Толщинометрия металлоконструкций на основе электромагнитно-акустического преобразования в импульсном магнитном поле

• Автор: Алехин, Сергей Геннадиевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ГЛАВА 1. Анализ методов и средств ЭМА толщинометрии

1.1. Особенности толщинометрии на основе ЭМА преобразования

1.2. История исследования ЭМА преобразования и создания толщинометрической аппаратуры на его основе

1.3. Механизмы ЭМА преобразования

1.4. Конструкции ЭМА преобразователей

1.5. Способы измерения временных интервалов, используемые в эхоимпульсной толщинометрии
1.6. Способы повышения соотношения сигнал-шум, используемые в эхоимпульсной толщинометрии

1.7. Обзор выпускаемых ручных ЭМА толщиномеров

2. ГЛАВА 2. Определение конфигурации импульсного электромагнита и исследования ЭМА преобразования в импульсном магнитном

2.1. Выбор конфигурации импульсного электромагнита
2.2. Расчет распределения магнитного поля импульсного электромагнита
2.3. Определение размера сигнального индуктора
2.4. Исследование динамики формирования магнитного поля в ОК
2.5. Исследование влияния зазора на конфигурацию и динамику магнитного поля
3. ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования ЭМА преобразования в
импульсном магнитном поле
3.1. Проверка результатов, полученных в теоретической части

3.2. Исследование особенностей шумов Баркгаузена
3.3. Исследование соотношений уровней эхо-сигналов для ЭМАП с импульсным подмагничиванием и с магнитной системой на основе постоянных магнитов
4. ГЛАВА 4. Разработка ЭМА толщиномера с импульсным подмагничиванием
4.1. Требования к узлам и блокам толщиномера
4.2. Аппаратная реализация
4.3. Алгоритмы обработки сигналов
4.4. Метрологическое обеспечение
4.5. Основные характеристики толщиномера А1270РМ
4.6. Режимы работы толщиномера А1270РМ
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
6. ЛИТЕРАТУРА
7. ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность темы
Решение проблемы обеспечения безопасности промышленных объектов неразрывно связано с технической диагностикой и неразрушающим контролем, одним из направлений которого является толщинометрия металлоконструкций при наличии одностороннего доступа. Эта задача решается на множестве технических объектов, как в процессе производства, так и при эксплуатации с использованием ультразвуковых (УЗ) толщиномеров ручного контроля.
В настоящее время основным методом УЗ толщинометрии является эхоимпульсный метод, на основе которого работают практически все УЗ толщиномеры, как ручного контроля [26, 27, 28, 31], так и
автоматизированные установки. Необходимым элементом большинства УЗ приборов являются пьезоэлектрические преобразователи, работающие только при наличии контактной жидкости, обеспечивающей акустическую связь между преобразователем и объектом контроля (ОК). И эта особенность УЗ метода во многом ограничивает его применимость, снижает производительность контроля, а так же ухудшает достоверность и воспроизводимость результатов измерений.
С середины 60-х годов началось развитие технологии возбуждения и приема УЗ колебаний, позволяющей работать без использования контактной жидкости и основанной на эффекте электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования. В настоящее время несколькими компаниями выпускаются УЗ толщиномеры, работающие с ЭМА преобразователями (ЭМАП), которые не требуют при контроле применения контактной жидкости.
Отличительной особенностью этих приборов является использование в ЭМАП мощных постоянных магнитов. Этот фактор усложняет их практическое применение при ручном УЗ контроле, так как эффект притяжения преобразователя к ферромагнитным материалам затрудняет

ГЛАВА 2. Определение конфигурации импульсного электромагнита и исследования ЭМА преобразования в импульсном магнитном поле.
2.1. Выбор конфигурации импульсного электромагнита.
Акустические свойства преобразователя, апертура, рабочая частота и тип возбуждаемой волны, задают требования к распределению подмагничивающего поля.
Для толщинометрии с помощью ЭМА преобразования наиболее широко используют поперечные УЗ волны, возбуждение и приём которых возможен, практически, в любых электропроводящих материалах благодаря действию сил Лоренца. Как правило, используют два типа ЭМАП: преобразователи УЗ волн с радиальной поляризацией и волн с линейной поляризацией. В обоих типах преобразователей подмагничивающее поле направлено нормально к поверхности ОК, а тип поляризации определяется геометрией сигнальных индукторов. Поэтому магнитная система для обоих типов поляризации может быть использована одна и та же с небольшими непринципиальными отличиями, вызванными разной формой сигнального индуктора.
С практической точки зрения геометрические размеры ЭМАП должны быть как можно меньше. Таким преобразователем легко проводить измерения в труднодоступных местах. Но с другой стороны необходима локальность измеряемой зоны, что подразумевает хорошую направленность (узкую диаграмму направленности).
Известно, что для хорошей направленности акустическая апертура преобразователя должна быть больше чем 5А, где А -длина волны. Для расчета длины волны необходимо определить рабочую частоту преобразователя. Наиболее используемым для УЗ толщинометрии является диапазон частот 2,5-5 МГц. Для нижней границы - 2,5 МГц значения меньше влияние паразитных параметров индуктора и генератора, меньше значения импульсных токов, что упрощает требования к генератору, кабелям, соединяющим генератор и преобразователь, но ниже разрешающая способность и выше глубина проникновения вихревых токов. Исходя из этих