RU2549614C1 - Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах - Google Patents
Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2549614C1 RU2549614C1 RU2014107035/28A RU2014107035A RU2549614C1 RU 2549614 C1 RU2549614 C1 RU 2549614C1 RU 2014107035/28 A RU2014107035/28 A RU 2014107035/28A RU 2014107035 A RU2014107035 A RU 2014107035A RU 2549614 C1 RU2549614 C1 RU 2549614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- electromagnetic
- excitation
- ema
- acoustic oscillations
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ возбуждения акустических колебаний электромагнитно-акустическим (ЭМА) методом с использованием явления ЭМА-резонанса и может применяться при неразрушающем контроле, в частности, слабопроводящих материалов. Способ заключается в том, что в верхнем слое контролируемого изделия создают вихревые токи и инициируют возникновение и распространение акустических колебаний, при этом частоту возбуждающего поля выбирают из условий равенства длин волн электромагнитного и акустического полей, а фазу подстраивают до совпадения пространственного распределения вынуждающей силы с деформациями кристаллической решетки. Техническим результатом является повышение эффективности возбуждения акустических колебаний электромагнитно-акустическим методом. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к технологии возбуждения акустических колебаний электромагнитно-акустическим (ЭМА) методом.
Известен способ возбуждения акустических колебаний ЭМА-методом, реализованный конструкцией (ЭМА) преобразователя (патент на полезную модель РФ №31305, опубл. 27 июля 2003), в котором излучатель и приемник пространственно разделены, что дает значительные преимущества, т.к. при этом резко повышается отношение сигнал/помеха на входе приемного устройства, а это, в свою очередь, позволяет осуществлять контроль изделий эхо-методом с шероховатой и корродированной поверхностями, несмотря на то, что величина принимаемого сигнала при этом невелика.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ возбуждения акустических волн в электропроводящих материалах (патент РФ №2314880, опубл. 20.01.2008), при котором для достижения максимальной эффективности определенным образом выбирается отношение пространственной частоты к частоте возбуждения.
Обоим этим способам присущи недостатки, общие для способов возбуждения акустических колебаний ЭМА-методом, это низкий коэффициент преобразования энергии, для нержавеющей стали он составляет приблизительно 10-5. Для слабопроводящих материалов, таких как графит и углепластики, он еще ниже. При втором способе, принятом за прототип, эффективность выше, но тем не менее остается недостаточной высокой, что не обеспечивает контроль в некоторых случаях: контроль слабопроводящих материалов, материалов с высокой шероховатостью и т.д.
Изобретением решается задача повышения эффективности возбуждения акустических колебаний бесконтактным электромагнитно-акустическим методом, используя явление ЭМА-резонанса.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе частота возбуждения выбирается из условий равенства электромагнитной и акустической волн в металле, а фаза возбуждаемой электромагнитной волны регулируется и настраивается оптимальным образом по максимуму сигнала, добиваясь такого распределения пространственной силы, при котором оно будет совпадать с пространственным распределением акустической волны.
Структурная схема для осуществления предлагаемого способа приведена на рис.1. Задающий генератор 1 вырабатывает синусоидальные колебания, которые через фазовращатель 2 поступают на индуктор 3 электромагнитно-акустического преобразователя (ЭМАП). Конструкция ЭМАП выполнена с разделенными индуктором 3 и приемным элементом 5. ЭМАП возбуждает акустические колебания, которые распространяются в толщу объекта возбуждения, отражаются от противоположной стенки и возвращаются к исходной границе, связанной с ЭМАП. В результате электромагнитно-акустического преобразования акустические колебания преобразуются в вихревые токи, электромагнитное поле которых воспринимается приемным элементом 5 ЭМАП, индуцируя ЭДС в катушке приемного элемента. Усиленный сигнал поступает на анализатор 7 амплитуды и фазы, а затем с ее выхода поступает на фазовращатель 2. Задачей устройства фазовращателя является получение максимальной эффективности ЭМА преобразования, а следовательно, и максимума сигнала.
Отличительные признаки предложенного способа заключаются в использовании явления электромагнитно-акустического (ЭМА) резонанса. Как известно, в акустическом контроле используют довольно широкий диапазон частот: от 50 Гц до 50 МГц. При конструировании ЭМА-приборов частоту выбирают из различных соображений: максимальной эффективности ЭМА-преобразования, основываясь на математических расчетах процессов преобразования полей, оптимальной диаграммы направленности, наилучших условий выявляемости дефектов. При возбуждении предлагаемым способом частота выбирается исходя из условий равенства длин акустической и электромагнитной волн. Например, скорость распространения электромагнитной волны в твердом теле со сравнительно высокой электропроводностью определяется по формуле:
В приведенной формуле:
µ0 - магнитная проницаемость вакуума, µ0=4π·10-7·Н/m;
µ - относительная магнитная проницаемость;
σ - электропроводность S/m;
ω - циклическая частота.
Под материалами со сравнительно высокой электропроводностью понимаются такие, в которых токи проводимости значительно (как правило, на два порядка и более) превышают токи смещения. Такое условие выполняется не только для всех металлов, но также для углепластиков, графита и многих полупроводников. Зная скорость распространения электромагнитной волны в твердом теле, нетрудно определить и ее длину:
Данный способ представляет повышенный интерес для контроля материалов с невысокой электропроводностью. По причине низкой электропроводности длина электромагнитной волны оказывается равной длине акустической волны при сравнительно невысокой частоте. Предлагаемый способ можно использовать и при контроле материалов с высокой электропроводностью, но при этом частоты получаются достаточно высокими, какие редко используются в дефектоскопии. Так, например, при контроле алюминия оптимальная частота возбуждения для достижения явления ЭМА-резонанса составит около 80-ти МГц. В тоже время для контроля нержавеющей стали частота составляет всего 2 МГц. Весьма перспективной представляется реализация метода для контроля слабопроводящих материалов, например углепластиков, графита. Так при контроле углепластиков диапазон частот в зависимости от электропроводности может изменяться от 10 кГц до 80 кГц, для графита - 250 кГц. Очевидно, что при снижении электропроводности будет снижаться и эффективность возбуждения акустических колебаний, но учитывая высокую добротность при электромагнитно-акустическом резонансе, можно получить достаточно высокую величину смещений узлов кристаллической решетки.
Максимальную эффективность данного способа можно реализовать при непрерывной работе задающего генератора и, следовательно, непрерывном возбуждении акустических колебаний. Образно говоря, в этом случае кристаллическая решетка непрерывно раскачивается в соответствии со своей собственной частотой (электромагнитно-акустический резонанс), и амплитуда колебаний при этом может достичь достаточно высокой величины. Однако предлагаемый способ резонансного возбуждения дает преимущества при работе генератора в квазиимпульсном и даже в чисто импульсном режиме. В этом случае в схему необходимо дополнительно ввести узел 8 (рис.2) синхронизатора для управления работой задающего генератора.
Так как в данном случае мы имеем дело с распределенной колебательной системой, недостаточно добиться только совпадения частот, необходимо еще добиться правильного пространственного распределения вынуждающей силы. Резонанс наступает, если пространственное распределение внешней силы повторяет форму собственной функции, которой в нашем случае является форма кристаллической решетки. Для этой цели в устройстве служит фазовращатель 2.
Оценивая возможности предложенного способа нельзя забывать, что электромагнитная волна быстро затухает, и нельзя сказать, что она будет действовать по длине всего периода колебаний кристаллической решетки. Сравнительное пространственное расположение акустической и электромагнитной волны проиллюстрировано на графике, представленном на рис.3. Как видно, электромагнитная волна эффективно действует только приблизительно на 1/8 от полной длины волны, но тем не менее очевидно, что и это будет давать значительный эффект, т.к. электромагнитно-акустический резонанс обладает высокой добротностью.
Claims (2)
1. Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах, заключающийся в том, что в верхнем слое контролируемого изделия создают вихревые токи, в результате взаимодействия которых с постоянным магнитным полем возникает сила, инициирующая возникновение и распространение акустических колебаний, отличающийся тем, что частота выбирается из условий равенства электромагнитной и акустической волны в материале, а фаза возбуждаемой электромагнитной волны регулируется и настраивается оптимальным образом по максимуму сигнала, добиваясь такого распределения пространственной силы, при котором оно будет совпадать с пространственным распределением акустической волны.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в схему дополнительно введен узел синхронизатора для обеспечения работы в импульсном и квазиимпульсном режимах.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014107035/28A RU2549614C1 (ru) | 2014-02-25 | 2014-02-25 | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014107035/28A RU2549614C1 (ru) | 2014-02-25 | 2014-02-25 | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2549614C1 true RU2549614C1 (ru) | 2015-04-27 |
Family
ID=53289808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014107035/28A RU2549614C1 (ru) | 2014-02-25 | 2014-02-25 | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2549614C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU632400A1 (ru) * | 1977-06-08 | 1978-11-15 | Предприятие П/Я Р-6303 | Способ возбуждени упругих волн в электропровод щих материалах |
RU2314880C1 (ru) * | 2006-09-14 | 2008-01-20 | Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
US20110004091A1 (en) * | 1998-09-11 | 2011-01-06 | Gr Intellectual Reserve, Llc | Methods for Using Resonant Acoustic and/or Resonant Acousto-EM Energy to Detect And/Or Effect Structures |
US8037765B2 (en) * | 2007-11-01 | 2011-10-18 | Baker Hughes Incorporated | Electromagnetic acoustic transducer using magnetic shielding |
RU133603U1 (ru) * | 2012-12-19 | 2013-10-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт интроскопии МНПО "СПЕКТР" (ЗАО "НИИИН МНПО "СПЕКТР") | Прибор для акустического контроля ферромагнитных электропроводящих материалов |
-
2014
- 2014-02-25 RU RU2014107035/28A patent/RU2549614C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU632400A1 (ru) * | 1977-06-08 | 1978-11-15 | Предприятие П/Я Р-6303 | Способ возбуждени упругих волн в электропровод щих материалах |
US20110004091A1 (en) * | 1998-09-11 | 2011-01-06 | Gr Intellectual Reserve, Llc | Methods for Using Resonant Acoustic and/or Resonant Acousto-EM Energy to Detect And/Or Effect Structures |
RU2314880C1 (ru) * | 2006-09-14 | 2008-01-20 | Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах |
US8037765B2 (en) * | 2007-11-01 | 2011-10-18 | Baker Hughes Incorporated | Electromagnetic acoustic transducer using magnetic shielding |
RU133603U1 (ru) * | 2012-12-19 | 2013-10-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт интроскопии МНПО "СПЕКТР" (ЗАО "НИИИН МНПО "СПЕКТР") | Прибор для акустического контроля ферромагнитных электропроводящих материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hirao et al. | Electromagnetic acoustic transducers | |
Hirao et al. | Electromagnetic acoustic resonance and materials characterization | |
Ma et al. | Excitation and detection of shear horizontal waves with electromagnetic acoustic transducers for nondestructive testing of plates | |
Ogi et al. | Line-focusing of ultrasonic SV wave by electromagnetic acoustic transducer | |
Uchimoto et al. | Evaluation of fatigue cracks by an angle beam EMAT–ET dual probe | |
Kuts et al. | Using multidifferential transducer for pulsed eddy current object inspection | |
Muraveva et al. | Laws of formation of grating lobes in the acoustic field of electromagnetic–acoustic transducers as a linear array of unidirectional conductors | |
Ohara et al. | Monitoring growth of closed fatigue crack using subharmonic phased array | |
Yang et al. | Development of a biaxial grid-coil-type electromagnetic acoustic transducer | |
JP4795925B2 (ja) | 超音波厚さ測定方法および装置 | |
Aleshin et al. | Automatic ultrasonic inspection of large-diameter pipes | |
RU2549614C1 (ru) | Способ возбуждения акустических колебаний в электропроводящих материалах | |
Dhayalan et al. | A hybrid finite element model for spiral coil electromagnetic acoustic transducer (EMAT) | |
CN103837580B (zh) | 一种基于超声和电磁超声相结合的双模无损检测方法 | |
Hao et al. | Multi-belts coil longitudinal guided wave magnetostrictive transducer for ferromagnetic pipes testing | |
Ogata et al. | Development and performance evaluation of a high-temperature electromagnetic acoustic transducer for monitoring metal processing | |
Wang et al. | Influence of coil parameters on rayleigh waves excited by meander-line coil EMATs | |
CN208383812U (zh) | 一种激发单一模态Lamb波的电磁超声换能器 | |
Kuansheng et al. | A new frequency-tuned longitudinal wave transducer for nondestructive inspection of pipes based on magnetostrictive effect | |
Zhang et al. | Development of a phased array flexible Rayleigh-wave electromagnetic acoustic transducer for pipe inspection | |
Muravieva et al. | Modeling interactions between the magnetic and eddy current fields of the electromagnetic-acoustic transducer | |
Gurevich et al. | Laser generation and electromagnetic detection of normal acoustic waves in ferromagnetic metals | |
Li et al. | Third harmonic generation of shear horizontal guided waves propagation in plate-like structures | |
Zhang et al. | Numerical simulation of laser-EMAT testing depth of surface crack technology | |
RU133603U1 (ru) | Прибор для акустического контроля ферромагнитных электропроводящих материалов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160226 |