16. Устройство, принцип действия и возможности эма-преобразователей.

Работа данных преобразователей основана на действии одновременно всех трех эффектов электромагнитного поля в ферромагнитных металлах.

Рассмотрим принцип действия и конструкции ЭМА-преобразователей. В приведенной схеме преобразователь состоит из электромагнита 3 (рисунок 1, а), питаемого постоянным током, и катушки 2, питаемой переменным током. В преобразователе магнитное поле с индукцией B_n в зоне действия вихревых токов расположено по нормали к поверхности изделия. Вихревой ток же в изделии создает катушка 2. Сила F, которая определяет смещение точек cреды, направлена в этом случае по касательной к поверхности, т.е. возбуждаются поперечные акустические волны.

Как видно из схемы преобразователя (рисунок 1, б), магнитное поле B_т направлено по касательной к поверхности изделия, поэтому в изделии будут возникать продольные волны.

Акустическое напряжение в изделии можно выразить через суммарное действие всех трех эффектов для ферромагнитных металлов

(2)

где T_э, T_м и T_c - составляющие напряжения, вызванные электродинамическим, магнитным и магнитострикционным эффектом соответственно; Н - напряженность магнитного поля катушки;  - относительная магнитная проницаемость материала; =-1 - для парамагнетиков и =a/H₀ - для ферромагнетиков; а - магнитострикционная постоянная; H₀ - напряженность постоянного поля подмагничивания; _l - безразмерный параметр, равный отношению волновых чисел акустической и электромагнитной волн.

а)

Рисунок 1 – Схемы ЭМА- преобразователей для возбуждения волн различного типа

Чувствительность ЭМА-преобразователей примерно в 1000 раз меньше, чем пьезопреобразователя при контроле иммерсионным способом.

С помощью ЭМА-преобразователей могут быть возбуждены самые различные типы волн. Как видно из приведенных схем, продольные и поперечные волны могут быть возбуждены раздельно, если токовые катушки располагать над такими участками поля магнитной индукции, где существует только одна нормальная или тангенциальная его составляющие.

Возможно возбуждение волн Рэлея и Лэмба, если расстояние между проводниками с одинаковым направлением тока сделать равным длине соответствующей волны.

С помощью ЭМА-преобразователей удается возбудить нормальные поперечные волны, что сложно сделать другими способами.

Важным достоинством ЭМА-метода является возможность его использования при высоких температурах.

Преимуществами ЭМА-преобразователей является более высокая чувствительность по сравнению с другими способами бесконтактного возбуждения на частотах, применяемых в дефектоскопии, широкополосностью, возможностью возбуждать волны разных типов, температуростойкостью. К недостаткам следует отнести громоздкость и малую чувствительность относительно пьезопреобразователей.

17. Коэффициенты преобразования, способы их повышения.

Коэффициент преобразования - это количественное выражение отношения между различными физическими величинами, измеренными на входной и выходной частях преобразователя. Коэффициенты преобразования при излучении и приеме определяются выражениями

(2.6)

(2.7)

где  - нормальные напряжения (давления) на рабочей поверхности преобразователя; U_u , U_п - напряжение генератора, возбуждающего преобразователь и напряжение на входном сопротивлении усилителя соответственно.

Для совмещенных преобразователей, т.е. когда излучение и прием ультразвука производят одним преобразователем, пользуются коэффициентом двойного преобразования. В общем случае режим двойного преобразования характеризуют четыре передаточные функции:

(2.8)

Как уже отмечалось, коэффициенты преобразования определяют чувствительность преобразователя.

Рассмотрим задачу определения амплитуды сигнала при акустическом контроле (методы отражения и прохождения). Амплитуда излученного акустического сигнала описывается выражением

(2.9)

В результате затухания акустическая волна испытывает ослабление при прохождении через промежуточные среды, объект контроля и зону дефектов. Влияние этих факторов учитывается коэффициентом или функцией . В результате чего амплитуда пришедшей к приемнику волны составляет

(2.10)

Отсюда амплитуда сигнала на входе приемника дефектоскопа определяется выражением

(2.11)

Видно, что расчет функции ослабления сигнала  представляет собой задачу об акустическом тракте, а расчет коэффициента двойного преобразования - задачу об электроакустическом тракте дефектоскопа. Сигнал с преобразователя усиливается в усилителе дефектоскопа до значения , при этом

(2.12)

где K_у - коэффициент усиления приемного тракта.

Реальная величина U_c должна быть достаточной для регистрации сигнала на экране ЭЛТ или другом индикаторе.