Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах

Авторы патента:

МПК (2006/01) G01N 27/90

Полезная модель относится к области вихретокового неразрушающего контроля и прикладной магнитооптики.

Известено устройство для визуализации дефектов (RU2092832 С1). Устройство обеспечивает визуализацию дефектов, в том числе скрытых, в изделиях из электропроводящих немагнитных материалов. Устройство содержит магнитооптический блок визуализации пространственно неоднородных магнитных полей, содержащий импульсный источник подсветки, поляризатор, преобразователь магнитного поля (визуализирующий элемент) - пленку феррит-граната на прозрачной подложке и анализатор. Пленка феррит-граната имеет пониженное эффективное значение гиромагнитного отношения. Визуализация конфигурации дефектов основана на регистрации любого параметра динамической доменной структуры и распределения намагниченности в пленке, который взаимосвязан с магнитным полем, действующим на пленку, или имеет чёткий порог. В исследуемом образце возбуждают вихревые токи с помощью испытательной катушки, подключенной к источнику переменного или импульсного тока, или вращающихся постоянных магнитов. Визуализирующий элемент освещают синхронно с возбуждением вихревых токов. Визуализируют магнитные поля рассеяния дефектов, которые отражают конфигурацию этих дефектов. Перед каждым измерением исходное состояние пленки задается специальной катушкой, или постоянным магнитом.

К недостаткам данного устройства можно отнести следующее. Наблюдение дефектов можно осуществлять только в момент подачи вихревых токов в испытательную катушку, что исключает длительный контроль дефектности образца ввиду его разогрева токами Фуко. Второе это то, что устройство не предусматривает изменение частоты и амплитуды вихревых токов, что затрудняет возможность оценки глубины залегания дефекта.

В качестве прототипа выбран индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии и сканер на его основе (WO 2010/138093 А1). Индуктор вихревых токов для магнитографической дефектоскопии имеет расположенный в жестком корпусе неферромагнитный диэлектрический опорный элемент с подвижным пазом на рабочем торце, возбуждающий проводник, уложенный в паз этого опорного элемента и дополнительные приспособления для подключения проводника к источнику импульсного тока. Процесс контроля дефектов в электропроводящем образце производится в следующей последовательности. Сначала на исследуемый участок накладывается магнитная лента, затем на этот участок воздействуют индуктором вихревых токов. При этом магнитные поля рассеяния записываются на магнитную ленту, наложенную на участок контроля. Затем магнитный образ полей рассеяния дефектов, записанный на магнитную ленту, пошагово визуализируется магнитооптическим преобразователем, а визуализированные пошаговые образы через цифровую камеру записываются в компьютер и создают цельную картину распределения дефектов в исследуемом участке образца.

К недостаткам прототипа относится относительная сложность и многоступенчатость описанного процесса, что значительно снижает оперативность контроля и делает это решение малопригодным для использования в полевых условиях.

В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах путем

использования магнитооптического материала, выполненного из высококоэрцитивной эпитаксиальной пленки феррит-граната с низкой температурой магнитного упорядочения, что обеспечивает возможность упростить устройство и расширить его функциональные возможности за счет использования в полевых условиях.

Поставленная задача решается тем, что устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах, включающее индуктор вихревых токов и регистрирующее устройство, согласно полезной модели, дополнительно содержит магнитооптический элемент, выполненный из высококоэрцитивной эпитаксиальной пленки феррита-граната с низкой температурой магнитного упорядочения и проводящим зеркально-защитным покрытием, источник непрерывного белого света, телекамеру, оптические оси которых направлены на магнитооптический элемент через анализатор и поляризатор, импульсный источник синего света, соединенный через первый блок питания с коммутатором, соединенным через второй блок питания с источником непрерывного света, через третий блок питания с зеркально-защитным покрытием магнитооптического элемента, через генератор импульсов с усилителем и с индуктором вихревых токов. Устройство обеспечивает возможность использования его в полевых условиях.

Устройство содержит (фиг. 1) индуктор вихревых токов 1, магнитооптический элемент 2 с проводящим зеркально-защитным покрытием 3, импульсный источник синего света 4, источник непрерывного белого света 5, телекамеру 6, анализатор 7, поляризатор 8. Индуктор 1 соединен с усилителем 10, соединенным с генератором импульсов 9, соединенным с коммутатором 11. Коммутатор 11 соединен с блоком питания 12, соединенным с источником синего света 4, с блоком питания 13, соединенным с зеркально-защитным покрытием 3 и блоком питания 14, соединенным с источником белого света 5.

Устройство работает следующим образом.

На исследуемый участок образца 15 с дефектом 16 накладывают плоский индуктор вихревых токов адаптируемой геометрии 1, в центре индуктора расположен магнитооптический элемент 2, выполненный из высококоэрцитивной эпитаксиальной плёнки феррита-граната с низкой (<100 °С) температурой магнитного упорядочения (YN) С проводящим зеркально-защитным покрытием 3. Коммутатор 11 соединен с блоком питания 14 и на источник света 5 поступает напряжение питания, которое выключается по окончании всего процесса вихретокового контроля образца. Коммутатор 11 включает блок питания 12 с источником света 4 и блок питания 13, соединенный с зеркально-защитным покрытием 3 на время КГМО¹ сек для подготовки к началу цикла визуализации дефекта путём размагничивания магнитооптического элемента 2 импульсом синего света от источника света 4, излучение которого направлено на магнитооптический элемент 2, и омическим тепловым импульсом под зеркально-защитным покрытием 3.

Затем коммутатор 11 включает на Ю'МО¹ секунды генератор 9, который генерирует однополярные импульсы, которые через усилитель 10 подаются на индуктор вихревых токов 1. Силовые линии магнитного поля, возбуждаемого катушкой-индуктором 1, пронизывают образец 15, зарождая в нем вихревые токи, плотность которых распределена по глубине (толщине) образца в зависимости от частоты прохождения (f = 0,3-45 кГц) и амплитуды однополярных импульсов (ток в цепи индуктора меняется от 0,1 до 5 А), а поля рассеяния, образующиеся на внутренних неоднородностях 16, индуцируют наведенную доменную структуру в магнитооптическом элементе 2, соответствующую пространственному распределению внешнего поля, отображая расположение и конфигурацию дефектов. Благодаря повышенной коэрцитивной силе эта доменная структура «запоминается» магнитооптическим элементом 2. Излучение с источника непрерывного белого света 5 через поляризатор 8 направляется на магнитооптический элемент 2. Пройдя через магнитооптический элемент 2 и отразившись от зеркально-защитного слоя 3, излучение поступает через анализатор 8 в

телекамеру 6, которая фиксирует магнитооптический образ конфигурации полей рассеяния дефектов и передает ее в компьютер для накопления и последующей обработки, или наблюдается.

Для следующего участка образца последовательность шагов повторяется. В результате может быть получена карта распределения дефектов в образце.

Пример реализации устройства.

Оптическая часть устройства включает систему освещения и построения изображений в отраженном поляризованном свете. В качестве поляризатора и анализатора применены дихроичные поляроиды, а линза объектива формирует 5-кратно увеличенное изображение доменной структуры эпитаксиальной пленки феррит-граната на матрице CCD. Ввод видеокадров в компьютер осуществлялся посредством телекамеры 6, например USB-CCD камеры с матрицей 1,3 Мпикс и чувствительностью 0,1 лк. В качестве источника белого света 5 применялась мощная светодиодная матрица фирмы «Оптоган» OCM-D010R01A-50E0 10 Вт. В качестве импульсного источника света 4 применялась светодиодная матрица HPR40E-48K100BG (100W, Blue), работающая на длине волны 468-470 нм. Магнитооптический элемент был изготовлен из эпитаксиальной пленки феррита-граната состава (Bi,Lu,Sm)3(Fe,Ga,Al)5Oi2, выращенной на подложке состава GcbGasO^. Эпитаксиальная пленка имеет величину коэрцитивной силы 100 Э и температуру Нееля 60 °С. Зеркально-защитное проводящее покрытие толщиной 1,5 мкм было получено методом вакуумного напыления и имело химический состав Cr+TiN. Сопротивление постоянному току составляет приблизительно 100 Ом. Источником импульсов служит программируемый микроконтроллер, прошивкой которого задается форма и частота импульсов в индукторе, момент и длительность серии импульсов. Усилитель мощности собран на двух полевых транзисторах, функционирующих в ключевом режиме. Блок коммутации также изготовлен на базе программируемого микроконтроллера.

Устройство обеспечивает возможность использования его в полевых условиях.

Устройство для магнитооптической визуализации дефектов в электропроводящих материалах, включающее индуктор вихревых токов и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что дополнительно содержит магнитооптический элемент, выполненный из высококоэрцитивной эпитаксиальной пленки феррита-граната с низкой температурой магнитного упорядочения и проводящим зеркально-защитным покрытием, источник непрерывного белого света, телекамеру, оптические оси которых направлены на магнитооптический элемент через анализатор и поляризатор, импульсный источник синего света, соединенный через первый блок питания с коммутатором, соединенным через второй блок питания с источником непрерывного света, через третий блок питания с зеркально-защитным покрытием магнитооптического элемента, через генератор импульсов с усилителем и с индуктором вихревых токов.