[1]Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля и может быть использовано для выявления внутренних и поверхностных дефектов листов, полос, сортового проката и труб из токопроводящих материалов.
[2]В настоящее время отмечается бурное развитие методов и средств неразрушающего контроля материалов и изделий. Преимущественно это приборы, реализующие метод контроля с использованием контактной жидкости. В то же время были определены области, в которых применение контактных методов контроля недостаточно эффективно. Это контроль изделий с загрязненной поверхностью без специальной зачистки, дефектоскопия горячих и холодных изделий, высокоскоростной контроль, дефектоскопия с низкими эксплуатационными затратами и т.д. Поэтому в последние годы наблюдается интенсификация исследований и разработок в направлении создания средств оценки качества изделий бесконтактными способами. Наибольшие технические успехи в отмеченном направлении достигнуты за счет применения электромагнитно-акустического (ЭМА) способа возбуждения и приема ультразвуковых колебаний. Для увеличения чувствительности контроля с применением ЭМА преобразователей существуют различные конструкции катушек индуктивности, являющихся основным элементом преобразователей.
[3]Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание блока (сборки) катушек индуктивности для ЭМА преобразователя с таким расположением и соединением в нем, при котором бы обеспечивалась их электромагнитно независимая друг от друга работа на разных режимах от разных генераторов, разных приемников и создание равномерного акустического поля по всей ширине блока в большом диапазоне толщин контроля изделий.
[4]Известен электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП), содержащий корпус, крышку, разъем и, по меньшей мере, две катушки индуктивности, сформированные на защитной подложке из диэлектрика, расположенные послойно путем наложения одна на другую со сдвигом в направлении намотки и выполненные в виде отдельных секций, намотанных одним проводом и уложенных вплотную друг к другу (патент RU №2206888, Кл. G01N 29/24, 2002 г.).
[5]Недостатком известного технического решения является сложность изготовления катушек из-за их расположения и неоднородность создаваемого акустического поля.
[6]Известна катушка индуктивности электромагнитно-акустического преобразователя, изготовленная на плате из диэлектрика, однослойная или многослойная, содержащая одну или несколько секций различной формы, при этом в многослойной катушке витки одного слоя располагаются между витками другого слоя без перекрытия, на одной или на противоположной сторонах катушки и соединены между собой (патент RU №2268517, Кл. H01F 27/30, 2004 г.).
[7]Недостатком известной многослойной катушки является невозможность использования этих секций в автономном режиме путем подключения их к разным генераторам и приемникам, что снижает чувствительность электромагнитно-акустического преобразователя.
[8]Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату к заявляемому изобретению является блок катушек для электромагнитно-акустических преобразователей, содержащий группу катушек индуктивности, расположенных одна под другой с перекрытием и автономно подключенных к своему приемнику, при этом группа катушек имеет сколь угодно большую общую длину рабочей зоны, а катушки в группе расположены в нескольких слоях по направлению прямолинейно, криволинейно, по окружности в зависимости от назначения ультразвукового контроля, формы и направления перемещения объекта контроля (патент RU №2325638, Кл. G01N 29/22, 2006 г.).
[9]К недостатку известной конструкции блока катушек, и как следствие ЭМАП, относится невозможность создания однородного (без флуктуации амплитуды сигнала) акустического поля в пределах ширины преобразователя на разной глубине толщины изделия, а также к недостатку данной конструкции блока катушек индуктивности необходимо отнести наличие взаимного перекрытия соседних катушек и как следствие наличие их электромагнитной связи, которая может ухудшать помехозащищенность и селекцию ультразвуковых сигналов среди помех.
[10]Сущность изобретения заключается в том, что предложенная конструкция блока катушек позволяет обеспечить электромагнитно независимую друг от друга работу на разных режимах от разных генераторов, разных приемников и создание равномерного акустического поля по всей ширине блока в большом диапазоне толщин контроля изделий.
[11]Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемый блок катушек индуктивности для электромагнитно-акустического преобразователя дополнительно введена вторая группа катушек, перекрывающая первую группу катушек, что повышает помехозащищенность и достоверность ультразвукового контроля.
[12]Это достигается тем, что блок катушек для электромагнитно-акустических преобразователей, содержащий группу катушек индуктивности, расположенных одна под другой с перекрытием и автономно подключенных к своему приемнику, при этом группа катушек имеет сколь угодно большую общую длину рабочей зоны, а катушки в группе расположены в нескольких слоях по направлению прямолинейно, криволинейно, по окружности в зависимости от назначения ультразвукового контроля, формы и направления перемещения объекта контроля, блок снабжен второй группой катушек индуктивности, подключенных к своим генераторам, расположенной над первой группой катушек с полным или частичным перекрытием катушек первой группы, катушки второй группы размещены со смещением относительно друг друга в направлении поперечной оси, причем катушки обеих групп выполнены с различным количеством витков, различной шириной рабочей зоны и различной геометрической конфигурацией на плоскости, а длина рабочей зоны L катушек первой группы выбрана из условия L=(N×Z)-(N-1)×C, где Z-длина рабочей зоны катушки, М-число катушек, С-величина перекрытия для каждых соседних катушек.
[13]Кроме того, в блоке катушек катушки первой группы могут быть расположены друг относительно друга без перекрытия. При полном перекрытии катушек первой группы катушками второй группы вторая группа катушек выполнена в виде одной или нескольких катушек с перекрытием 100-150% от общей длины катушек первой группы. В случае выполнения второй группы из нескольких катушек последние размещены со смещением относительно друг друга в направлении поперечной оси. При частичном перекрытии вторая группа катушек выполнена, по крайней мере, из одной катушки, перекрывающей все катушки первой группы, кроме крайних, перекрытие которых составляет 50-80% от длины их рабочей зоны.
[14]Таким образом, предложенная конструкция блока катушек для электромагнитно-акустического преобразователя дает возможность повысить надежность и достоверность контроля качества металлопроката и труб за счет работы катушек индуктивности независимо друг от друга и создания равномерного акустического поля по всей ширине блока в большом диапазоне толщин контроля изделий.
[15]Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, содержащим сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что аналоги, характеризующиеся признаками заявляемого изобретения, не обнаружены, а из перечня выявленных аналогов подобран прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков, что позволило определить отличительные признаки заявляемого технического решения. По мнению заявителя, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна» по действующему законодательству.
[16]Предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, поэтому оно соответствует критерию «изобретательский уровень».
[17]Для подтверждения промышленной применимости изобретения приводятся чертежи выполнения блока катушек ЭМАП и описание его работы.
[18]На фиг.1 показан пример катушки первой группы.
[19]На фиг.2 показан пример расположения катушек первой группы с перекрытием.
[20]На фиг.2а показан пример расположения катушек первой группы без перекрытия.
[21]На фиг.3 показан пример катушки второй группы.
[22]На фиг.3а показан пример двух катушек второй группы.
[23]На фиг.4 и 4а показаны возможные варианты сборки катушек первой группы и катушек второй группы.
[24]На фиг.5 показано расположение катушек относительно друг друга в соседних слоях.
[25]На фиг.1 показаны катушки 1 первой группы с длиной и шириной рабочей зоны Z1 и W1 соответственно. Катушки 1 имеют контакты 2 подключения к независимым приемникам.
[26]На фиг.2 показано расположение катушек 1 первой группы (N=6) с перекрытием С1, длиной L и шириной W1 рабочей зоны соответственно, где N количество катушек в группе. При этом L=(N×Z1)-(N-1)×C1.
[27]На фиг.2а показано расположение катушек 1 первой группы (N=5) без перекрытия, длиной L и шириной W1 рабочей зоны соответственно.
[28]На фиг.3 показаны катушки 3 второй группы с длиной и шириной рабочей зоны Z2 и W2 соответственно. Катушки 3 имеют контакты 4 подключения к независимым генераторам.
[29]На фиг.3а показаны катушки 3 второй группы (N=2) с длиной и шириной рабочей зоны Z2 и 2×W2+C2 соответственно, где С2 - смещение катушек второй группы.
[30]На фиг.4 и 4а показаны возможные варианты сборки катушек 1 первой группы и катушек 3 второй группы.
[31]На фиг.5 показано расположение катушек относительно друг друга в соседних слоях, Н1 и Н2 - расстояние между слоями.
[32]Блок катушек для электромагнитно-акустических преобразователей работает следующим образом.
[33]Собирают блок, состоящий, например, из шести катушек 1 индуктивности первой группы (Фиг.2), имеющих длину Z1 и ширину W1 рабочей зоны, и катушки 3 второй группы (Фиг.3), имеющей длину Z2 и ширину W2 рабочей зоны. Катушки 1 первой группы собраны с перекрытием, равным С1. При этом общая длина L рабочей зоны катушек 1 составляет L=(N×Z1)-(N-1)×C1. Каждая катушка 1 из первой группы катушек подсоединена через контакты 2 к своему приемнику. Катушка 3 второй группы через контакты 4 подключена к своему генератору. Катушку 3 устанавливают над катушками 1 первой группы с полным перекрытием последних (Фиг.4). Генератор (не показан) возбуждает высокочастотный электрический сигнал на катушке 3, вследствие чего в объекте контроля индуцируются вихревые токи, которые под действием магнитного поля (не показано) возбуждают ультразвуковую волну. Ультразвуковая волна, отразившаяся от возможного дефекта, принимается одной из катушек 1 и усиливается в приемнике, к которому подключена данная катушка.
[34]Независимая работа катушек первой и второй групп позволяет создать равномерное акустическое поле по всей ширине блока в большом диапазоне толщин контроля изделий.
[35]Перекрытие катушек первой группы катушками второй группы обеспечивает равномерное акустическое поле по всей ширине блока катушек и повышает чувствительность контроля.
[36]В случае полного перекрытия (100-150% от всей длины катушек первой группы) гарантированно увеличивается ширина равномерного акустического поля. При частичном перекрытии должно выполняться условие Z2=L-(50…80%)×Z1.
[37]При всех прочих условиях катушки второй группы должны располагаться симметрично относительно блока из катушек первой группы.
[38]Применение единых катушек второй группы для последовательно расположенных катушек первой группы позволяет обеспечить однородность акустического поля ЭМАП с величиной неравномерности для каждого канала ЭМАП не более 0,5 дБ, а также обеспечить оптимальное согласование катушек с генератором и приемником независимо друг от друга и тем самым повысить чувствительность блока ЭМАП, и как следствие, общую помехозащищенность и надежность ультразвукового контроля.
