Спосіб формування акустичної хвилі в струмопровідному середовищі

Реферат: Спосіб формування акустичної хвилі в струмопровідному середовищі об'єкта контролю полягає в розміщенні над поверхнею об'єкта контролю випромінювача у вигляді системи провідників, впливі на об'єкт контролю магнітним полем, сформованим за допомогою магніту з магнітопроводом з пропущенням імпульсу струму по системі провідників. Одночасно з пропусканням по системі провідників імпульсу струму, розтягуванню, стисненню або крутінню піддають магнітопровід. UA 101791 U (54) СПОСІБ ФОРМУВАННЯ АКУСТИЧНОЇ ХВИЛІ В СТРУМОПРОВІДНОМУ СЕРЕДОВИЩІ UA 101791 U UA 101791 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до техніки неруйнівного контролю металевих виробів ультразвуковим методом. Відомий механічний спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю [див. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: справочник/под ред. В.В. Клюева. Кн. 2. - М.: Машиностроение, 1976. - С. 280], що полягає в короткочасному імпульсному впливі (ударі) твердим предметом на поверхню об'єкта контролю. Недоліком способу є неможливість формування звукової хвилі із заданими характеристиками. Відомий контактний спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю див. [Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: справочник/ под ред. В.В. Клюева. Кн. 2. М.: Машиностроение, 1976. - С. 178]. Для порушення хвилі використовують перетворювач, що притискають до поверхні виробу, змащеного контактною рідиною. Звукова хвиля формується перетворювачем (наприклад п'єзоелектричним або магнітострикційним) і передається в середовище об'єкта контролю через контактну рідину. Спосіб одержав широке поширення, однак має обмеження, пов'язані з необхідністю створення надійного акустичного контакту між перетворювачем і об'єктом контролю. Різновидом контактного способу є менісковий (щілинний) і імерсійний способи формування звукової хвилі в середовищі об'єкта контролю (див. те ж джерело інформації). Способам властиві ті ж недоліки. Відомий тепловий спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю див. [Неразрушающий контроль: справочник / под ред. В.В. Клюева. Т. 2: Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2004. - 864 с.]. У тепловому способі поверхню об'єкта контролю піддають імпульсному локальному нагріванню за допомогою лазера або високочастотного індуктора. При цьому акустична хвиля виникає за рахунок перемінних в часі термомеханічних напруг через нерівномірний розподіл температур. Недоліком способу є складність прийому акустичних коливань. Крім цього, у ряді випадків, застосування локального нагрівання об'єкта контролю може бути небажаним. Відомий електростатичний спосіб формування звукової хвилі в об'єкті контролю див. [Цапенко В.К. Акустичні перетворювачі. - К.: НТУУ КПІ, 2004. - С. 7-8]. Поверхню об'єкта контролю роблять однією із пластин конденсатора. Акустичні коливання виникають за рахунок сил взаємодії електричних зарядів. Через низьку чутливість і складність створення вузької діаграми спрямованості спосіб не одержав широкого поширення. Відомий спосіб формування акустичної хвилі в струмопровідному середовищі об'єкта контролю [патент України на винахід № 83295, G01N 29/04]. Паралельно поверхні контрольованого об'єкта встановлюють провідник, по якому пропускають імпульс струму. Одночасно із цим струм пропускають по об'єкту контролю уздовж провідника. В цьому випадку акустична хвиля виникає за рахунок взаємодії струмів двох провідників. Небажане використання даного способу у разі знаходження об'єкта контролю під впливом зовнішніх магнітних полів. Відомий електромагнітний акустичний (ЕМА) спосіб формування звукової хвилі див. [Сазонов Ю.И., Шкарлет Ю.М. Исследование бесконтактных методов возбуждения и регистрации ультразвуковых колебаний: Ультразвуковые методы контроля. - Дефектоскопия, 1969. - № 5. - С. 2], що є прототипом корисної моделі, що заявляється. Спосіб полягає в наступному. Паралельно поверхні контрольованого об'єкта встановлюють провідник. На середовище об'єкта контролю впливають магнітним полем. По провіднику пропускають імпульс струму, під дією якого в об'єкті контролю індукуються вихрові струми. Взаємодія первинного й наведеного струмів приводить до появи тисків, що змінюються зі звуковою частотою. Звукові коливання, у свою чергу, створюють у металі просторово-періодичне поле, під впливом якого частки середовища роблять коливання. Даний спосіб покладений в основу роботи більшості безконтактних перетворювачів. У ряді ЕМА перетворювачів, для збільшення чутливості, при впливі на середовище об'єкта контролю магнітним полем, використовують джерела магнітного поля з можливістю зміни його характеристик див., наприклад, Формирование магнитного поля с заданными характеристиками в ЭМА преобразователях систем неразрушающего контроля промышленного оборудования [А.А. Подолян // Методи та прилади контролю якості. - ІваноФранківськ: Вид-во Ів.-Франковського нац.техн. ун-ту нафти і газу, 2006 - Вип. 17. - С. 18-21.]. Спосіб, вибраний як прототип, дозволяє сформувати в контрольованому об'єкті звукову хвилю через повітряний проміжок, шар фарби або іржі, не вимагає контактної рідини, простий у реалізації. Спосіб може застосовуватись в умовах високих температур і більших швидкостей переміщення об'єкта контролю щодо провідника. Разом з тим, при проведенні вимірів в умовах значних зовнішніх полів, спосіб не дозволяє компенсувати дію зовнішніх магнітних полів в об'єкті контролю. Наявність некомпенсованої подовжньої складової поля може привести до мінливості результатів виміру того самого об'єкта, 1 UA 101791 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 що знаходиться в різних умовах впливу зовнішніх магнітних полів. Високі вимоги до якості контролю роблять неможливим використання способу для об'єктів, що знаходяться під дією магнітних полів. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення якості вимірів за рахунок попередньої компенсації поперечної складової зовнішнього магнітного поля. Це дозволить домогтися сталості магнітної картинки на поверхні контрольованого об'єкта, що у свою чергу, приведе до сталості результатів виміру при контролі в умовах зовнішніх магнітних полів. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спосіб формування акустичної хвилі в струмопровідному середовищі, що полягає в розміщенні над поверхнею об'єкта контролю випромінювача у вигляді системи провідників, впливі на об'єкт контролю магнітним полем, сформованим за допомогою магніту з магнітопроводом з пропущенням імпульсу струму по системі провідників, відповідно до корисної моделі, одночасно з пропусканням по системі провідників імпульсу струму, розтягуванню, стисненню або крутінню піддають магнітопровід. Пропонований спосіб полягає в наступному. Паралельно поверхні контрольованого об'єкта встановлюють провідник, по якому пропускають імпульс струму, в ідеальному випадку змінюваний за гармонійним законом. Разом з тим на середовище об'єкта контролю впливають магнітним полем, яке може бути сформовано як за допомогою постійного магніту, так і електромагніту. Одночасно стисненню або крутінню піддають магнітопровід. Величина тиску в об'єкті контролю буде змінюватися за законом, обумовленим законом зміни магнітної індукції поля й струму в об'єкті контролю. Зміна тиску на поверхні об'єкта контролю приведе до формування просторово-періодичного поля, під впливом якого частки середовища роблять коливання, що відбуваються з певною коливальною швидкістю, тобто, до формування звукової хвилі. З теорії магнітопружної взаємодії відомо про взаємний вплив намагніченості пружних деформацій і температури середовища (зв'язок спінової підсистеми кристалу з кристалічною решіткою). Магнітопружна взаємодія проявляється, наприклад, в зміні розмірів і форми тіла (зразка) при його намагнічуванні (магнітострикція), а також у зміні намагніченості при деформації зразка (магнітопружній ефект або ефект Вілларі) див., наприклад, [Белов К.П., Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках. 2 изд. - М., 1957; Белов К.П., Магнитострикционные явления и их технические приложения. - М., 1987; Вонсовский С.В., Магнетизм. - М., 1971.]. Згідно з теорією магнітопружної взаємодії, необхідні характеристики магнітного поля в середовищі об'єкта контролю одержують за рахунок механічного впливу (розтягування, стиснення або крутіння) на магнітопровід. Під дією механічних деформацій, що створюються за рахунок механічного впливу, в магнітопроводі буде змінюватись намагніченість, що приведе до зміни значення магнітної індукції зовнішнього поля в середовищі об'єкта контролю [Залежність намагніченості від магнітної індукції див.: [Преображенский А.Α., Бишард Е.Г., Магнитные материалы и элементы, 3 изд. - М., 1986; Вонсовский С.В., Магнетизм. - М., 1971. А.С. Ермоленко]. Це дозволити компенсувати подовжню складову поля, що знаходиться в різних умовах впливу зовнішніх магнітних полів. Останнє дозволяє розширити функціональні можливості під час формування акустичної хвилі в об'єкті контролю. На кресленні представлена схема пояснення пропонованого способу формування акустичної хвилі. Де 1 - об'єкт контролю, 2 - провідниковий випромінювач, 3 - магнітопроводи, 4 магніт, Fм - сила (розтягування, стиснення або крутіння), що впливає на магнітопровід, В магнітна індукція поля, яке впливає на середовище об'єкта контролю. На кресленні показана сила (розтягування, стиснення або крутіння), що впливає на магнітопровід. Використання пропонованого способу формування акустичної хвилі на основі ЕМА перетворювача дозволить підібрати оптимальні характеристики магнітного поля на поверхні контрольованого виробу без використання обертових магнітів і електромагнітів. Запропонований спосіб формування акустичної хвилі може знайти застосування при проведенні неруйнівного контролю провідників, що перебувають під дією зовнішніх магнітних полів (наприклад силових шин), а також трубопроводів, обладнаних системою катодного захисту. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 Спосіб формування акустичної хвилі в струмопровідному середовищі об'єкта контролю, що полягає в розміщенні над поверхнею об'єкта контролю випромінювача у вигляді системи провідників, впливі на об'єкт контролю магнітним полем, сформованим за допомогою магніту з 2 UA 101791 U магнітопроводом з пропущенням імпульсу струму по системі провідників, який відрізняється тим, що одночасно з пропусканням по системі провідників імпульсу струму, розтягуванню, стисненню або крутінню піддають магнітопровід. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3