CC BY
9
Здесь и далее под У2 понимаем движение маятникового датчика, а под 1 в данном расчете понимаем движение корпуса датчика.
Для рассматриваемой задачи борьбы с помехой инерционность П1 оказывает полезное действие уменьшая вероятность ложных срабатываний системы за счет
смещения кривой У1 вправо. Величина этого смещения определяется числовым значением постоянной времени
Т Т
1. Напрашивается вывод, что постоянную времени 1
можно, для поднятия уровня помехоустойчивости, увеличить. Однако, для окончательного вывода необходимо рассмотреть вопрос возврата подвижной части (маятника ) преобразования в начальное положение после прекращения действия помехи.
Проведя математический анализ уравнений математической модели системы модернизированного маятникового датчика мы сделали вывод, что скорость и время возврата в исходное состояние увеличивается с увеличе-
Т1
нием постоянной времени 1 , и увеличение ее значительно нецелесообразно [7]. Необходимо найти другое решение.
Если для переменной У1 смещение вправо составляло величину а' ^, то для переменной У2 составляет ве-
а' (Т + Т2) аТ2
личину 41 2/, т.е. больше на 2. Т.о. интервал
времени, в котором появление помехи запрещено увели-
1_11 = а • Т, ^
чивается на промежуток -. Если принять
Т = Т
1 2, то интервал времени увеличивается в 2 раза. Этот положительный эффект достигнут без увеличения
Т
постоянной 1 , что положительно для увеличения быстродействия САР. При исследовании уравнений установлено, что скорость, а значит и время возврата будет опре-
„ Т2 Т1 + Т2
деляться величиной постоянной 2, а не суммы 1 2. Таким образом, предложенная схема позволяет уве-
Т = Т
личить сдвиг кривой вправо, не увеличивая (при 1 2 ) времени возврата. Это положительный эффект не снижа-
Т
ющий быстродействие САР. В случае не равенства 1 и Т
2 полученный эффект сохраняется при некотором изменении соотношений между сдвигом и возвратом.
Модернизация системы маятникового датчика заключается в новом конструктивном решении - помеще-
нии датчика в дополнительный корпус, задемпфирован-ный жидкостью, т.е. закреплением подвески датчика не «жестко» на раме как принято исполнять, а на пружинной подвеске в дополнительном корпусе, заполненном демпфирующей жидкостью. Этот положительный эффект доТ
стигнут без увеличения постоянной 1 , что положительно для увеличения быстродействия САР.
Таким образом, процесс модернизации маятникового датчика позволит оптимизировать следующие направления:
- улучшить качество регулирования процесса;
- увеличить быстродействие системы;
- значительно уменьшить зону нечувствительности;
- улучшить качество работ;
- повысить производительность более чем в два раза.
Список литературы
1. Автогрейдер ДЗ-31-1 (Д-557-1) и его модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуата-ции//Орловский завод дорожных машин. - М.: Орловское производственное объединение «Дорма-шина», 197. - 190с.
2. Мельников, А. А. Теория автоматического управления техническими объектами автомобилей и тракторов. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 280 с.
3. Назаренко, В.А. Контроль качества шлифовальных материалов по прочностным характеристикам их зерен / В. А. Назаренко, О.И. Пушкарев, А.В. Гончарова // СТИН. 2009. № 7. - С.26-29. -С. 14-21.
4. Назаренко, В.А. К вопросу геометрических характеристик зерен шлифматериалов / В. А. Назаренко, О.И. Пушкарев, А.В. Гончарова // В сборнике: Внутривузовская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава Сборник статей. 2013. - С. 73-74.
5. Пушкарев, О. И. Зависимость прочности от изомет-ричности абразивного зерна / О.И. Пушкарев, А.В. Гончарова // В сборнике: Внутривузовская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава Сборник статей. 2013. С. 74-75.
6. Гончарова А. В. Модернизация маятникового датчика / А. В. Гончарова, В. А. Назаренко // Научно-методический электронный журнал «Концепт». 2014. Т. 26. - С. 471-475.
7. Гончарова А. В. Оптимизация контроля качества шлифовальных материалов // Наука и образование в XXI веке сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 34 частях. 2013. С. 46-48.
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЯВЛЕНИЯ РАЗНООРИЕНТИРОВАННЫХ ДЕФЕКТОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЯХ, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ, ПРИ ПОМОЩИ ТЕХНОЛОГИИ, ОСНОВАННОЙ НА ВОЗБУЖДЕНИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКИМ СПОСОБОМ
Григорьев Михаил Владимирович, Прилуцкий Максим Андреевич, Максутов Ленар Рауфович
ФГАУ «НУЦСКприМГТУ им. Н.Э. Баумана», г. Москва
АННОТАЦИЯ
В статье рассматривается подход к выявлению дефектов, ориентированных произвольно в плоскости, параллельной поверхности ввода ультразвуковых волн в металл, основанный на применении специального электромагнитно-акустического преобразователя, возбуждающего в контролируемом объекте горизонтально-поляризованные сдвиговые ультразвуковые колебания.
Ключевые слова: бесконтактный, горизонтальная поляризация, дефекты, зеркально-теневой, линейная поляризация, ультразвуковой контроль качества, Электромагнитно-акустический
Технологии выявления дефектов с использованием для этой цели энергии ультразвуковой волны применяются уже достаточно долгое время. Преимуществом ультразвукового метода поиска дефектов является высокая чувствительность, особенно к дефектам плоскостного типа - наиболее опасного вида дефекта - невыявление которого может привести к нарушению работоспособности конструкции и даже к её разрушению. При этом место расположения и ориентация дефектов в конструкциях сильно варьируется в зависимости от условий эксплуатации, характера нагрузок и других факторов. Задача выявления дефектов, ориентация которых известно, решена. Для выявления дефектов, параллельных поверхности ввода ультразвуковых колебаний, например, таких плоскостных дефектов как расслоения, хорошо подходит эхо-метод поиска дефектов с использованием прямых совмещенных преобразователей. В случае, если дефекты ориентированы перпендикулярно поверхности и известен угол поворота дефекта на плоскости ввода, используют эхо-метод поиска дефектов с использованием наклонных преобразователей. Каждый из способов хорошо решает задачи выявления дефектов определенной ориентации. В случае, когда отсутствует информация о характерной ориентации дефектов или же наоборот известно, что вероятно наличие дефектов произвольной ориентации, следует применять комбинацию нескольких способов поиска дефектов, что однозначно усложняет процедуру выявления дефектов. Исходя из изложенного выше, очевидно, что для случаев, когда характерная ориентация дефектов не известна, разработка технологии, позволяющей выявлять произвольно ориентированные дефекты является важной и актуальной задачей.
Для решения задачи выявления разноориентиро-ванных дефектов предлагается использовать зеркально-
теневой метод возбуждения горизонтально-поляризованных поперечных ультразвуковых волн электромагнитно -акустическим способом.
Зеркально-теневой способ основан на регистрации параметров ультразвуковой волны, прошедшей через металл изделия, а именно - изменении величины донного сигнала на дефектном и бездефектном участках [4, стр.248].
ЭМА способ основан на возбуждении ультразвуковых волн под действием электромагнитного поля. Физические основы и технология метода достаточно полно описаны в работах [1-3] и [5]. Способ позволяет вводить в объект контроля горизонтально-поляризованные (8И) волны. Возбуждение поперечных (сдвиговых) SH-волн с линейной поляризаций осуществляется электромагнитно-акустическим преобразователем (ЭМАП), изображенном на рисунке 1. Описываемый ЭМАП имеет индуктор удлиненной формы и магнитную систему, состоящую из двух магнитов, обеспечивающих магнитные потоки противоположного направления через области поверхности твердого слоя с наведенными вихревыми токами тоже противоположного направления. Силы Лоренца при этом синфазны в обеих областях поверхности. Они ориентированы нормально по отношению к линиям вихревого тока и параллельно поверхности слоя. Под действием сил Лоренца в поверхностном слое возникает поперечная SH-волна, распространяющаяся по нормали к поверхности слоя. Смещения частиц в волне параллельны поверхности твердого слоя и перпендикулярны виткам индуктора в линейных его частях. При таких условиях поперечная SH-волна возбуждается синфазно во всей области действия сил Лоренца.
N
В
Рисунок 1 - Схема возбуждения поперечной SH-волны с линейной поляризацией
Проведенные эксперименты показали, что при про-звучивании объекта контроля поперечной SH-волной с линейной поляризацией амплитуда принятого донного сигнала на дефектном участке будет ниже амплитуды донного сигнала на бездефектном участке за счет рассеяния энергии линейно поляризованной ультразвуковой волны на дефекте. Этот эффект наблюдается при ориентации дефектов в диапазоне углов от - 30° до +30° и пороге регистрации дефектов равном 6 дБ. Для проведения эксперимента в металлическом листе толщиной 30 мм был выполнен дефект плоскостного типа глубиной 1 мм и длиной 15 мм. На бездефектную часть образца устанавливался ЭМАП с зазором между изделием равным 1 мм.
Производилось измерение амплитуды донного сигнала. Далее ЭМАП устанавливался на дефектный участок, при этом ориентация дефекта и направления поляризации составляло 90° (рисунок 2). Также производилась фиксация амплитуды донного сигнала. Далее ЭМАП поворачивался на 5° и производилась фиксация амплитуды донного сигнала. Измерения выполнялись с шагом поворота датчика в 5° до тех пор, пока изменение донного сигнала на дефектном и бездефектном участке не перестало превышать 6 дБ.
Для обеспечения перекрытия всего диапазона возможной ориентации дефектов была предложена конструкция ЭМАП, представленного на рисунке 3.
Предлагаемая конструкция электромагнитно-акустического преобразователя обеспечивает генерацию механических колебаний с поляризацией ультразвуковых волн в плоскости, параллельной поверхности ввода, под
углом 120° относительно друг друга. Это достигается тем, что в электромагнитно-акустическом преобразователе, содержащем магнитную систему в виде постоянного магнита и три плоские катушки, электрически изолированные
друг от друга и расположенные под магнитом одна под другой, постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра при отношении его диаметра к высоте 1:3, витки одной плоской катушки направлены под углом 120° к виткам другой катушки, а диаметр окружности, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру постоянного магнита.
Электромагнитно-акустический преобразователь состоит из магнитной системы 1 в виде постоянного магнита, при этом постоянный магнит выполнен в виде сплошного цилиндра диаметром D и высотой Н при соотношении D/H как 1/3, и трех плоских катушек 2, 3 и 4, электрически изолированных друг от друга и расположенных под магнитом 1 одна под другой. Витки катушки 3 направлены под углом 120° к виткам катушки 2, а витки катушки 4 направлены под углом 120° к виткам катушки 3. Диаметр окружности D1, описывающей витки каждой катушки, равен диаметру D постоянного магнита 1. Далее на рисунке 3 обозначены: 5 - изделие; N, S - полюса магнита 1, В - направление магнитного поля; J2, J3, J4 -направления вихревых токов в поверхностном слое изделия 5 от, соответственно, катушек 2, 3 и 4; FЛ2, FЛ3, FЛ4 - направления действия сил Лоренца.
Электромагнитно-акустический преобразователь работает следующим образом. Для возбуждения поперечной волны он имеет магнитную систему с постоянным магнитом 1 цилиндрического типа, обеспечивающую магнитный поток по нормали к поверхности изделия 5, и индуктор виде трех катушек 2, 3 и 4 в форме меандра, причем витки плоских катушек расположены под углом 120° по отношению друг к другу. В результате взаимодействия наведенного вихревого тока J2 от катушки 2 и магнитного поля В в поверхностном слое материала изделия 5 возникают силы Лоренца FЛ2, направленные нормально по отношению к линиям вихревого тока J2. При этом образуется поперечная волна с плоскостью поляризации,
совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ2. Для возбуждения волны с другой поляризацией на катушку 3 подается напряжение, в результате чего в поверхностном слое материала изделия 5 возникают вихревые токи J3, которые при взаимодействии с магнитным полем В образуют силу Лоренца FЛ3, которая направлена нормально по отношению к линиям вихревого тока J3. При этом образуется поперечная волна с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ3. Для возбуждения волны с третьей поляризацией на катушку 4 подается напряжение, в результате чего в поверхностном слое материала изделия 5 возникают вихревые токи J4, которые при взаимодействии с магнитным полем В образуют силу Лоренца FЛ4, которая направлена нормально по отношению к линиям вихревого тока J4. При этом образуется поперечная волна с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью действия силы Лоренца FЛ4.
Прием ультразвуковых колебаний, прошедших через изделие 5 и отразившихся от его противоположной поверхности, происходит по обратному ЭМА-преобразова-нию, т.е. преобразованию акустических колебаний металла, находящегося в постоянном магнитном поле, в электрические сигналы.
Попеременная подача напряжения на катушки 2, 3 и 4 приводит к возбуждению поперечных волн с разными поляризациями и выявлению дефектов в трех различных секторах прозвучивания, схематически изображенных на рисунке 4. Это позволяет избежать поворота электромагнитно-акустического преобразователя вокруг своей оси, что вызывает изменение позиционирования электромагнитно-акустического преобразователя относительно изделия 5. Таким образом, одним электромагнитно-акустическим преобразователем можно возбуждать волны трех различных поляризаций, а, следовательно, повысить вы-являемость разноориентированных дефектов (рисунок 5).
Рисунок 4 - Секторы прозвучивания для катушек 2, 3, 4
2 Катушка 90"
Список использованных источников
1. Канторович В.М., Глуцюк А.М. Преобразование звуковых и электромагнитных волн на границе проводника в магнитном поле // ЖЭТФ. - 1961.- Т. 41.-С. 1195.
2. Канторович В.М., Тищенко H.A. Преобразование звуковых и электромагнитных волн на границе упругого проводника в магнитном поле// Изв. ВУЗов. Радиофизика. - 1963.- Т. 6, Вып. 1.- С.24-36.
3. Канторович В.М. Увлечение кристаллической решетки электронами проводимости и соотношения
Онсагера между электроакустическими коэффициентами // ЖЭТФ. - 1970.- Т.59, вып.6(12).- С.2116-2129.
4. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, А.В. Ковалев и др.; Под ред. В.В. Клюева. - 3-е изд. Испр. и доп.-М.: Машиностроение, 2003, - 656 с.
5. Сучков Г.М. Современные возможности ЭМА дефектоскопии. - «Дефектоскопия». 2005. № 12. С. 24-39.
РЕГУЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ХИРУРГИЧЕСКИХ МОНОНИТЕИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ГАЗОВЫМ РАЗРЯДОМ
Гришанова Ирина Александровна
Канд. техн. наук, доц. каф. Моды и технологий ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
Зенитова Любовь Андреевна Доктор техн. наук, проф. каф. СК ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
Спиридонова Регина Романовна
Канд. хим. наук, доц. каф СК ФГБОУ ВПО «КНИТУ»
Современный синтетический хирургический шовный материал - это высокотехнологичный фармацевтический продукт, который подразделяется на абсорбируемый (рассасываемый) и неабсорбируемый (нерассасываемый), монофиламентный и мультифиламентный. Основными характеристиками этих нитей являются физико -механические и биологические свойства. [1-3].
Монофиламентные шовные нити в настоящее время более востребованы в хиругической практике по сравнению с мультифиламентными, так как мононити, как правило, монолитны, биоинертны, для них не характерен «фитильный» эффект и они способны удерживать края разреза в течение не менее шести недель [4,5]. Наиболее широко востребованными неабсорбируемыми материалами являются нейлон и полипропилен. Хирургическим нитям на их основе присуща наилучшая комбинация биосовместимости и механических свойств по сравнению с другими синтетическими материалами. Последние достижения химического производства и текстильной промышленности России позволяют разрабатывать новые биологически активные шовные материалы: хирургические
нити с различными видами оболочек и с использованием нового поколения высокомолекулярных соединений [6]. Однако, несмотря на достигнутые успехи в области синтетических хирургических нитей и их широкого ассортимента, до настоящего момента в хирургической практике не существует универсального шовного материала. Недостатки мононитей, по мнению многих исследователей, связаны с состоянием ее поверхности.
Для оптимизации эксплуатационных свойств хирургических шовных материалов и повышения биосовместимости используются различные способы их поверхностной модификации [7]. Среди многообразия методов выделяются плазменные, приводящие к изменению состояния приповерхностного слоя и его структуры [7,8].
Исследованию подвергались образцы исходных и плазменно- модифицированных полипропиленовых (ПП) мононитей условного номера 1, согласно формокопее США, у которых изучали поверхностную структуру и механические свойства. Внешний вид исходных ПП мононитей, полученный на электронном микроскопе марки ОЬ8 4100ЬБХ, представлен на рис. 1.
Scanning mode.XYZ step scan + Color
Image size[pixels] 1024X1024 Image sizelpmj: 258x259 Objective
lens MPLAPONLEXT50 Zoom:1X
а б
Рисунок 1. Внешний вид (а) и 3Б изображение (б) исходного образца ПП мононити
