CC BY
24
Дерябин А.А.1, Прилуцкий М.А.2, Ремизов А.Л.3, Щипаков Н.А.4 ©
1,2,3К.т.н., доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана; 4к.т.н., доцент кафедры МГТУ им. Н.Э. Баумана
ОСОБЕННОСТИ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОАКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ПРОДОЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ПРОВОДНИКОВ И ВЕРТИКАЛЬНЫМ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы формирования диаграммы направленности электромагнитно-акустического преобразователя с продольным расположением проводников и вертикальным подмагничиванием, работающим на эффекте силы Лоренца.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, ультразвуковой метод, магнитное поле, сила Лоренца, ферромагнетики.
Keywords: non destructive testing, ultrasonic method, magnetic field, Lorentz force, ferromagnetic.
Введение
В работах [6 - 7] рассматривались вопросы формирования диаграммы направленности преобразователей, возбуждающих ультразвуковые волны при помощи силы Лоренца. Конструкция преобразователей (рис.1), рассматриваемых в данной работе, отличается
расположением проводников, а значит и изменяется и вид диаграммы направленности. Конструкция преобразователей, представленных на рис. 1, нашла широкое применение при контроле ферромагнитных материалов волнами Лэмба и Рэлея [1-5]. В работе рассматриваются вопросы формирования волны Рэлея для данного типа преобразователей и особенности диаграммы направленности данного типа преобразователей в целом.
Расчет диаграммы направленности
©© Дерябин А.А., Прилуцкий М.А., Ремизов А.Л., Щипаков Н.А., 2014 г.
Рис. 1. Расчетная схема
Расчетная схема представлена на рисунке 1. По проводнику протекает ток . Магнитное поле проводника является причиной возникновения тока в объекте контроля. Взаимодействие и поля подмагничивания возбуждают ультразвуковые колебания в объекте контроля за счет силы Лоренца. В данном случае эффектом магнитострикции пренебрегаем для упрощения расчетов.
Величину зазора d (рис. 1) примем настолько малым, что его влиянием на магнитные поля можно пренебречь.
Механизм возбуждения ультразвуковых колебаний при помощи силы Лоренца подробно рассмотрен в [6-7], поэтому подробно представляться не будет.
Для расчета звукового давления необходимо записать следующую формулу:
(1)
где Р - величина звукового давления, R - расстояние до расчетной точки, Q - угол между силой Лоренца и R.
Рис. 2. Поле звукового давления на глубине 0.1 мм, ток 100 А, частота 1 МГц
На рисунке 1 представлено поле звукового давления на глубине 0.1 мм. Анализ амплитуд звукового давления показал, что энергия диаграммы направленности сконцентрирована вдоль поверхности (более 90%), что идет на формирование волны Рэлея. Количество зон максимумов равно количеству витков (в данном случае равно 6, что соответствует количеству витков схемы расчета рис.1).
Каждая зона максимумов имеет свою особенность, то есть зону падения амплитуды более чем в 1000 раз (рис. 3).
1.S 10
р
1.62-10*
144 10
1.26-10® 1 0S 10®
9 105 7.2 105
3.4- 10s 3.6 105
1.5- 103
I
30b M R ia ксимумов 1
\ падение амплит Vdbi
у /
/ /Л
°-35 -34 "33 -32
-31
-30
-29 -2S "27 -26
-23
Рис. 3. Зона максимумов 1
Наличие факта падения амплитуды звукового давления говорит о том, что существует «мертвая зона» диаграммы направленности, которую необходимо учитывать при разработке методик контроля.
Выводы.
1. Анализ амплитуд звукового давления показал, что энергия диаграммы направленности сконцентрирована вдоль поверхности (более 90%), что идет на формирование волны Рэлея.
2. Количество зон максимумов равно количеству витков.
3. Каждая зона максимумов имеет свою особенность - зону падения амплитуды более чем в 1000 раз, «мертвую зону».
Литература
1. Элементарный учебник физики: учебное пособие. В 3 т./Под ред. Г.С. Ландсберга: Т 2. Электричество и магнетизм. - 13-е изд. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2008 - 480 с.
2. Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 496 с.
3. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982. - 335 с.
4. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах.- М.: Наука, 1981. - 288 с.
5. Викторов И. А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. - М.: Наука, 1966.- 169 с.
6. Дерябин А.А., Ремизов А.Л., Прилуцкий М.А. Диаграмма направленности электромагнитно -акустических источников, работающих на эффекте силы Лоренца // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук.-2013.- №11.- С. 90 - 93.
7. Дерябин А.А., Ремизов А.Л., Прилуцкий М.А. Влияние размеров и местоположения дефектов на распределение энергий в диаграмме направленности электромагнитно - акустических преобразователей // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук.-2013.- №11.- С. 94 - 98.
