Электромагнитно-акустический преобразователь

(55 6 29/24 ИЕ ИЗОБ ПИС Т И ов. й, и, жОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническоминституте им. С.М,Кирова(56) Авторское свидетельство СССРМ 1587439, кл, 6 01 ЧЧ 29/04, 1988.(57) Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и Изобретение относится к средствам не- разрушающего контроля, в частности к бесконтактнымультразвуковым, 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 стыковки магнитов катушку индуктивности, установленную симметрично относительно продольной оси магнитной системы.Недостатком этих преобразователей является низкий коэффициент преобразоваможет бытьчества и толводных матповышениетеля за счетмагнитной стому, что инитную систских высоксоединенныпьезопластидве из которными поверновременноил,использовано при контроле кащины изделий из электропроериалов. Цель изобретения - чувствительности преобразовауменьшения потерь энергии в истеме - достигается благодаря реобразователь.содержит магему, выполненную из двух пл оэнергетических магнито х ферромагнитной пластино ну и три вытянутые катушк ых соединены с противополо хностями пьеэопластины и одвыполняют роль электродов. 1 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, возбуждают 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 вдольлинии 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 обьекте 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 ЭМА- преобразователь, 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 по тенциала на его электродах (катушках), В результате возникают дополнительные силы в направлении взаимодействия токов вкатушке с вихревыми токами, способствую щие увеличению интенсивности электродинамических сил, возбуждающихультразвуковые волны.в объекте контроля, Кроме того, в режиме приема эхо-сигна 1015 20 25 30 35 40455055 лов объекта с электродов (катушек) пьезопластины можно снять дополнительную информацию об" акустическом сигнале.Поскольку между магнитами и возбуждающей катушкой находятСя две катушки ипьезоэлемент, то акустические помехи, возникающие в магнитах еще более ослабляютсяза счет чего дополнительно увеличивается соотношение сигнала к шуму.На чертеже представлена схематично конструкция Э МА-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 причине1741058 Составитель В.ОльшанскийТхред М.Моргентал едактор М,Бокаре ктор М.Демчи аказ 2082 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 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 50-60 чувствительность к акустическому сигналу и лучшее соотношение сигнала к шуму за счет не только повышения коэффициента преобразования, но иснижения акустических шумов магнитов,Формула изобретен и я5 Электромагнитно-акустический преобразовательь по авт.св. М 1587439, о т л ич а ю щ и Я с я тем, что, с целью повышения чувствительности за счет уменьшенияпотерь энергии в магнитной системе, он10 снабжен пьезопластиной, а вторая и третьякатушки гальванически соединены с противоположными пОверхностями пьезопластины,