Диссер

намагничивания самого материала ОК. Но установившееся значение достигается позднее чем в воздухе, что обусловлено наличием вихревых токов в ОК и магнитной вязкостью материала ОК (отставание намагниченности от внешнего поля).

Таким образом, для ОК из стали 10 проведение цикла генерации и приема УЗ сигналов возможно через 300-400 мкс после подачи питания на индуктор подмагничивания.

2.5 Исследование влияния зазора на конфигурацию и динамику

магнитного поля.

Для этого получены распределения значений нормальной составляющей индукции магнитного поля под керном и индуктором электромагнита в разные моменты времени после подачи напряжения для ОК из алюминия и стали 10

для 3-х зазоров 0,4 мм, 0,9 мм и 1,4 мм. На рис. 23 и рис. 24 приведены кривые зависимости магнитной индукции от времени на оси керна при зазорах 0,4 мм, 0,9 ммм и 1,4 мм для ОК из алюминия и стали 10.

Рис.23 Зависимость нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания на поверхности ОК из стали

10, на оси керна с 3-мя зазорами 0,4 мм, 0,9 мм и 1,4 мм.

51

Рис.24 Зависимость магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания на поверхности ОК из алюминия, на оси керна с 3-мя зазорами 0,4 мм, 0,9 мм и 1,4 мм.

Как следует из рис. 23 и 24 при увеличении зазора время переходного процесса изменяется незначительно. Поэтому максимальное время после включения требуется для алюминия при минимальном зазоре. Это время составляет 600 мкс.

На рис.25 приведен график зависимости тока в подмагничивающем индукторе от времени после подачи на него напряжения питания без ОК (в

воздухе), для ОК из алюминия и для ОК из стали 10 , ОК находится на расстоянии с зазором 0,4 мм.

Из графика следует, что на начальном участке наибольший рост тока наблюдается для ОК из алюминия, что вызвано снижением индуктивности из-

за того, что поверхность ОК из алюминия представляет собой короткозамкнутый виток. Наименьший рост тока наблюдается для ОК из стали, что обусловлено увеличением индуктивности из-за намагничивания стального ОК.

52

Рис.25 Зависимость тока в подмагничивающем индукторе от времени после подачи на

него напряжения питания без ОК, для ОК из алюминия, для ОК из стали 10.

Для этих трех случаев выполнен расчет потребляемой от источника энергии на один цикл формирования подмагничивающего поля длительностью 1мс. Расчет выполнен по формуле (9).

индуктор подмагничивания, в расчете взято равным 1 мс.

Без ОК затраты составили 0,683 Дж, при установке на ОК из алюминия с зазором 0,4 мм – 0,680 Дж, на ОК из стали 10 – 0,663 Дж.

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

Количество витков в подмагничивающем индукторе следует выбирать исходя из удобства проектирования источника питания и кабельной части преобразователя.

При питании системы подмагничивания напрямую от низковольтных аккумуляторов необходимо учитывать значения активных

сопротивлений кабельной части, внутреннего сопротивления

53

аккумулятора и ключевого транзистора при расчете переходных

процессов.

Для выбранной конфигурации подмагничивающей системы и интенсивности подмагничивающего поля ЭМА преобразователя проведение цикла генерации и приема УЗ сигналов возможно через

600 мкс после подачи напряжения на индуктор подмагничивания.

Для ОК из стали 10 проведение цикла генерации и приема УЗ возможно через 300-400 мкс после подачи напряжения на индуктор подмагничивания. Но это значение требует уточнения, поскольку в ферромагнитных сталях присутствует эффект шумов Баргаузена,

который может мешать приему УЗ сигналов из ОК.

При выбранной схеме построения ЭМА преобразователя энергетические затраты на подмагничивания составят 0,683 Дж на один цикл формирования подмагничивающего поля длительностью 1 мс.

54

ГЛАВА 3 Экспериментальная часть.

3.1 Проверка результатов, полученных в теоретической части.

Для проведения экспериментальных исследований была разработана и изготовлена установка с использованием макета генератора импульсов возбуждения сигнального индуктора ЭМАП и малошумящего приёмного тракта. В соответсвии с полученными в предыдущей главе результатами, был изготовлен макет ЭМАП, который представлял собой броневой сердечник из стали 10 (рис 26) с подмагничивающим индуктором и сигнальным индуктором в виде плоской спирали, расположенным на керне магнитопровода.

Подмагничивающий индуктор выполнен проводом Ø0,41 мм, количество витков равно 20. Сигнальный индуктор выполнен в 2-х вариантах: для ферромагнитных ОК 26 витков (максимальный диаметр индуктора 7 мм) и для неферромагнитных ОК 18 витков проводом Ø0,12 мм (максимальный диаметр индуктора 5 мм).

Рис.26 Чертеж сердечника подмагничивающей системы.

55

Генератор, возбуждающий сигнальный индуктор, формировал короткие импульсы тока прямоугольной формы, которые сигнальный индуктор преобразовывал в акустические импульсы с длительностью по огибающей приблизительно в 300 нс и с частотой максимума спектра около 4 МГц.

Эффективное значение собственного шума приёмного тракта, приведённое к входу, не превышало 5 мкВ в полосе частот 5 МГц.

Импульсное подмагничивание обеспечивалось за счет подключения индуктора подмагничивания к стационарному источнику питания на заданное время. Импульс тока через индуктор подмагничивания имел экспоненциальный характер. Длительность интервалов нарастания и установившегося значения варьировалась в процессе выполнения экспериментов для определения оптимальных параметров подмагничивающего поля.

Полученное в предыдущей главе значения тока для индуктора подмагничивания составляет порядка 100 А, время на которое необходимо обеспечить такой ток составляет до 1 мс. Поэтому в установке необходимо использовать накопительный элемент, который обеспечивает быструю отдачу энергии. В качестве такого элемента обычно используют конденсатор,

который заряжается при помощи источника напряжения, но для упрощения установки импульсное подмагничивание питается напрямую от аккумуляторов. Более подробно о выборе типа аккумулятора приведено в четвертой главе. В установке использовался аккумулятор на основе 4-х

включенных последовательно элементов на основе типа

ANR26650M1-B, значение внутреннего сопротивления этого элемента составляет 6 мОм, а допустимый импульсный ток достигает 150 А. Для формирования тока в подмагничивающем индукторе используется наиболее простая схема источника тока – источник напряжения с активным сопротивлением и транзисторным ключом, схема изображена на рис.27.

56

Рис.27 Схема электрическая принципиальная системы импульсного

подмагничивания.

В качестве активного сопротивления используется сумма сопротивлений:

внутреннего сопротивления аккумулятора 24 мОм, активного сопротивления подводящего кабеля около 20 мОм, сопротивление датчика тока 10 мОм,

активного сопротивление открытого транзистора IXTA260N055T2-7 3,3 мОм На рис.28-рис.31 представлены зависимости нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания в воздухе на расстоянии 0,4 мм от керна, снятые при помощи датчика Холла (обозначены синим цветом) и полученные расчетным путем (обозначены зеленым цветом). Зависимости получены для 4-х точек: на

оси керна, на расстоянии 1,15 мм от оси, 2,3 мм от оси и 3,4 мм от оси.

Как видно из рисунков рис.28-31, форма зависимостей полученных расчетным путем и полученных на экспериментальной установке имеют один и тот же характер. Небольшие отличия в значениях объясняются отклонением реальных параметров лабораторной установки от заданных в расчете, а так же тем, что датчик Холла измеряет магнитную индукцию на некоторой площадке,

а не в точке. Отрицательный наклон на экспериментальных кривых в установившемся режиме обусловлен увеличением сопротивления канала ключевого транзистора VT1, напряжение аккумуляторов не изменялось.

57

Рис.28 Зависимость нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания в воздухе на расстоянии

0,4 мм от керна на его оси. Зеленым цветом обозначена расчетная кривая, синим – снятая экспериментально.

Рис.29 Зависимость нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания в воздухе на расстоянии

0,4 мм от керна на расстоянии 1,15 мм от его оси. Зеленым цветом обозначена расчетная кривая, синим – снятая экспериментально.

58

Рис.30 Зависимость нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания в воздухе на расстоянии

0,4 мм от керна на расстоянии 2,3 мм от его оси. Зеленым цветом обозначена расчетная кривая, синим – снятая экспериментально.

Рис.31 Зависимость нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания в воздухе на расстоянии

0,4 мм от керна на расстоянии 3,4 мм от его оси. Зеленым цветом обозначена расчетная кривая, синим – снятая экспериментально.

59

На рис.32-рис.35 представлены зависимости нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания на поверхности ОК из алюминия на расстоянии 0,4 мм от керна, снятые при помощи датчика Холла (обозначены красным цветом) и

полученные расчетным путем (обозначены синим цветом). Зависимости даны для 4-х точек: на оси керна, на расстоянии 1,15 мм от оси, 2,3 мм от оси и

3,4 мм от оси.

Как видно из рисунков рис.32-35, форма зависимостей полученных расчетным путем и полученных на экспериментальной установке имеют один и тот же характер. Наблюдаемые отклонения несколько большие, чем для распределения нормальной составляющей магнитной индукции в воздухе. Это объясняется тем, что датчик Холла имеет конечные размеры и измерение при помощи данного датчика возможно только на некотором отдалении от поверхности.

Рис.32 Зависимость нормальной составляющей магнитной индукции от времени после подачи напряжения на индуктор подмагничивания на поверхности ОК из алюминия на расстоянии 0,4 мм от керна на его оси. Зеленым цветом обозначена расчетная кривая, синим – снятая экспериментально.

60