Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей
Описаны основные трудности, возникающие при проектировании наклонных электромагнитно-акустических преобразователей, а также способы повышения их чувствительности и помехозащищенности. The main difficulties arising is design of electromagnetoacoustic transducers are described, as well as the methods...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97890 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей / В.И. Горделий, В.Е. Чабанов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 30-32. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860090451216826368 |
|---|---|
| author | Горделий, В.И. Чабанов, В.Е. |
| author_facet | Горделий, В.И. Чабанов, В.Е. |
| citation_txt | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей / В.И. Горделий, В.Е. Чабанов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 30-32. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Техническая диагностика и неразрушающий контроль |
| description | Описаны основные трудности, возникающие при проектировании наклонных электромагнитно-акустических преобразователей, а также способы повышения их чувствительности и помехозащищенности.
The main difficulties arising is design of electromagnetoacoustic transducers are described, as well as the methods to increase their sensitivity and noise protection.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:22:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
НАКЛОННЫХ ЭМА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
В. И. ГОРДЕЛИЙ, В. Е. ЧАБАНОВ
Описаны основные трудности, возникающие при проектировании наклонных электромагнитно-акустических преоб-
разователей, а также способы повышения их чувствительности и помехозащищенности.
The main difficulties arising is design of electromagnetoacoustic transducers are described, as well as the methods to
increase their sensitivity and noise protection.
Необходимость разработки надежных электромаг-
нитно-акустических преобразователей (ЭМАП)
обусловлена, в первую очередь, тем, что тради-
ционный УЗК на основе пьезопреобразователей
не позволяет осуществлять контроль изделий бес-
контактно, в условиях высоких и низких темпе-
ратур, затруднен при дефектоскопии движущихся
изделий и проч. Это ограничивает сферу экономи-
чески оправданного и технически достоверного кон-
троля с помощью ультразвука, затрудняет приме-
нение его при поточном производстве, препятствует
автоматизации контроля. ЭМАП дают возможность
во многом разрешить указанные проблемы, однако
их чувствительность, помехоустойчивость, избира-
тельность сигналов, особенно при наклонном кон-
троле оставляют желать лучшего.
Это объясняется, в первую очередь, недоста-
точной теоретической проработкой этой проблемы.
Поскольку параметров, от которых зависит работа
ЭМА-преобразователей, много, то только экспе-
риментальная оптимизация конструкции преобра-
зователей, зависящая от их корреляции, стано-
вится непростой и дорогостоящей. Некоторые
параметры не могут быть получены путем экспе-
римента, а поэтому хорошо работающие ЭМАП
в большей мере обязаны своей конструкции та-
ланту и искусству разработчиков, чем надежной
теории, экспериментальному или аналитическому
анализу их работы.
Теоретические исследования ЭМАП осущест-
влялись многими исследователями, и прежде всего
авторами работ [1—6]. Вместе с тем некоторые
важнейшие особенности их работы до настоящего
времени остаются не выясненными. Так, не ус-
тановлено воздействие на характеристики возбуж-
даемого звука экранов (магнитопроводов), их па-
раметров, влияние различных конструкционных
зазоров, неизбежных при изготовлении преобра-
зователей. Не определено в достаточной мере вли-
яние формы импульсных сигналов на характерис-
тики генерируемых акустических волн и т. д. И
хотя проектирование прямых ЭМАП обычно не
встречает особых трудностей, разработка надежно
работающих высокочувствительных и помехозащи-
щенных наклонных ЭМАП в настоящее время явля-
ется сложной задачей.
Авторами разработан физико-математический
аппарат, применение которого позволяет во многом
процесс проектирования требуемых ЭМАП сво-
дить к численному моделированию их конс-
трукции. Его особенности описаны в статьях [7,
8]. Основные положения теории авторами прове-
рены неоднократно не только численно, но и эк-
спериментально, что подтвердило адекватность по-
лучаемых с их помощью выводов. Это позволило
установить некоторые принципы проектирования
надежно работающих прямых и наклонных
ЭМАП, выявить основные требования к их маг-
нитному и электронному трактам.
Некоторые из них приводятся в настоящей ра-
боте. В частности, установлены следующие поло-
жения
1. Проектировать прямые ЭМАП, катушка ко-
торых состоит из прямых синфазно нагруженных
токопроводов, сравнительно несложно. Тем не
менее, трудности имеются и здесь. В частности,
они заключаются в необходимости оптимизации
магнитной системы, чтобы индукция постоянного
магнитного поля в наименьшей степени зависела
от зазора между магнитопроводом и поверхностью
контролируемого изделия (данная трудность ха-
рактерна и для наклонных ЭМАП), а также в
выборе рабочей частоты, при которой достигается
требуемая чувствительность контроля, и в то же
время сохраняются приемлемые соотношения сиг-
нал/помеха. Эта проблема является достаточно
острой, поскольку амплитуды излучаемых и при-
нимаемых ЭМАП сигналов оказываются тем боль-
шими, чем выше рабочая частота. В то же время,
отражающая способность дефектов повышается с
ростом частоты.
При проектировании ЭМАП важную роль иг-
рает правильный подбор соотношения длины ка-
тушки и поперечных размеров магнитопровода, ус-
танавливающих ширину диаграмм направленнос-
ти. Кроме того, на амплитуды сигналов также
существенно влияет материал магнитопровода (эк-
рана). При этом оказывается, что чем меньше их
электропроводность, тем выше при прочих равных
условиях амплитуды излучаемых и принимаемых
сигналов. На амплитуду и ширину «мертвой зоны»
существенное воздействие оказывают форма и дли-
тельность импульсных сигналов, однако конкретные
их значения могут быть установлены только путем
численного или практического эксперимента.
2. ЭМАП, предназначенные для работы под
наклонными углами, работают устойчиво только
в том случае, если максимумы их излучения со-
© В. И. Горделий, В. Е. Чабанов, 2006
30 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006
ответствуют углам 30…40° и 55…60°. Причем, ус-
тойчивость первого максимума обеспечивается вли-
янием третьего критического угла излучения (при
котором θ = arcsin (ct/c), где ct и c соответственно
скорости распространения поперечной и продоль-
ной волны в материале контроля). Устойчивость
второго максимума обусловлена тем, что, с одной
стороны, путем вариации базы диполей и длины
волны можно добиться максимума сигнала при
требуемом рабочем угле, а с другой – имеется
явно выраженное ограничение по излучению по-
перечных волн сосредоточенными источниками,
обойти которое невозможно [9]. На всех других
углах максимумы излучения неустойчивы и спо-
собны перемещаться в пространстве в зависимости
от вариации частоты, длительности сигналов, раз-
меров всевозможных зазоров и проч.
3. ЭМА-преобразователи, работающие под нак-
лонными углами, способны одновременно с сиг-
налами, излучаемыми и принимаемыми под опи-
санными выше рабочими углами, генерировать и
фиксировать также сигналы со значительными ам-
плитудами под меньшими углами. Это обусловлено
тем, что интерферировать способны не только им-
пульсы, излучаемые соседними токопроводами, но
и более дальними. Это ведет к расширению ди-
аграмм направленности и понижает чувствитель-
ность, помехозащищенность ЭМАП. Данная проб-
лема решается путем подбора материалов экрана,
характером намотки катушек, а также выбором
нужной формы импульсного сигнала. Это можно
проделать с помощью численного эксперимента с
применением теории ЭМАП, разработанной авто-
рами данной статьи с последующей проверкой по-
лученных рекомендаций экспериментально
(рис. 1, 2).
На рис. 3, 4 показаны оптимизированные ха-
рактеристики ЭМАП, работающего на той же час-
тоте.
Характерно, что тот же самый преобразователь,
возбужденный на другой частоте, уже способен
надежно работать и под другим углом. Его рас-
четные и экспериментальные характеристики по-
казаны на рис. 5, 6.
Нетрудно видеть, что и здесь результаты рас-
чета и эксперимента качественно совпадают. А
провалы, наблюдаемые при расчетах, как правило,
плохо наблюдаются в эксперименте. Важно отме-
тить, что если амплитуды паразитных сигналов,
излучаемых обычным ЭМАП (см. рис. 2), с уве-
личением зазора растут непропорционально, то у
оптимизированных вплоть до зазора 2 мм такого
не происходит.
4. Наклонные ЭМАП одновременно излучают
(и принимают) сигналы симметрично относительно
нормали к поверхности контроля. Значительное
нарушение этой симметрии возможно только при
использовании нескольких генераторов, питающих
с различными фазами тока разные токопроводы.
Вместе с тем можно добиться этого и регулиро-
ванием формы импульсного сигнала, подбором ма-
териала и выбором ширины экрана, характером на-
мотки катушки, неравномерностью используемой в
ней базы диполей и др. В частности, такой пре-
Рис. 1. Расчетная характеристика направленности типового
ЭМАП (Па), спроектированного без компенсации паразитных
углов излучения, на рабочей частоте 0,9 МГц, при наличии зазора
между преобразователем и поверхностью изделия, равного
0,5 мм
Рис. 2. Сравнительные нормированные экспериментально изме-
ренные диаграммы направленности того же преобразователя
(вольты на выходе усилителя) при различных зазорах, мм: 1 –
0,5; 2 – 1; 3 – 2
Рис. 3. Расчетные диаграммы направленности излучения опти-
мизированного ЭМА-преобразователя, предназначенного для
работы под углом 35° при различных зазорах, мм: 1 – 0,5; 2 –
1; 3 – 2
Рис. 4. Экспериментально измеренные и статистически обрабо-
танные характеристики направленности излучения того же
ЭМАП при тех же зазорах (вольты на выходе усилителя) (за-
зоры соответствуют показанным на рис. 3)
Рис. 5. Расчетная характеристика оптимизированного ЭМАП
при его работе на другой частоте (зазоры те же)
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006 31
образователь был смоделирован численным путем
и его характеристика показана на рис. 7.
5. При проектировании наклонных ЭМАП
принцип моделирования не работает. Поэтому для
каждого случая, для всякой рабочей частоты или
требуемой направленности приходится подбирать
собственные параметры преобразователя.
На рис. 8 показан внешний вид некоторых из
разработанных ЭМАП.
1. Буденков Г. А, Гуревич С. Ю. / Дефектоскопия. –
1981. – № 5. – С. 5—33.
2. Шкарлет Ю. М. Бесконтактные методы ультразвукового
контроля. – М: Информприбор, 1974. – 57 с.
3. Dobbs R. Phys. Acoustics. – V.10. – Academic Press.
New York and London, Ch.3. – Р. 1073.
4. Комаров В. А. Квазистационарное ЭМА-преобразование в
металлах. – Свердловск, УНЦ АН СССР, 1986.
5. Шубаев С. Н. Возбуждение упругих волн в металличес-
ком проводнике электромагнитным методом // Дефек-
тоскопия. – 1974. – № 4. – С. 45—55.
6. Ильин И. В. К вопросу о возбуждении объемных волн в
ферромагнитных металлах электромагнитым акустическим
преобразователем // Там же. – 1987. – № 12. –
С. 13—28.
7. Горделий В. И. Теоретическое и экспериментальное иссле-
дование ЭМА-преобразователей / Тр. 4-й Нац. науч.-
техн. конф. и выставки «Неразрушающий контроль и тех-
ническая диагностика». – Киев, 2003. – С. 312—317.
8. Чабанов В. Е., Горделий В. И. Наклонные электромаг-
нитно-акустические преобразователи и анализ их работы
// Техн. диагностика и неразруш. контроль. – 2004. –
№ 2. – С. 40—45.
9. Чабанов В. Е. Лазерный ультразвуковой контроль мате-
риалов. – Л: МГУ, 1986. – 231 с.
НПП «ВИГОР»,
Москва
Поступила в редакцию
22.02.06
Рис. 7. Акустическое поле ЭМАП с односторонним излучением
Рис. 8. Некоторые типы ЭМАП, спроектированных в НПП «ВИ-
ГОР» и работающих в созданных им установках НК
Рис. 6. Экспериментальная характеристика оптимизированного
ЭМА при его работе на другой частоте (зазоры те же)
2-я МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ И
ВЫСТАВКА «СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТОВ»
19—20 октября 2006 года
Белорусско-Российский университет и Институт прикладной физики НАН Беларуси 19-20 октября
2006 года проводят 2-ю международную конференцию «Современные методы и приборы контроля
качества и диагностики состояния объектов». Одновременно с конференцией Белорусская ассоциация
НКиТД организует выставку приборов и систем контроля.
Основная тематика
1. Дефектоскопия материалов и промышленных изделий.
2. Контроль структуры и физико-механических характеристик материалов и изделий.
3. Контроль геометрических параметров объектов.
4. Мониторинг, диагностика и прогнозирование остаточного ресурса технических объектов.
5. Компьютерные технологии в неразрушающем контроле.
Круглый стол. Подготовка кадров и сертификация персонала в области неразрушающего кон-
троля и технической диагностики.
Контактные адрес и телефоны:
тел.: (+375) 222 225212; (+375) 222 236422; fax: (+375) 222 225821;
E-mail: konf@bru.mogilev.by sss.bru@tut.by
32 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2,2006
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97890 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-3474 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:22:48Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горделий, В.И. Чабанов, В.Е. 2016-04-04T18:42:07Z 2016-04-04T18:42:07Z 2006 Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей / В.И. Горделий, В.Е. Чабанов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2006. — № 2. — С. 30-32. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0235-3474 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97890 Описаны основные трудности, возникающие при проектировании наклонных электромагнитно-акустических преобразователей, а также способы повышения их чувствительности и помехозащищенности. The main difficulties arising is design of electromagnetoacoustic transducers are described, as well as the methods to increase their sensitivity and noise protection. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Техническая диагностика и неразрушающий контроль Неразрушающий контроль Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей Features of design of EMA transducers operating at inclined angles Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей Горделий, В.И. Чабанов, В.Е. Неразрушающий контроль |
| title | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей |
| title_alt | Features of design of EMA transducers operating at inclined angles |
| title_full | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей |
| title_fullStr | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей |
| title_full_unstemmed | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей |
| title_short | Особенности конструирования наклонных ЭМА-пребразователей |
| title_sort | особенности конструирования наклонных эма-пребразователей |
| topic | Неразрушающий контроль |
| topic_facet | Неразрушающий контроль |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97890 |
| work_keys_str_mv | AT gordeliivi osobennostikonstruirovaniânaklonnyhémaprebrazovatelei AT čabanovve osobennostikonstruirovaniânaklonnyhémaprebrazovatelei AT gordeliivi featuresofdesignofematransducersoperatingatinclinedangles AT čabanovve featuresofdesignofematransducersoperatingatinclinedangles |