Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2.

Представлена концепция построения ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа для систем неразрушающего контроля и технической диагностики металлопроката. Получены выражения для расчета преобразователей электромагнитного типа на примере решения задачи для возбуждения продольных волн в сте...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Сучков, Г.М., Петрищев, О.Н., Хащина, С.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2012
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102524
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2. / Г.М. Сучков, О.Н. Петрищев, С.В. Хащина // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 2. — С. 18-23. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102524
record_format	dspace
spelling	Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Хащина, С.В. 2016-06-12T02:59:09Z 2016-06-12T02:59:09Z 2012 Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2. / Г.М. Сучков, О.Н. Петрищев, С.В. Хащина // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 2. — С. 18-23. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102524 620.179.16:620.179.17 Представлена концепция построения ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа для систем неразрушающего контроля и технической диагностики металлопроката. Получены выражения для расчета преобразователей электромагнитного типа на примере решения задачи для возбуждения продольных волн в стержне. Подтверждена возможность определения необходимых параметров преобразователя через функцию «частотная характеристика преобразователя». Article is devoted to the development concept for construction of an electromagnetic ultrasonic transducers for such systems of nondestructive testing and technical diagnostics of metal. Expressions are derived for the calculation of the electromagnetic transducer type in the sample solution for the excitation of longitudinal waves in the rod. The possibility of determining the required characteristics of the transducer in terms of the «frequency response of the transducer». ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Научно-технический раздел Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2. Development of concepts of designing ultrasonic transducers of electromagnetic type. Excitation mode. P.2 Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2.
spellingShingle	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2. Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Хащина, С.В. Научно-технический раздел
title_short	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2.
title_full	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2.
title_fullStr	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2.
title_full_unstemmed	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2.
title_sort	развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. режим возбуждения. ч. 2.
author	Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Хащина, С.В.
author_facet	Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Хащина, С.В.
topic	Научно-технический раздел
topic_facet	Научно-технический раздел
publishDate	2012
language	Russian
container_title	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format	Article
title_alt	Development of concepts of designing ultrasonic transducers of electromagnetic type. Excitation mode. P.2
description	Представлена концепция построения ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа для систем неразрушающего контроля и технической диагностики металлопроката. Получены выражения для расчета преобразователей электромагнитного типа на примере решения задачи для возбуждения продольных волн в стержне. Подтверждена возможность определения необходимых параметров преобразователя через функцию «частотная характеристика преобразователя». Article is devoted to the development concept for construction of an electromagnetic ultrasonic transducers for such systems of nondestructive testing and technical diagnostics of metal. Expressions are derived for the calculation of the electromagnetic transducer type in the sample solution for the excitation of longitudinal waves in the rod. The possibility of determining the required characteristics of the transducer in terms of the «frequency response of the transducer».
issn	0235-3474
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102524
citation_txt	Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2. / Г.М. Сучков, О.Н. Петрищев, С.В. Хащина // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2012. — № 2. — С. 18-23. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT sučkovgm razvitiekoncepciisozdaniâulʹtrazvukovyhpreobrazovateleiélektromagnitnogotiparežimvozbuždeniâč2 AT petriŝevon razvitiekoncepciisozdaniâulʹtrazvukovyhpreobrazovateleiélektromagnitnogotiparežimvozbuždeniâč2 AT haŝinasv razvitiekoncepciisozdaniâulʹtrazvukovyhpreobrazovateleiélektromagnitnogotiparežimvozbuždeniâč2 AT sučkovgm developmentofconceptsofdesigningultrasonictransducersofelectromagnetictypeexcitationmodep2 AT petriŝevon developmentofconceptsofdesigningultrasonictransducersofelectromagnetictypeexcitationmodep2 AT haŝinasv developmentofconceptsofdesigningultrasonictransducersofelectromagnetictypeexcitationmodep2
first_indexed	2025-11-24T20:13:37Z
last_indexed	2025-11-24T20:13:37Z
_version_	1850494960304914432
fulltext	УДК 620.179.16:620.179.17 РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИЙ СОЗДАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ТИПА РЕЖИМ ВОЗБУЖДЕНИЯ. Ч. 2 Г. М. СУЧКОВ (НТУ «Харьковский политехнический ин-т»), О. Н. ПЕТРИЩЕВ (НТУУ «Киевский политехнический ин-т), доктора техн. наук, С. В. ХАЩИНА, асп. (НТУ «Харьковский политехнический ин-т») Представлена концепция построения ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа для систем не- разрушающего контроля и технической диагностики металлопроката. Получены выражения для расчета преоб- разователей электромагнитного типа на примере решения задачи для возбуждения продольных волн в стержне. Подтверждена возможность определения необходимых параметров преобразователя через функцию «частотная характеристика преобразователя». Article is devoted to the development concept for construction of an electromagnetic ultrasonic transducers for such systems of nondestructive testing and technical diagnostics of metal. Expressions are derived for the calculation of the electromagnetic transducer type in the sample solution for the excitation of longitudinal waves in the rod. The possibility of determining the required characteristics of the transducer in terms of the «frequency response of the transducer». Математическая модель проходного преобра- зователя в режиме возбуждения продольных волн в ферромагнитном токопроводящем стер- жне. Рассмотрим пример построения математи- ческой модели преобразователя в режиме возбуж- дения продольных волн в ферромагнитном стержне кругового поперечного сечения (рис. 1). Будем полагать, что в объеме ферромагнитного стержня 1 создано постоянное аксиально-ориен- тированное поле подмагничивания с напряжен- ностью Hz 0. Источник этого поля на рис. 1 не по- казан. Переменное магнитное поле с напряженностью H  , z eit создает катушка 2, по N виткам которой протекает электрический ток i(t) = I*eit. Далее будем считать, что поле под- магничивания является однородным, т. е. напря- женность Hz 0 не зависит от координат точки наб- людения в области существования переменного магнитного поля катушки. Очевидно, что такое поле можно создать с помощью соленоида, раз- меры которого в три-четыре раза превосходят раз- меры катушки 2. Представим ферромагнитный стержень 1 в виде цепочки магнитных доменов, которые одинаковым образом ориентированы пос- тоянным магнитным полем Hz 0. В момент времени, когда аксиальный компонент Hz , z направлен в ту же сторону, что и компонент Hz 0, разноименные полюса доменов сближаются и участок стержня под катушкой сжимается вдоль оси Oz. В то время, когда аксиальные компоненты Hz , z и Hz 0 ори- ентированы в противоположные стороны, силы магнитного взаимодействия между полюсами до- менов уменьшаются и силы упругости увеличи- вают длину участка стержня под катушкой 2. Та- ким образом, совместное действие постоянного поля подмагничивания Hz 0 и переменного магнит- ного поля H  , z eit инициирует деформации сжатия-растяжения, энергия которых уносится продольными волнами в периферийные области стержня влево и вправо от катушки 2. Рассмотрим низкочастотный случай, когда напряженно-деформированное состояние стержня практически не меняется в пределах площади его поперечного сечения. Это означает, что амплиту- да гармонически изменяющегося во времени век- тора u , z смещения материальных частиц стер- жня может быть полностью определена амплитуд- © Г. М. Сучков, О. Н. Петрищев, С. В. Хащина, 2012 Рис. 1. Расчетная схема преобразователя электромагнитного типа с источником переменного магнитного поля в форме проходной катушки 18 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 ным значением uz(z) его аксиальной компоненты. При этом уравнение (18) из работы [1] будет иметь следующий вид: EH uz,zz  0 2uz  f̂z z  0 zV , (1) где EH — модуль Юнга ферромагнетика, экспе- риментально определяемый в режиме постоянства напряженности магнитного поля; запятая между индексами указывает на операцию дифференци- рования записанного до запятой выражения по ко- ординате, индекс которой проставлен после запя- той; 0 — плотность материала стержня; f̂z z — усредненная по площади поперечного сечения S = 2 ( — радиус сечения) стержня амплитуда аксиальной компоненты вектора объемной плот- ности магнитострикционных сил, причем f̂z z  2m1 2 Hz 0  0   Hz,z  , zdp, (2) где m1<1 Гн/м — магнитострикционная констан- та; Hz,z  — скорость изменения вдоль оси Oz ак- сиальной компоненты вектора напряженности переменного магнитного поля в объеме ферро- магнитного стержня. Так как вектор смещения материальных частиц стержня полностью определяется аксиальным компонентом, то граничные условия на боковой поверхности стержня (см. выражение (19) в работе [1]) выполняются автоматически. Предположим, что длина стержня достаточно велика и в нем существуют только бегущие уль- тразвуковые волны. В этом случае необходимо особо оговорить условия физической реализуе- мости воздействия на физическую систему и ус- ловия физической реализуемости ее отклика. В ка- честве воздействия на стержень выступает объем- ная плотность f̂z z внешних сил, которая созда- ется физически реализуемым источником и по этой причине удовлетворяет предельным услови- ям следующего вида: lim \|z\| f̂z z  0 . (3) Отклик физической системы, т. е. амплитуда смещения uz(z), должен обращаться в нуль на бес- конечном удалении от источника. Там же должны обращаться в нуль деформации сжатия–растяже- ния. Это равносильно выполнению следующих предельных условий: lim \|z\| [uzz, uz, zz]  0 . (4) Условия физической реализуемости (3) и (4) позволяют применить для решения уравнения (1) метод интегральных преобразований [2]. Для это- го введем интегральные образы функций uz(z) и f̂z z как прямое преобразование Фурье по коор- динате z. Применение этого преобразования к уравнению (1) трансформирует его из дифферен- циального уравнения в алгебраическое, которое элементарно разрешается относительно интег- рального образа аксиального компонента вектора смещения, т. е. величины uz(z). Обратное преоб- разование Фурье выполняется с помощью методов теории функций комплексного переменного [3]. Конечный вид решения уравнения (1) записыва- ется следующим образом: uzz       Uz eiz, z  A, Uz eiz, z  A, (5) где Uz  — смещения материальных частиц стер- жня во фронте продольной волны или амплитуды продольных волн уходящих вправо (знак минус) и влево (знак плюс) от области существования внешних сил, т. е. от источника переменного маг- нитного поля; A — физическая бесконечность (A  (23)l) или границы области существования переменного магнитного поля катушки;  = /vст — волновое число продольной волны; vст  EH  0 — скорость распространения про- дольных волн в стержне. При этом Uz    m1Hz 0 EH2  0  Hz  , d , (6) где Hz ,      Hz  , z eiz dz — Фурье-образ аксиального компонента вектора напряженности переменного магнитного поля катушки в объеме токопроводящего ферромагнитного стержня. Поскольку характер распределения объемной плотности магнитострикционной силы полностью определяется Фурье-образом Hz , , который, в свою очередь, полностью определяется конс- трукцией источника переменного магнитного по- ля, то можно полагать, что величины Uz  содер- жат в своем аналитическом определении инфор- мацию о конструкции и основных параметрах ис- точника упругих возмущений. По этой причине можно утверждать, что выражение (6) имеет смысл общего определения частотной характерис- тики преобразователя электромагнитного типа в режиме возбуждения продольных (недиспергиру- ющих) волн в продольно намагниченном ферро- магнитном стержне. Очевидно, что соотношение (6) играет ключевую роль в построении матема- тической модели проходного преобразователя ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 19 электромагнитного типа. Оно указывает на то, что для определения амплитуд смещений материаль- ных частиц в объеме металлического стержня не- обходимо и достаточно иметь в своем распоря- жении интегральный образ того или иного ком- понента вектора напряженности переменного маг- нитного поля. Известно [4], что система уравне- ний Максвелла при наличии хотя бы одной гра- ницы раздела электрических или магнитных свойств среды во многих системах координат яв- ляется неразрешимой в терминах компонентов векторов напряженностей электрического или магнитного полей. Вместе с тем уравнения Мак- свелла легко разрешаются в терминах интеграль- ных образов тех же величин не только для одной, но и для произвольного числа границ разделов сред с различными свойствами. Более того, в тер- минах интегральных образов компонентов векто- ра напряженности электрического или магнитного поля возможно построение замкнутых решений для сред с анизотропией электрических и (или) магнитных свойств. Применяя интегральное преобразование Фурье по координате z к системе уравнений Максвелла, трансформируем их в систему обыкновенных дифференциальных уравнений. Эта система урав- нений элементарно разрешается для внешней (<; –<z<) и внутренней (0; –<z<) областей существования переменного магнитного поля. На границе раздела областей, т. е. на по- верхности ( = ; –<z<) должны быть непре- рывны Фурье-образы аксиальных компонентов векторов напряженности и радиальных компонен- тов векторов индукции магнитных полей, которые существуют по обе стороны от границы раздела. После удовлетворения этим граничным условиям получаем окончательный вид выражения для рас- чета Фурье образа Hz  , . После интегриро- вания этого выражения по формуле (6) можно за- писать в виде: Uz   I Wz u, P, (7) где Wz u, P — передаточная характеристика или математическая модель проходного преобразова- теля в режиме возбуждения продольных недис- пергирующих волн в ферромагнитном стержне; символом P в списке аргументов передаточной ха- рактеристики обозначен набор физико-механичес- ких и геометрических параметров преобразовате- ля, расчетная схема которого показана на рис. 1. Частотно зависимая функция Wz u, P опреде- ляет эффективность работы преобразователя на произвольно выбранной частоте  и рассчитыва- ется по формуле: Wz u,P  W0 Wуп, P, (8) где W0  m1Hz 0N  4EH — абсолютная эффектив- ность преобразователя электромагнитного типа в режиме возбуждения упругих волн в ферромаг- нетике (магнитострикционной среде), м/А; при m1 = 1 Гн/м, Hz 0 = 1 кА/м; N = 10 и Eн = 125 ГПа абсолютная эффективность W0 = 210–6м/A; Wуп(,P) — волновая характеристика УЗ преоб- разователя — безразмерная функция волнового числа  (в бездисперсионном приближении вол- новое число прямо пропорционально частоте, так как  = /vст) и набора параметров преобразователя, которая показывает влияние частотно зависимых по- терь на эффективность возбуждения упругих волн. Волновая характеристика преобразователя проход- ного типа является произведением двух волновых характеристик, а именно: Wуп(,P) = Wк(,l,R)Wст(,,), (9) где Wк(,l,R) — волновая характеристика источ- ника переменного магнитного поля — функция, учитывающая влияние интерференционных по- терь, которые определяются размерами катушки, на эффективность возбуждения продольных волн; Wст(,,) — волновая характеристика токопрово- дящего стержня, которая учитывает потери эффек- тивности, обусловленные скин-эффектом. Волновая характеристика источника перемен- ного магнитного поля определяется следующим выражением: Wk, l, R  sinl l R. (10) Функция R() определяет влияние радиусов R1 и R2 укладки витков катушки на амплитуду воз- буждаемых волн и рассчитывается по формуле: R   2R2  R1 [  , R2   , R1] , где (,Rk) = Rk[K1(Rk)L0(Rk)+K0(Rk)L1(Rk)]; k = 1, 2; Kv(Rk) и Lv(Rk) (v = 0; 1; k = 1; 2) — функции Макдональда и модифицированные фун- кции Струве порядка v соответственно. На рис. 2 показано изменение функции R() и модуля функции Wк(,l,R) для фиксированной длины катушки l =  и радиуса R1 =  (см. рис. 1). Изменяющимся параметром семейства кривых на рис. 2 является радиус R2. Из анализа приве- денных на рисунке результатов следует, что с рос- том значений безразмерного волнового числа  резко уменьшаются значения функции R() и Wк(,l,R). При этом функция Wк(,l,R) периодичес- ки обращается в нуль на частотах, которым со- ответствуют значения l = k (k = 1, 2, 3, ). Сообразно значениям функции Wк(,l,R) меняется величина смещений материальных частиц во фронте продольной волны. Причиной отмеченных 20 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 особенностей поведения функции Wк(,l,R) и, как следствие, изменения амплитуд смещений мате- риальных частиц стержня, является интерферен- ция упругих волн, которые излучаются различны- ми, находящимися в области существования пе- ременного магнитного поля катушки, участками ферромагнитного стержня. Объяснить это утверждение можно таким об- разом. Рассмотрим малый участок стержня, огра- ниченный поперечными сечениями zz(z>0), на- ходящийся в области действия переменного маг- нитного поля. Материальные частицы этого учас- тка стержня движутся под действием магнитост- рикционных сил и обмениваются импульсом с со- седними частицами, т. е. выделенный участок стержня можно рассматривать как элементарный (в смысле мощности) излучатель, который гене- рирует стационарное поле смещений. Оно харак- теризуется стационарным распределением фаз по длине стержня. Другой малый участок, ограни- ченный сечениями –zz(z<0), можно интерпре- тировать как другой элементарный излучатель, который генерирует свое стационарное поле сме- щений. Оно на данной частоте имеет ту же длину волны, что и поле, излучаемое первым, симмет- рично расположенным, малым участком, и харак- теризуется так же стационарным распределением фаз по длине стержня. Между этими двумя рас- пределениями фаз существует постоянный сдвиг, который пропорционален 2z, и, в зависимости от частоты колебаний и расстояния между излу- чающими участками, может приобретать значе- ния в интервале от 0 до 2. В зависимости от величины этого фазового сдвига может наблю- даться либо взаимное подавление излучения двух, симметрично расположенных относительно плос- кости z = 0 участков стержня, либо такое сложение этих полей, которое максимально усиливает ре- зультирующее значение смещения материальных частиц. При некоторых значениях частоты раз- ность фаз между стационарными полями, излу- чаемыми различными элементарными участками стержня, расположенными симметрично относи- тельно плоскости z = 0, достигает такой величины, что наступает полная взаимная компенсация сме- щений материальных частиц, которые расположе- ны вне области воздействия внешних сил на стер- жень. Такая ситуация соответствует нулевым ам- плитудам смещений и периодически повторяется с ростом частоты. Из данных, приведенных на рис. 2, также сле- дует, что увеличение толщины катушки приводит к сужению полосы частот, в которой происходит эффективное возбуждение продольных ультразву- ковых волн. Сужение полосы частот происходит из-за того, что с увеличением поперечного раз- мера катушки возрастает степень делокализации ее магнитного поля в пространстве и, как следс- твие, увеличиваются линейные размеры области нагружения стержня переменным магнитным по- лем. Увеличение линейных размеров области су- ществования внешних сил сопровождается умень- шением частоты, на которой возникает первый нуль частотной характеристики и, как следствие, происходит сужение полосы частот, в пределах которой происходит эффективное возбуждение УЗ колебаний. Волновая характеристика токопроводящего ферромагнитного стержня рассчитывается по сле- дующей формуле: wст, ,    [2I1    ]     2  0 K0l1,   K1, l0,     , (11) где lv(), v = 0; 1 — модифицированные функции Бесселя порядка v;   3  2  i2 r2  2  — ком- плексное волновое число, которое учитывает по- тери из-за скин-эффекта; 2  и 3  — компоненты тензора магнитной проницаемости в поперечном и продольном относительно постоянного поля под- магничивания направлениях; r2 — удельная элек- трическая проводимость материала стержня в по- перечном относительно постоянного поля Рис. 2. Влияние размеров источника переменного магнитного поля на частотную характеристику преобразователя: 1–3 — R(); 1–3 — \|Wк(l,R,)\| ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 21 подмагничивания направлении; 0 = 410–7Гн/м — магнитная проницаемость вакуума. На рис. 3 приведены зависимости модуля вол- новой характеристики Wуп(,P) УЗ преобразова- теля электромагнитного типа, который возбужда- ет продольные волны в токопроводящем ферро- магнетике (никель) (рис. 3, а) и в ферродиэлект- рике (феррите) (рис. 3, б). В обоих случаях варь- ируемым параметром является магнитная прони- цаемость ферромагнетика. Расчеты проводили в предположении, что 2   3 . Из приведенных дан- ных следует, что с ростом значений магнитной проницаемости происходит сужение полосы эф- фективно возбуждаемых частот. Это происходит потому, что ферромагнитный стержень шунтиру- ет силовые линии магнитного поля катушки. По этой причине с ростом магнитной проницаемости материала стержня происходит увеличение длины магнитного следа катушки на стержне, т. е. про- исходит увеличение длины области нагружения ферромагнитного стержня переменным магнит- ным полем катушки. Если материал стержня про- водит электрический ток, то магнитное поле ка- тушки в ферромагнитном стержне делокализуется в еще большей степени. Длина области нагруже- ния возрастает и, соответственно, сужается полоса частот, где происходит эффективное возбуждение ультразвуковых колебаний. Из анализа представленных на рис. 3 резуль- татов можно также сделать вывод, что описанный выше излучатель не в полной мере согласуется с приемником УЗ волн электромагнитного типа. Действительно, УЗ преобразователь электромаг- нитного типа, работающий в режиме приема УЗ колебаний, вырабатывает на своем электрическом Рис. 3. Изменение частотной характеристики преобразователя в зависимости от значений магнитной проницаемости ферро- магнитного стержня при электрической проводимости (а) и в случае ее отсутствия (б): ( = 1 мм, R1 = 1,05, R2 = 1,45, l = , 3  = 02 (k–1), k = 1, ,6 для обоих случаев) Рис. 4. Частотные характеристики преобразователя, содержащего две одинаковые встречно включенные катушки (обознач. те же, что и на рис. 3) 22 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 выходе сигнал, который прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока через электрический контур приемника переменного магнитного поля. На нулевой частоте и в области низких частот сигнал на выходе приемника прак- тически равен нулю. Как следует из анализа при- веденных на рис. 3 кривых, именно в этом час- тотном диапазоне происходит наиболее эффек- тивное возбуждение продольных волн однокату- шечным проходным преобразователем. Указанное противоречие снимается, если в качестве излуча- ющего преобразователя используется не одна, а две одинаковые, но встречно включенные, катуш- ки. При этом Uz   il  Wуп 2, P, а волновая ха- рактеристика проходного преобразователя из двух встречно включенных катушек определяется сле- дующей формулой: Wуп 2, P  2Wуп 1, Psin l  d, (12) где Wуп 1, P — определенная формулой (9) вол- новая характеристика однокатушечного проходно- го преобразователя; d — половина расстояния между встречно включенными катушками. Рассчитанные по формуле (12) при l = d =  графики показаны на рис. 4. Очевидно, что рас- стояние между катушками можно изменять в ши- роких пределах — от нуля до сколь угодно большой величины, оказывая тем самым сущест- венное влияние на волновую характеристику УЗ преобразователя электромагнитного типа. Полу- ченные результаты согласуются с данными, опуб- ликованными другими исследователями [5]. Выводы Показано, что для вычисления амплитуд смещений материальных частиц в объеме металла достаточно определить интегральный образ соответствующе- го компонента вектора напряженности перемен- ного магнитного поля, создаваемого УЗ преобра- зователем электромагнитного типа. Тем самым устраняется проблема неразрешимости уравнений Максвелла при наличии границ разделов сред с различными электрическими и (или) магнитными свойствами. Впервые получены соотношения, которые поз- воляют учесть влияние геометрических парамет- ров источника переменного магнитного поля (ка- тушки) в составе преобразователя электромагнит- ного типа на эффективность его работы в широ- ком диапазоне частот. Показано, что увеличение размеров источника переменного магнитного по- ля сопровождается уменьшением полосы частот, в которой происходит эффективное возбуждение продольных волн. Впервые вводится понятие волновой характе- ристики преобразователя электромагнитного ти- па. На примере проходного преобразователя по- казана процедура определения этой характерис- тики как функции, которая связывает частоту сме- ны знака электрического тока на электрическом входе источника переменного магнитного поля с его геометрическими параметрами, с размерами поперечного сечения и физико-механическими свойствами материала стержня. Знание волновой характеристики преобразователя позволяет конс- труировать устройства УЗ неразрушающего кон- троля с прогнозированной работоспособностью (эффективностью) в заданном диапазоне частот. Установлено, что однокатушечный УЗ преоб- разователь электромагнитного типа, возбуждаю- щий продольные волны в ферромагнитном стержне, не согласован, в смысле частотного ди- апазона эффективной работы, с приемником УЗ волн той же конструкции. Предложена схема сог- ласования частотных диапазонов эффективной работы проходных преобразователей электромаг- нитного типа, которые работают в режиме излу- чения и приема УЗ волн. 1. Сучков Г.М., Петрищев О.Н., Хащина С.В. Развитие кон- цепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч.1. // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2012. — № 1. — С. 23–28. 2. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Уравнения в частных производных математической физики. — М: Высш. шк., 1970. — 710 с. 3. Смирнов В.И. Курс высшей математики. Т. III. Ч. 2. — М.: Наука, 1974. — 672 с. 4. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической те- ории электрических и магнитных явлений. — М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1948. — 727 с. 5. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Неразрушающий контроль: Справ. В 7 т. / Под. общ. ред. В. В. Клюева. Т.3: Ультраз- вуковой контроль. — М.: Машиностроение, 2004. — 864 с. 6. Петрищев О.Н. Метод полигармонических разложений — новый подход к решению нелинейных задач магнито- упругости // Акустика и ультразвуковая техника. — 1987. — Вып. 2. — С. 85–90. Поступила в редакцию 16.01.2012 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2012 23

Развитие концепций создания ультразвуковых преобразователей электромагнитного типа. Режим возбуждения. Ч. 2.

Institution

Ähnliche Einträge