopy, 1969, Mo1, p.121-123), intended for ultrasonic control of metal products of arbitrary thickness. The EMA converter consists of a magnetization unit and an emitter. The magnetization unit is a U-shaped magnet, the poles of which are located on the surface of the controlled metal product. The emitter is a grid consisting of several conductors (emitter filaments) located in the same plane parallel to each other. The grid is located between the poles of the magnet, parallel to the surface -ptv) of the controlled product. To form a sound wave by a system of in-phase emitters, the distance between the emitters is chosen to be equal to ЕХ; upon excitation of systems of anti-phase emitters, ТЭЖ de Bae is the length of a normal ultrasonic wave at the corresponding operating point; sh - phase velocity of the ultrasonic th-wave; 7 - operating frequency of ultrasonic radiation. "

ЕМА перетворювач має постійний магніт, що не дозволяє оперативно змінювати значення магнітної індукції зовнішнього поля на поверхні контрольованого виробу. Разом з тим відомо |див. Зйчина В.Г., Кеслер Н.А. (22)The EMA converter has a permanent magnet, which does not allow to quickly change the value of the magnetic induction of the external field on the surface of the controlled product. At the same time, it is known | see Zychyna V.G., Kesler N.A. (22)

Влияние магнитного поля на затухание ультразвуковьїх колебаний. - Дефектоскопия, 1972, МоЗ, с. 53-58; їч-The influence of the magnetic field on the attenuation of ultrasonic oscillations. - Defectoscopy, 1972, MoZ, p. 53-58; what-

Малинка А.В., Драпкин И.А., Коломоец Н.Т. Злектромагнитно-акустический метод контроля ферромагнитньх листов и труб. - Дефектоскопия, 1972, Мо4, с. 44-484ї, що максимальний ефект при контролі виробів з різних «-- матеріалів, досягається при різному значенні магнітної індукції зовнішнього поля.Malinka A.V., Drapkin I.A., Kolomoets N.T. Electromagnetic-acoustic method of controlling ferromagnetic sheets and pipes. - Defectoscopy, 1972, Mo4, p. 44-484th that the maximum effect during the control of products made of different "-- materials is achieved with different values of the magnetic induction of the external field.

Відомий ЕМА перетворювач |див. патент Японії 2004-177267, (301М429/04, перший варіанті, призначений для ультразвукового контролю металевих виробів довільної товщини. ЕМА перетворювач складається з П-образного « вузла підмагнічування і випромінювача. Випромінювач є решіткою, що складаються з декількох розташованих в одній площині паралельно один одному провідників (ниток-випромінювачів). Решітка розташована між полюсами ші с вузла підмагнічування, паралельно поверхні контрольованого виробу. Вузол підмагнічування включає м електромагніт, закріплений між верхніми частинами магнітоводів. Нижні торці магнітоводів є полюсами вузла я підмагнічування. Наявність електромагніту дозволяє змінювати значення магнітної індукції зовнішнього поля на поверхні контрольованого виробу в широких межах, проте приводить до додаткового споживання електроенергії, що у ряді випадків практичного застосування перетворювача є небажаним. - Відомий ЕМА перетворювач |див. патент Японії 2004-177267, «301М429/04, другий варіанті, що є прототипом -1 корисної моделі, що заявляється. ЕМА перетворювач складається з П-образного вузла підмагнічування і випромінювача. Випромінювач є решіткою, що складаються з декількох розташованих в одній площині се) паралельно один одному провідників (ниток-випромінювачів). Решітка розташована між полюсами вузла ї» 50 підмагнічування, паралельно поверхні контрольованого виробу. Вузол підмагнічування включає постійний магніт, розташований між верхніми торцями магнітоводів. Нижні торці магнітоводів є полюсами вузла підмагнічування. "ч Постійний магніт є прямокутний брусок із закругленими краями. Магніт встановлений з можливістю обертання навколо своєї подовжньої осі симетрії, розташованої паралельно ниткам-випромінювачам. Конструкція датчика дозволяє змінювати значення магнітної індукції зовнішнього поля на поверхні контрольованого виробу в широких межах. Разом з тим, наявність магніту, що обертає, може бути неприйнятна із-за конструктивних обмежень с системи неруйнівного контролю, що використовує даний перетворювач.The famous EMA converter | see Japanese patent 2004-177267, (301M429/04, the first version, intended for ultrasonic control of metal products of arbitrary thickness. The EMA transducer consists of a U-shaped "submagnetization unit and an emitter. The emitter is a grid consisting of several located in the same plane parallel to one one of the conductors (emitter filaments). The grid is located between the poles s and s of the submagnetization node, parallel to the surface of the controlled product. The submagnetization node includes an electromagnet fixed between the upper parts of the magnetic conductors. The lower ends of the magnetic conductors are the poles of the submagnetization node i. The presence of the electromagnet allows you to change the value of the magnetic induction of the external field on the surface of the controlled product within wide limits, however, it leads to additional electricity consumption, which is undesirable in some cases of practical application of the converter. - Well-known EMA converter | see Japanese patent 2004-177267, "301М429/04, the second variant, which is prototype -1 utility model claimed. The EMA converter consists of a U-shaped submagnetization unit and an emitter. The emitter is a grid consisting of several conductors (emitter filaments) located in the same plane (se) parallel to each other. The grid is located between the poles of the submagnetization node 50, parallel to the surface of the controlled product. The magnetization unit includes a permanent magnet located between the upper ends of the magnetic conductors. The lower ends of the magnetic conductors are the poles of the submagnetization assembly. "h Permanent magnet is a rectangular bar with rounded edges. The magnet is installed with the possibility of rotation around its longitudinal axis of symmetry, located parallel to the radiating threads. The design of the sensor allows changing the value of the magnetic induction of the external field on the surface of the controlled product within wide limits. At the same time, the presence of the rotating magnet may be unacceptable due to design limitations of the non-destructive testing system using this transducer.

У основу корисної моделі покладено завдання розширення технологічних можливостей виготовлення ЕМА перетворювачів з регульованим значенням магнітної індукції зовнішнього поля на поверхні контрольованого виробу за рахунок застосування магніту у формі прямокутного рівнобедреного обеліска, встановленого між 60 торцями магнітоводів, що мають скоси. Плоскопаралельне переміщення магніту уздовж осі, перпендикулярній площині випромінювача дозволить плавно змінювати повітряний проміжок між полюсами магніту і торцями магнітоводів. Це, у свою чергу, дозволить добитися плавної зміни магнітної індукції на поверхні контрольованого виробу за допомогою відмінного від аналогів і прототипу конструктивного рішення.The basis of the useful model is the task of expanding the technological possibilities of manufacturing EMA converters with an adjustable value of the magnetic induction of the external field on the surface of the controlled product due to the use of a magnet in the form of a rectangular isosceles obelisk installed between 60 ends of magnetic conductors that have bevels. The plane-parallel movement of the magnet along the axis perpendicular to the plane of the emitter will allow to smoothly change the air gap between the poles of the magnet and the ends of the magnetic conductors. This, in turn, will make it possible to achieve a smooth change in the magnetic induction on the surface of the controlled product with the help of a design solution different from analogues and prototypes.

Завдання, покладене в основу корисної моделі, вирішується за рахунок того, що в ЕМА перетворювачі, що 65 складається з П-образного вузла підмагнічування і розташованого між його полюсами випромінювача, що є решіткою з декількох розташованих в одній площині паралельних один одному і полюсам вузла підмагнічування провідників, в якому вузол підмагнічування є рухомий постійний магніт, розташований між верхніми торцями паралельних один одному магнітоводів, нижні торці яких утворюють полюси вузла підмагнічування, відповідно до корисної моделі, магніт виконаний у вигляді розміщеного над випромінювачем прямокутного рівнобедреного обеліска, похилі сторони якого, що є полюсами магніту, направлені на торці магнітоводів, що мають аналогічний нахил, а менша підстава магніту направлена на випромінювач і паралельно йому, при цьому магніт встановлений з можливістю плоскопаралельного переміщення уздовж осі, перпендикулярної площини випромінювача.The task, which is the basis of a useful model, is solved due to the fact that in the EMA converter, which 65 consists of a U-shaped submagnetization node and an emitter located between its poles, which is a lattice of several located in the same plane parallel to each other and to the poles of the submagnetization node conductors, in which the submagnetization node is a movable permanent magnet, located between the upper ends of parallel magnetic conductors, the lower ends of which form the poles of the submagnetization node, according to a useful model, the magnet is made in the form of a rectangular isosceles obelisk placed above the radiator, the sloping sides of which are by the poles of the magnet, directed at the ends of the magnetic conductors, which have a similar slope, and the smaller base of the magnet is directed at the emitter and parallel to it, while the magnet is installed with the possibility of plane-parallel movement along the axis, perpendicular to the plane of the emitter.

Суть корисної моделі полягає в наступному. 70 ЕМА перетворювач складається з П-образного вузла підмагнічування і випромінювача. Випромінювач є решіткою, що складаються з декількох розташованих в одній площині паралельно один одному провідників (ниток-випромінювачів). Решітка розташована між полюсами вузла підмагнічування, в безпосередній близькості від поверхні контрольованого виробу, паралельно їй. Нитки-випромінювачі повинні розташовуватися один від одного на відстані ЖЖ , ТЕ |(|див. Глухов Н.А., Бобров В.Т., Веременко С.В., Дружаев Ю.А., Колмогоров 75 В.Н., Лебедева Н.А. Злектромагнитно-акустические преобразователи для упругих волноводов. - Дефектоскопия, 1972, Мо4, с.38-45.), або, при контролі виробів з феромагнітних матеріалів, на відстані ЕВ див. БуденковThe essence of a useful model is as follows. 70 EMA converter consists of a U-shaped unit of magnetization and an emitter. The emitter is a grid consisting of several conductors (emitter filaments) located in the same plane parallel to each other. The grid is located between the poles of the submagnetization unit, in close proximity to the surface of the controlled product, parallel to it. Emitter filaments should be located at a distance of ЖЖ , ТЕ N.A. Electromagnetic-acoustic transducers for elastic waveguides - Defektoscopy, 1972, Mo4, pp. 38-45.), or, when controlling products made of ferromagnetic materials, at a distance of EB, see Budenkov

Г.А. Гуревич С.Ю. Современное состояние бесконтактньїх методов и средств ультразвукового контроля:HA. Gurevich S.Yu. The current state of non-contact methods and means of ultrasonic control:

Акустические методьі. - Дефектоскопия, 1981, Мо5, стр. 6-22), де Х - довжина нормальної акустичної хвилі, порушуваною ЕМА перетворювачем.Acoustic methods. - Defectoscopy, 1981, Mo5, p. 6-22), where X is the length of the normal acoustic wave disturbed by the EMA converter.

П-образний вузол підмагнічування складається з постійного магніту, розташованого в центральній частині вузла і двох магнітоводів, встановлених перпендикулярно поверхні контрольованого виробу. Магніт має форму прямокутного рівнобедреного обеліска |див., наприклад, Бронштейн И.Н., Семедяєв КА. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ. М.: Наука, 1980, стр. 222). Він встановлений паралельно площині випромінювача, при цьому менша підстава магніту розташована з боку випромінювача. Похилі сторони магніту, що є його полюсами, направлені на торці магнітоводів, що мають аналогічний нахил. -The U-shaped submagnetization unit consists of a permanent magnet located in the central part of the unit and two magnetic conductors installed perpendicular to the surface of the controlled product. The magnet has the shape of a rectangular isosceles obelisk | see, for example, Bronshtein I.N., Semedyaev KA. Reference book on mathematics for engineers and students of VTUZOV. M.: Nauka, 1980, p. 222). It is installed parallel to the plane of the emitter, while the smaller base of the magnet is located on the side of the emitter. The inclined sides of the magnet, which are its poles, are directed at the ends of the magnetic conductors, which have a similar slope. -

Магнітоводи, випромінювач і магніт зафіксовані один щодо одного за допомогою прямокутного бруска, виготовленого з діелектричного матеріалу. При цьому випромінювач прикріплений до нижньої сторони бруска, до бічних сторін якого прикріплені внутрішні сторони магнітоводів. На верхній стороні діелектричного бруска встановлений механізм плоскопаралельного переміщення магніту. оThe magnetic conductors, emitter and magnet are fixed relative to each other by means of a rectangular bar made of dielectric material. At the same time, the emitter is attached to the lower side of the bar, to the sides of which the inner sides of the magnetic conductors are attached. A mechanism for plane-parallel movement of the magnet is installed on the upper side of the dielectric bar. at

Робота пропонованого ЕМА перетворювача полягає в наступному. Для проведення неруйнівного контролю, «The operation of the proposed EMA converter is as follows. For non-destructive testing, "

ЕМА перетворювач встановлюють на поверхню контрольованого виробу. При цьому випромінювач розташовують в безпосередній близькості від поверхні. За допомогою вузла підмагнічування у верхньому шарі (о) об'єкту контролю створюється постійне магнітне поле. Необхідні характеристики магнітного поля отримують, їч- переміщаючи магніт уздовж осі, перпендикулярної площини випромінювача. Значення магнітної індукції зовнішнього поля на поверхні контрольованого виробу змінюватиметься в міру зміни величини повітряного -- проміжку між полюсами магніту і верхніми торцями магнітоводів. Після цього на нитці випромінювача подається електричний сигнал із заданими характеристиками, внаслідок чого в поверхневому шарі об'єкту контролю індукуються вихрові струми. Взаємодія первинного і наведеного струмів приводить до появи тиску, що « змінюється з ультразвуковою частотою. Ультразвукові коливання, у свою чергу, створюють в металі просторово-періодичне поле, під впливом якого частинки середовища здійснюють коливання. При перетині т с частинками, що коливаються, силових ліній магнітного поля, в поверхневому шарі металу виникають вихрові в струми, які реєструються за допомогою приймальної частини системи неруйнівного контролю. » Конструкція пропонованого ЕМА перетворювача пояснюється малюнком, приведеним на Фіг.1, де 1 - випромінювач, 2 - магніт, З - магнітоводи, 4 - брусок з діелектричного матеріалу, 5 - механізм плоскопаралельного переміщення, 6 - поверхня контрольованого об'єкту. - Нитки випромінювача можуть бути виготовлені методом труїння металевої фольги, приклеєної до нижньої -1 сторони діелектричного бруска, або нанесені за допомогою напилення.The EMA converter is installed on the surface of the controlled product. At the same time, the emitter is placed in close proximity to the surface. A permanent magnetic field is created with the help of the submagnetization node in the upper layer (o) of the control object. The necessary characteristics of the magnetic field are obtained by moving the magnet along the axis perpendicular to the plane of the emitter. The value of the magnetic induction of the external field on the surface of the controlled product will change as the size of the air gap between the poles of the magnet and the upper ends of the magnetic conductors changes. After that, an electrical signal with specified characteristics is applied to the emitter thread, as a result of which eddy currents are induced in the surface layer of the control object. The interaction of the primary and induced currents leads to the appearance of pressure that "changes with the ultrasonic frequency." Ultrasonic vibrations, in turn, create a space-periodic field in the metal, under the influence of which the particles of the medium vibrate. At the intersection of magnetic field lines with oscillating particles, eddy currents appear in the surface layer of the metal, which are registered using the receiving part of the nondestructive testing system. » The design of the proposed EMA converter is explained by the drawing shown in Fig. 1, where 1 is the emitter, 2 is the magnet, C is the magnetic conductors, 4 is the bar made of dielectric material, 5 is the plane-parallel movement mechanism, and 6 is the surface of the controlled object. - Emitter filaments can be made by etching metal foil glued to the lower -1 side of the dielectric bar, or applied by spraying.

Використання пропонованого ЕМА перетворювача дозволить підібрати оптимальні характеристики іс) магнітного поля на поверхні контрольованого виробу без використання магнітів, що обертаються і їз 20 електромагнітів. щоThe use of the proposed EMA converter will allow you to select the optimal characteristics of the magnetic field on the surface of the controlled product without using rotating magnets and using 20 electromagnets. what

Claims

The formula of the invention

1. An electromagnetic acoustic (EMA) transducer consisting of a U-shaped submagnetization unit and a radiator located between its poles, which is a grid of several conductors located in the same plane parallel to each other and to the poles of the submagnetization unit, and the submagnetization unit is a movable permanent magnet , is located between the upper ends of the magnetic conductors parallel to each other, the lower ends of which form the poles of the sub-magnetization unit, which is distinguished by the fact that the magnet is made in the form of a rectangular isosceles obelisk placed above the radiator, the inclined sides of which, which are the poles of the magnet, are directed at the ends of the magnetic conductors, which have a similar slope, and the smaller base of the magnet is directed to the emitter and parallel to it, while the magnet is installed with the possibility of plane-parallel movement along an axis perpendicular to the plane of the emitter.

2. EMA converter according to claim 1, which differs in that the conductors of the emitter grid are located 65 from each other at a distance of Хx, 5/2 bo 5/6 where y is the length of the normal acoustic wave disturbed by the EMA converter.

C. EMA converter according to claim 1, which is distinguished by the fact that the emitter is fixed on a dielectric rectangular bar, to the sides of which the inner sides of the magnetic conductors are attached, and on the upper side of the dielectric rectangular bar a mechanism for plane-parallel movement of the magnet is installed.

4. EMA converter according to claim 2, which differs in that the emitter grids are made by the method of poisoning metal foil applied to a dielectric rectangular bar.

5. EMA converter according to claim 2, which is distinguished by the fact that the emitter grids are made by sputtering metal on the lower side of a dielectric rectangular bar. that 2 in « (o) in yo

- and? - -and se) sh» that 60 b5