Электромагнитно-акустический преобразователь

 

Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано при контроле качества и толщины изделий из электропроводных материалов. Цель изобретения - повышение чувствительности преобразователя за счет уменьшения потерь энергии в магнитной системе - достигается благодаря тому, что преобразователь содержит магнитную систему, выполненную из двух плоских высокоэнергетических магнитов, соединенных ферромагнитной пластиной, пьезопластину и три вытянутые катушки, две из которых соединены с противоположными поверхностями пьеэопластины и одновременно выполняют роль электродов 1 ил.

C0I03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 29/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1587439 (21) 4813902/28 (22) 13.04.90 (46) 15.06.92. Бюл. ¹ 22 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом институте им. С.М,Кирова (72) В,П.Ольшанский (53). 620.179,16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1587439, кл, G 01 W 29/04, 1988. (54) ЭЛ Е КТРОМАГН ИТН О-АКУСТИЧЕСКИЙ

ПPЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, в частности к бесконтактным ультразвуковым, и может найти применение при толщинометрии и дефектоскопии изделий, покрытых слоем коррозии или непроводящих пленок.

Известны электромагнитно-акустические (ЭМА) преобразователи для возбуждения и приема сдвиговых и продольных волн, содержащий магнитную систему и катушку индуктивности, размещенную в диэлектрическом эластичном основании, и по А.с.

1174845 содержащий два магнита, установлснных на ферромагнитной пластине и вытянутую вдоль. линии стыкогки магнитов катушку индуктивности, установленную симметрично относительно продольной оси магнитной системы.

Недостатком этих преобразователей является низкий коэффициент преобразова.Я2 „1741058 А2 может быть использовано при контроле качества и толщины изделий из электропроводных материалов. Цель изобретения— повышение чувствительности преобразователя за счет уменьшения потерь энергии в магнитной системе — достигается благодаря тому, что преобразователь. содержит магнитную систему, выполненную из двух плоских высокоэнергетических магнитов. соединенных ферромагнитной пластиной, пьезопластину и три вытянутые катушки, две из которых соединены с противоположными поверхностями пьеэопластины и одновременно выполняют роль электродов. 1 ил. ния энергии электромагнитных волн в акустические волны в силу двух причин: во-пер- Я вых, активная длина волны составляет величину не более 0,2 от всей длины, так как

0,8 длины витка находится вне магнитного поля и поэтому играет роль балластного со- . противления; во-вторых, витки с током одного направления будучи помещены под разные полюса магнита, возбуждает противоположные по направлению электродинамические силы в материале изделия. В результате происходит взаимное ослабление сил, т.е. низкий коэффициент преобразования ЭМАПов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь, содержащий магнитную систему из двух разнополярно установленных на ферромагнитной пластине постоянных магнитов и вытянутую симметрично вдоль

1741058

10 линии стыковки магнитов три плоские катушки, расположенные соосно друг под другом и электрически раздельно, причем первая и вторая катушки включены последовательно и являются приемными, а третья возбуждающей. Недостатком преобразователя является .низкий коэффициент преобразования электромагнитной энергии.

Катушка возбуждения во время действия импульса тока возбуждает вихревые токи не только в объекте контроля, но и в постоянных магнитах преобразователя. Акустические шумы магнитов являются помехой для акустического сигнала объекта, уменьшая отношение сигнала к шуму. Ток в катушке, возбуждая вихревой ток в объекте контроля, взаимодействует с ним, т.е. каждый из них испытывает -электродинамическое воздействие со стороны другого. Вихревой ток при этом возбуждает в объекте ультразвуковые волны, а возбуждающая катушка перемещается под воздействием реактивных сил в обратную сторону, ослабляя электродинамические силы,в объекте.

Цель изобретения — повышение чувствительности преобразователя за счет увеличения коэффициента преобразования энергии. . Эта цель достигается тем, что в ЭМАпреобразователь, содержащий магнитную систему из двух плоских высокоэнергетических магнитов, закрепленных разноименными полюсами на ферромагнитной пластине и три плоские катушки индуктивности, расположенные симметрично относительно продольной оси магнитной системы, соосно друг под другом, между второй и третьей катушками индуктивности помещен пьезоэлемент, электроды которого выполнены в виде плоских катушек индуктивности.

В известных ЭМА-преобразователях не применялись пьезоэлектрические элементы. Известны технические решения, в которых в качестве катушек индуктивности ЭМЛ преобразователя применяются проводящие спирали на непроводящей (основе) подложке, т.е. выполнены печатными. Применение таких катушек повышает коэффициент преобразования ЭМАПа за счет жесткой основы, т.е. меньших потерь энергии на ".отдачу" или реакцию катушки во время действия короткого импульса тока.

Если в качестве жесткой основы использовать пьезоэлектрический элемент. то потери на "отдачу" еще более уменьшается.

Происходит это благодаря тому, что в момент подачи в катушку импульса тока в пьезопластине возникают механические напряжения синфазные с изменением по15

55 тенциала на его электродах (катушках), В результате возникают дополнительные силы в направлении взаимодействия токов в катушке с вихревыми токами. способствующие увеличению интенсивности электродинамических сил ° возбуждающих ультразвуковые волны.в объекте контроля.

Кроме того, в режиме приема эхо-сигналов объекта с электродов (катушек) пьезопластины можно снять дополнительную информацию об" акустическом сигнале.

Поскольку между магнитами и возбуждающей катушкой находятся две катушки и пьезоэлемент, то акустические помехи, возникающие в магнитах еще более ослабляются„за счет чего дополнительно увеличивается соотношение сигнала к шуму.

На чертеже представлена схематично конструкция ЭМА-преобразователя.

ЭМА-преобразователь содержит два плоских постоянных высокоэнергетических редкоземельных магнита 1, соединенных ферромагнитной пластиной 2. На открытие полюса магнитной системы закрепляется катушка 6; на которую приклеивается пьезопластина 3 таким образом, что ее электроды, выполненные в виде двух. вытянутых катушек 4 и 5. ориентируются симметрично, вдоль продольной оси магнитной системы соосно с катушкой 6.

ЭМА-преобразователь работает следующим образом, Магнитная система, состоящая из магнитов 1 и ферромагнитной пластины 2 создает в обьекте контроля магнитное поле, Импульс тока генератора зондирующих импульсов поступает в возбуждающую катушку 5, Одновременно в объекте контроля возбуждаются вихревые токи, которые, взаимодействуя с током в катушке, под действием электродинамических сил, возбуждают ультразвуковые волны в объекте контроля. Импульс тока в катушке возбуждения, служащей одновременно электродом пьезопластины, вызывает деформацию пьезокерамики, т.е. возбуждение в пьезопластине 3 ультразвуковой волны, которая синфазна с волной в объекте контроля. В результате возбуждающая катушка 5 получает дополнительный импульс перемещения по направлению к объекту, т,е. "отдача" катушки 5 уменьшается, и йоэтому электродинамические силы, возбуждающие ультразвуковые волны в объекте, увеличиваются. С другой стороны, электромагнитное поле возбуждающего тока ослабляется слоем пьезокерамики, двумя приемными катушками и по этой причине

1741058. Составитель В.ольшанский

Редактор М.Бокарева Техред M.Mîpråíòàë Корректор М.Демчик

Заказ 2082 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 практически не возбуждают акустические волны в теле магнитов.

В режиме приема эхо-сигналов катушки

4 и 6 соединяются последовательно и воспринимают электромагнитные импульсы вихревых токов эхо-сигналов. Катушки 4 и 6 могут быть также включены встречно при использовании дифференциального приемного усилителя.

По сравнению с прототипом предло.женный преобразователь имеет повышенную на 50-607 чувствительность к акустическому сигналу и лучшее соотношение сигнала к шуму за счет не только повышения коэффициента преобразования, но и снижения акустических шумов магнитов, Формула изобретения

5 Электромагнитно-акустический преобразователь по авт.св. М 1587439, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности за счет уменьшения потерь энергии в магнитной системе, он

10 снабжен пьезопластиной, а вторая и третья катушки гальванически соединены с противоположными поверхностями пьезопластины,