CC BY
16
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
ВЛИЯНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПОДМАГНИЧИВАНИЯ НА НАПРАВЛЕНИЕ МАГНИТОСТРИКЦИИ ПРИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОМ ВОЗБУЖДЕНИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН
Аннотация
В статье рассматриваются вопросы влияния подмагничивания на направление суммарных магнитных полей при электромагнитно-акустическом способе возбуждения ультразвуковых волн с использованием эффекта магнитострикции.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, ультразвуковой метод, магнитное поле, магнитострикция.
Keywords: non destructive testing, ultrasonic method, magnetic field, magnetostriction.
Введение
В настоящее время для возбуждения ультразвуковых колебаний широкое применение находят электромагнитно-акустические преобразователи, работающие на эффекте магнитострикции.
Известно, что применение способа магнитострикции для возбуждения УЗК позволяет избежать влияния состояния поверхности на модель возбуждения, так как возбуждение УЗК осуществляется внутри материала.
Применение способа магнитострикции для возбуждения УЗК позволяет управлять поляризацией волн, что невозможно сделать силой Лоренца.
Важным при проектировании преобразователей, использующих магнитострикцию, является расчет величины и направления суммарного магнитного поля, а также управление направлением магнитного поля, а значит направлением магнитострикции.
Расчет влияния вертикального подмагничивания на направление магнитного поля для
произвольной точки пространства
Для проведения расчетов была выбрана схема преобразователя, который наиболее часто используется при возбуждении ультразвуковых волн (рис. 1). Расчеты ведем согласно материалам, представленным в [1-3].
Расчет поля в произвольной точке осуществляется путем сложения полей от участков проводников.
Расчет поля от одного участка осуществляется по простейшей схеме (рис.2) .
©© Дерябин А.А., Прилуцкий М. А., Ремизов А.Л. , Щипаков Н.А., 2014 г.
Рис. 1. Схема преобразователя
Проводник
Рис. 2. Расчетная схема для расчета магнитной индукции В
Расчет значения магнитной индукции для единичного проводника проводим по формуле:
(1)
Значения коэффициентов в (1) в пояснениях не нуждаются.
При отсутствии дополнительного подмагничивания, углы вектора суммарного магнитного поля с осью Х для произвольных точек представлены на рис 3.
Как видно из рис. 3 углы вектора суммарного магнитного поля могу иметь значения в пределах -90...90 градусов, а при формировании луча в нужном направлении необходимо, что бы частицы колебались в одном, а значит суммарное поле было направлено под необходимым углом.
Для решения этой задачи можно использовать дополнительное подмагничивание (на
рис.1.).
Влияние значения величины подмагничивания на углы наклона вектора суммарного магнитного поля приведены в таблице 1.
Рис. 3. Углы вектора суммарного магнитного поля с осью Х для произвольных точек на глубине Y=1 мм, значении тока 1= 100А, а=6 мм, количество участков 6 (в соответствии с рисунком 1) без
подмагничивания
Таблица 1
Значение подмагничивания Значение разброса углов наклона вектора суммарного магнитного поля
- 60 + 60 град
-5.5 + 5.5 град
-2.7 + 2.7 град
-1.1 + 1.1 град
Рис. 4. Углы вектора суммарного магнитного поля с осью Х для произвольных точек на глубине У=1 мм, значении тока 1= 100А, а=6 мм, количество участков 6 (в соответствии с рисунком 1),
Расчеты показали, что величина вертикального подмагничивания должна быть не меньше , что позволяет направить колебания частиц за счет эффекта магнитострикции в диапазоне углов град, что позволяет управлять направлением колебаний диаграммы направленности с точностью град.
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.
