![]()
|
|||||||
Физические основы ЭМА преобразования.2. Физические основы ЭМА преобразования. 2.1. Три основных эффекта взаимодействия электромагнитного поля с объектом контроля. Электромагнито-акустический (ЭМА) способ возбуждения ультразвука основан на трех эффектах взаимодействия электромагнитного поля с объектом контроля:
2.1.1. Магнитострикция. Магнитострикция проявляется в деформации элементарных объемов ферромагнитного ОК под действием внешнего магнитного поля. Обратный эффект – появление магнитного поля в результате деформации элементов твердого тела – называют магнитоупругостью. Пример такого преобразования показан на рисунке 1 где в ферромагнитном ОК 2 под действием катушки 1 с переменным током возбуждается переменное магнитное поле, которое вызывает эффект магнитосктрикции. Рис 1. Магнитострикционный эффект. На рисунке: 1 – Катушка с переменным током 2 – Ферромагнитный ОК.
2.1.2. Магнитное взаимодействие. Магнитное взаимодействие состоит во взаимном притяжении и отталкивании ферромагнитного материала и проводника (катушки) с переменным электрическим током. Из рисунке 2 можно видеть, что под действием постоянного магнитного поля В= ОК 2 намагнитится. Катушка с переменным током 1 будет притягиваться и отталкиваться от него в зависимости от направления образовавшегося в ней магнитного поля. Притяжение и отталкивание катушки будет оказывать обратное механическое действие на ОК, что приведет к возбуждению упругих колебаний на его поверхности. Прием упругих колебаний будет происходить в результате того, что поверхность ОК будет приближаться и удаляться от относительно катушки, вызывая в ней изменение магнитного поля. Это, в свою очередь, приведет к возникновению электрического тока в катушке. Рис 2. Электродинамический эффект. На рисунке: 1- Катушка с переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит 2.1.3. Эффект вихревых токов. Эффект Электродинамического взаимодействия состоит в возбуждении в токопроводящем материале вихревых токов, которые затем взаимодействуют с постоянным магнитным полем и вызывают колебания «электронного газа», а это в свою очередь приводит к возбуждению колебаний атомов, т.е кристаллической решетки материала. На рисунке 3 при пропускании через обмотку 1 импульса тока ультразвуковой частоты на поверхности материала 2 возникают вихревые токи (токи Фуко) 4. Взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита 3, вихревой ток создает силу (силу Лоренца
Рис 3. Эффект вихревых токов.. На рисунке: 1 - Катушка с переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит; 4- Направление вихревых токов. Эффекты магнитострикции и магнитного взаимодействия позволяют возбуждать акустические волны, как в ферромагнитных, так и в магнитодиэлектриках. Электродинамический эффект позволяет возбуждать акустические волны в любых токопроводящих материалах. В ферромагнитных материалах, например в железе, действуют одновременно три эффекта, поэтому работу ЭМА преобразователей рассматривают в целом. 2.2. Возбуждение с помощью ЭМА преобразователей различных типов волн. 2.2.1.Общее правило проектирования ЭМА преобразователей. За счет электродинамического эффекта ЭМА преобразователя возбуждают самые различные типы волн. Общее правило, которым следует руководствоваться при проектировании ЭМА – преобразователей для возбуждения волн определенного типа волн, состоит в том, что возникающие при электродинамическом взаимодействии механические напряжения Продольные и поперечные волны возбуждают раздельно, располагая токовые катушки над такими участками поля магнитной индукции, где существует только одна нормальная или тангенциальная его составляющая. 2.2.2. Возбуждение поперечной волны по нормали к объекту контроля. На рисунке 4 подковообразный магнит расположен над поверхностью ферромагнитного ОК, непосредственно под его полюсами преобладает нормальная составляющая индукции В=. Здесь помещают часть катушки с переменным током Рис 4. Возбуждение поперечной волны по нормали к объекту контроля. На рисунке: 1 - Катушка с переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит; 4- Направление вихревых токов. 2.2.3. Возбуждение продольной волны по нормали к объекту контроля. Между полюсами магнита поле направленно вдоль поверхности ОК. Если часть катушки с переменным током расположить над этим участком, то возбудится продольная волна, как показано на рисунке 5. В ферромагнитных материалах продольные волны возбуждаются хуже, чем поперечные. Это объясняется тем, что силы электродинамического и магнитного взаимодействия направлены в противоположные стороны и частично компенсируют друг друга. Рис 5. Возбуждение поперечной волны по нормали к объекту контроля. На рисунке: 1 - Катушка с переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит; 4- Направление вихревых токов.
2.2.4.Возбуждение Чтобы возбудить волну под углом Рис 5. Возбуждение поперечной волны по нормали к объекту контроля. На рисунке: 1 - Катушка с переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит; 4- Направление вихревых токов. 2.2.5. Возбуждение С помощью ЭМА - преобразователей удается возбудить наклонные поперечные волны горизонтальной поляризации, что трудно сделать другими способами. Для этой цели используют пространственно периодическую систему магнитов (рис 6). Между магнитом и ОК располагают проводники с переменным током
Рис 6. Возбуждение поперечной волны по нормали к объекту контроля. На рисунке: 1 - Проводник переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит; 4-Направление вихревых токов. 2.2.6. Возбуждение волн Рэлея и Лэмба. Для возбуждения волн Рэлея и Лэмба используют те же способы, что показаны на рисунке 5. При этом Рис 7. Возбуждение поперечной волны по нормали к объекту контроля. На рисунке: 1 - Катушка с переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит; 4-Направление вихревых токов.
2.2.7. Возбуждение нормальной волны. Для возбуждения нормальной волны необходимо поместить катушку током между полюсами магнита. Направление тока в катушке показано на рисунке 8. В объекте контроля возникают вихревые токи противоположных направлений. Взаимодействие наведенного тока с силовыми линиями магнитного поля приводит к возникновению упругих сил направленных перпендикулярно поверхности объекта контроля. Рис 8. Возбуждение поперечной волны по нормали к объекту контроля. На рисунке: 1 - Катушка с переменным током, 2- Ферромагнитный ОК, 3 – Постоянный магнит; 4-Направление вихревых токов.
|
|||||||
|