Устройство и способ электромагнитного акустического контроля материала и/или измерения толщины испытуемого объекта, содержащего по меньшей мере электропроводящие и ферромагнитные компоненты и применение устройства для контроля материала и/или измерения толщины испытуемого объекта

(51) 01 29/04 (2009.01) 01 27/90 (2009.01) 01 7/06 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛА И/ИЛИ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ИСПЫТУЕМОГО ОБЪЕКТА(57) Описывается устройство, а также способ контроля материала испытуемого объекта (4),содержащего по меньшей мере электропроводящие и ферромагнитные компоненты и располагающего по меньшей мере одной технической поверхностью(5), при помощи по меньшей мере одного ультразвукового преобразователя,включающего постоянный магнит или электромагнит (1) по меньшей мере с двумя магнитными полюсами (,) различной магнитной полярности, обращенными в сторону технической поверхности (5), и предусматривающим наличие по меньшей мере одной катушки (2) вихревых токов,установленной в проекции на техническую поверхность (5) между обоими магнитными полюсами в косвенной или непосредственной связи с технической поверхностью. Устройство отличается тем, что по меньшей мере одна катушка(2) вихревых токов выполнена и установлена таким образом, что при подаче на нее переменного тока в испытуемом объекте (4) возникают ультразвуковые волны(6),направленные перпендикулярно технической поверхности (5).(73) ФРАУНХОФЕР-ГЕЗЕЛЛЬШАФТ ЦУР ФЕРДЕРУНГ ДЕР АНГЕВАНДТЕН ФОРШУНГ Е.Ф.(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич(54) УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛА И/ИЛИ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ИСПЫТУЕМОГО ОБЪЕКТА, СОДЕРЖАЩЕГО ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИЕ И ФЕРРОМАГНИТНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для контроля материала испытуемого объекта (4), содержащего, по меньшей мере, электропроводящие и ферромагнитные компоненты и располагающего, по меньшей мере,одной технической поверхностью (5), содержащее,по меньшей мере,один ультразвуковой преобразователь , с постоянным магнитом или электромагнитом (1), по меньшей мере, с двумя магнитными полюсами (,) различной магнитной полярности, обращенными в сторону технической поверхности (5), и с, по меньшей мере, одной катушкой (2) вихревых токов, установленной в проекции на техническую поверхность (5) между обоими магнитными полюсами (,) в косвенной или непосредственной связи с технической поверхностью, отличающееся тем, что постоянный магнит или электромагнит (1) имеет -образное тело магнита, магнитные полюса (,) которого своими плоскостями прилегают к технической поверхности (5) и который подобно мосту окружает область технической поверхности(5),предназначенную для размещения на обращенной или противоположной по отношению к телу магнита стороне испытуемого объекта, по меньшей мере, одной катушки (2) вихревых токов, при этом постоянный магнит или электромагнит (1), по меньшей мере, локально создает в испытуемом объекте (4) тангенциальное магнитное поле,направленное параллельно технической поверхности (5), причем по меньшей мере одна катушка (2) вихревых токов имеет такую геометрию,благодаря которой создается пространственно ограниченная область, в которой внутри испытуемого объекта (4) возникает результирующее поле вихревых токов с повышенной по сравнению с другими окружающими пространственными областями плотностью вихревых токов, а также с одинаковым направлением этих токов, при этом направление вихревых токов в поле, наведенном в испытуемом объекте (4), в области повышенной плотности вихревых токов направлено перпендикулярно направлению магнитных силовых линий тангенциального магнитного поля. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что,по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов предусматривает конфигурацию электрических проводов, снабжаемых переменным током, которая,по крайней мере, местами или посекционно имеет,по меньшей мере, два, предпочтительно, множество,в основном,параллельных между собой электрических проводов(7),обтекаемых однонаправленным переменным током. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что постоянный магнит или электромагнит (1) между магнитными полюсами (,) внутри испытуемого объекта (4) создает тангенциальное магнитное поле, при этом, в основном, параллельные между собой провода (7) расположены перпендикулярно тангенциальному магнитному полюи при протекании по ним переменного тока формируют внутри испытуемого объекта (4) переменное магнитное поле , так что внутри испытуемого объекта (4) результирующее магнитное поле В имеет вид В. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем,что постоянный магнит или электромагнит (1) создает между магнитными полюсами (,) внутри испытуемого объекта (4) тангенциальное магнитное поле , при этом, в основном, параллельные между собой провода(7) расположены перпендикулярно тангенциальному магнитному полюи при протекании по ним переменного тока формируют внутри испытуемого объекта (4) вихревые токи, под действием которых в испытуемом объекте (4) вокруг вихревых токов генерируются силы Лоренца,направленные перпендикулярно технической поверхности (5), в результате чего возникают продольные ультразвуковые волны с характеристикой излучения,направленной перпендикулярно технической поверхности (5). 5. Устройство по любому из п.п.1-4,отличающееся тем, что катушка (2) вихревых токов выполнена в виде трехмерного каркаса с реальным или виртуальным сердечником, на реальную или виртуальную поверхность которого намотан электрический провод (7) с одинаковым направлением намотки, при этом сердечник трехмерного каркаса(11) имеет участок поверхности,прилегающий к технической поверхности (5), на котором провод (7) имеет множество параллельных между собой секций проводов. 6. Устройство по любому из п.п.1-4,отличающееся тем, что катушка (2) вихревых токов выполнена с двухмерной конфигурацией проводов, которая включает, по меньшей мере, две секции (8,9) проводов, выполненные в виде прямоугольных катушек, при этом секции (8,9) проводов расположены параллельно друг другу таким образом, что один из участков (10) каждой из обеих прямоугольных катушек располагается в непосредственной близости от такого же другого участка, через который проходит переменный ток одинакового направления. 7. Устройство по любому из п.п.1-6,отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов находится в эффективной механической связи с постоянным магнитом или электромагнитом (1), так, что катушка(2) вихревых токов расположена над технической поверхностью (5) без контакта с ней или установлена на этой технической поверхности (5) по существу без усилия. 8. Устройство по любому из п.п.1-7,отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов, по отношению к технической поверхности (5) предпочтительно установлена в качестве блока с ручным управлением, независимо от постоянного магнита или электромагнита (1). 9. Устройство для контроля материала испытуемого объекта (4), содержащего, по меньшей мере, электропроводящие и ферромагнитные компоненты и располагающего, по меньшей мере,одной технической поверхностью (5), содержащее,по меньшей мере,один ультразвуковой преобразователь , с постоянным магнитом или электромагнитом (1), по меньшей мере, с двумя магнитными полюсами (,) различной магнитной полярности, обращенными в сторону технической поверхности (5), и с, по меньшей мере, одной катушкой (2) вихревых токов, установленной в проекции на техническую поверхность (5) между обоими магнитными полюсами (,) в косвенной или непосредственной связи с технической поверхностью, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов выполнена и установлена таким образом, что в результате подачи в упомянутую катушку (2) переменного тока возникают ультразвуковые волны,распространяющиеся внутри испытуемого объекта(4), в основном, перпендикулярно технической поверхности (5), при этом постоянный магнит или электромагнит (1) имеет два кольцеобразных тела магнита с кольцевой поверхностью, установленных вдоль оси (А) с интервалом и кольцевая поверхность которых пересекает ось (А) в перпендикулярном направлении, а края окружности соответствуют магнитным полюсам различной магнитной полярности, при этом между обоими телами магнита предусмотрена, по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов, при этом тела магнита по оси (А) соединены между собой как единое целое. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что,по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов предусматривает конфигурацию электрических проводов, снабжаемых переменным током, которая,по крайней мере, местами или посекционно имеет,по меньшей мере, два, предпочтительно, множество,в основном,параллельных между собой электрических проводов(7),обтекаемых однонаправленным переменным током. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что постоянный магнит или электромагнит (1) между магнитными полюсами (,) внутри испытуемого объекта (4) создает тангенциальное магнитное поле, при этом, в основном, параллельные между собой провода (7) расположены перпендикулярно тангенциальному магнитному полюи при протекании по ним переменного тока формируют внутри испытуемого объекта (4) переменное магнитное поле , так что внутри испытуемого объекта (4) результирующее магнитное поле В имеет вид В. 12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что постоянный магнит или электромагнит (1) создает между магнитными полюсами (,) внутри испытуемого объекта (4) тангенциальное магнитное поле , при этом, в основном, параллельные между собой провода(7) расположены перпендикулярно тангенциальному магнитному полюи при протекании по ним переменного тока формируют внутри испытуемого объекта (4) вихревые токи, под действием которых в испытуемом объекте (4) вокруг вихревых токов генерируются силы Лоренца,направленные перпендикулярно технической поверхности (5), в результате чего возникают продольные ультразвуковые волны с характеристикой излучения,направленной перпендикулярно технической поверхности (5). 13. Устройство по любому из п.п.9-12,отличающееся тем, что катушка (2) вихревых токов выполнена в виде трехмерного каркаса с реальным или виртуальным сердечником, на реальную или виртуальную поверхность которого намотан электрический провод (7) с одинаковым направлением намотки, при этом сердечник трехмерного каркаса(11) имеет участок поверхности,прилегающий к технической поверхности (5), на котором провод (7) имеет множество параллельных между собой секций проводов. 14. Устройство по любому из п.п.9-12,отличающееся тем, что катушка (2) вихревых токов выполнена с двухмерной конфигурацией проводов, которая включает, по меньшей мере, две секции (8,9) проводов, выполненные в виде прямоугольных катушек, при этом секции (8,9) проводов расположены параллельно друг другу таким образом, что один из участков (10) каждой из обеих прямоугольных катушек располагается в непосредственной близости от такого же другого участка, через который проходит переменный током одинакового направления. 15. Устройство по любому из п.п.9-14,отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов находится в эффективной механической связи с постоянным магнитом или электромагнитом (1), так, что катушка(2) вихревых токов расположена над технической поверхностью (5) без контакта с ней или установлена на этой технической поверхности (5) по существу без усилия. 16. Устройство по любому из п.п.9-15,отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна катушка (2) вихревых токов, по отношению к технической поверхности (5) предпочтительно установлена в качестве блока с ручным управлением, независимо от постоянного магнита или электромагнита (1). 17. Устройство по п.9, отличающееся тем, что множество катушек(2) вихревых токов предусмотрено по краю окружности кольцевой или дисковой конфигурации (14), который отстоит от оси (А) на равном или меньшем расстоянии, чем край окружности кольцевых тел магнитов. 18. Применение устройства по любому из п.п.18 или 9-17, для измерения толщины испытуемого объекта. 19. Применение по п.18, отличающееся тем,что измерение толщины осуществляется измерением прямого и отраженного сигналов, когда ультразвуковые волны генерируются в виде импульса в испытуемом объекте(4) перпендикулярно технической поверхности (5) и отражаются от противоположной поверхности, причем проводят измерение времени прохождения,при котором учитываются моменты генерации и приема ультразвуковых волн. 20. Применение устройства по любому из п.п.1-8 или 9-17 для контроля материалов и/или измерения толщины в магистральных трубопроводах или у железнодорожных колес. 21. Способ контроля материала испытуемого объекта (4), содержащего, по меньшей мере,электропроводящие и ферромагнитные компоненты,посредством генерирования электромагнитных ультразвуковых волн внутри испытуемого объекта(4), располагающего технической поверхностью (5),отличающийся тем, что для контроля материала испытуемого объекта используют устройство по любому из п.п.1-8 или 9-17, причем осуществляют следующие этапы- создание магнитного полявнутри испытуемого объекта (4), при этом магнитные силовые линии, по меньшей мере, частично направлены параллельно технической поверхности(5) и формирования тангенциального магнитного поля ,- установку катушки (2) вихревых токов, для снабжения ее переменным током, относительно технической поверхности (5) для наведения переменного магнитного поляв испытуемом объекте (4), которое вступает во взаимодействие с тангенциальным магнитным полем, в результате чего результирующее поле описывается как,- формирование в результате магнитострикции и/или действия возникающих внутри испытуемого объекта (4) сил Лоренца свободных ультразвуковых волн (6), распространяющихся в испытуемом объекте(4) перпендикулярно технической поверхности (5),- учет времени прохождения ультразвуковых волн, свободно распространяющихся внутри испытуемого объекта (4), которые отражаются внутри него и возвращаются к месту своего возникновения, а также- анализ учтенного времени прохождения для контроля материалов. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что силовые линии переменного магнитного полянаправлены по отношению к тангенциальному магнитному полю в одну или в противоположные стороны. 23. Способ по п.21 или 22, отличающийся тем,что, по меньшей мере, одну катушку (2) вихревых токов,снабжаемую переменным током,устанавливают относительно технической поверхности (5) для возбуждения в испытуемом объекте (4) вихревых токов таким образом, чтобы возбужденные вихревые токи во взаимодействии с тангенциальным магнитным полем генерировали внутри испытуемого объекта (4) силы Лоренца , которые возбуждают в испытуемом объекте (4) свободные продольные ультразвуковые волны (6) с характеристикой распространения,направленной перпендикулярно технической поверхности (5) испытуемого объекта (4).