электромагнитный акустический преобразователь

Формула изобретения

1. Электромагнитный акустический преобразователь для возбуждения ультразвука в контролируемом материале, содержащий магнитное средство для приложения DC магнитного поля к контролируемому материалу, электрическую обмотку, питаемую от источника переменного тока, для обеспечения АС магнитного потока в контролируемом материале, и износостойкую пластину, предназначенную для скольжения вдоль поверхности контролируемого материала, отличающийся тем, что износостойкая пластина выполнена из электропроводящего ферромагнитного материала и имеет вырезы, предназначенные для обеспечения разрывов электрического и магнитного полей и для возможности прохождения как DC магнитного поля, так и АС магнитного потока в контролируемый материал для формирования ультразвукового колебания контролируемого материала в результате их взаимодействия.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что вырезы представляют собой ряд параллельных щелей в износостойкой пластине.

3. Преобразователь по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что магнитное средство содержит множество расположенных в ряд магнитов, в котором противоположные полюса соседних магнитов примыкают друг к другу.

4. Преобразователь по п.3, отличающийся тем, что щели расположены под границами между соседними магнитами.

5. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что толщина износостойкой пластины равна одной четверти длины волны основной волновой моды, возбуждаемой в износостойкой пластине.

6. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что магнитное средство содержит по меньшей мере один магнит, а электрическая обмотка представляет собой меандровую обмотку между по меньшей мере одним магнитом и износостойкой пластиной, причем меандровая обмотка имеет множество прямолинейных участков, соединенных между собой меандрами.

7. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что множество прямолинейных участков меандровой обмотки параллельны между собой.

8. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что магнитное средство содержит по меньшей мере один магнит, а электрическая обмотка представляет собой меандровую обмотку между по меньшей мере одним магнитом и износостойкой пластиной, причем меандровая обмотка имеет множество прямолинейных участков, соединенных между собой меандрами.

9. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что прямолинейные участки меандровой обмотки располагаются в ряд со щелями в износостойкой пластине.

10. Преобразователь по п.6, отличающийся тем, что износостойкая пластина имеет множество выступов, находящихся между соответствующей парой прилегающей прямолинейной секции меандровой обмотки.

11. Приспособление для очистки трубопроводов, имеющее электромагнитное устройство, выполненное в соответствии с любым из пп.1-10.

12. Способ возбуждения ультразвука в контролируемом материале, в котором используют электромагнитный акустический преобразователь, заключающийся в том, что

прикладывают DC магнитное поле к контролируемому материалу,

обеспечивают АС магнитный поток в контролируемом материале,

обеспечивают скольжение износостойкой пластины по контролируемому материалу,

отличающийся тем, что

используют износостойкую пластину, содержащую токопроводящий ферромагнитный материал и имеющую вырезы, обеспечивающие разрывы электрического и магнитного полей,

при этом DC магнитное поле и АС магнитный поток проникают в контролируемый материал и вследствие их взаимодействия возбуждают ультразвуковое колебание контролируемого материала.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что вырезы представляют собой ряд параллельных щелей в износостойкой пластине.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что щели вытянуты практически перпендикулярно направлению течения тока в контролируемом материале.

15. Способ по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что выбирают толщину износостойкой пластины, равную одной четверти длины волны возбуждаемой в ней основной волновой моды.

16. Способ по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что ультразвуковые колебания представляют собой горизонтально поляризованные сдвиговые волны.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что используют магнитное средство, которое содержит по меньшей мере один магнит, а электрическая обмотка содержит меандровую обмотку между по меньшей мере одним магнитом и износостойкой пластиной, причем меандровая обмотка имеет множество прямолинейных участков, соединенных между собой меандрами.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электромагнитным акустическим преобразователям (далее обозначены как ЭМАП) для контроля целостности металлических изделий с помощью ультразвука, например для контроля трубопроводов.

Предшествующий уровень техники

Обычные ЭМАП взаимодействуют с контролируемыми материалами посредством совместного действия стационарного магнитного поля, часто формируемого одним или несколькими постоянными магнитами, и переменного высокочастотного магнитного поля, формируемого электрической обмоткой. Взаимодействие ЭМАП с контролируемым материалом обычно максимально, если зазор между активными компонентами преобразователя и контролируемым материалом минимален.

Однако ЭМАП подвергаются износу, если при перемещении они контактируют с контролируемым материалом.

Следовательно, перемещаемые по поверхности контролируемого материала ЭМАП должны быть снабжены защитной прокладкой или износостойкой пластиной, находящейся между активными элементами ЭМАП и поверхностью материала. Эта прокладка должна удовлетворять противоречивым требованиям. Сопротивление износу возрастает при увеличении толщины прокладки, но акустическая эффективность ЭМАП при этом падает, и, кроме того, оно зависит от свойств материала защитной прокладки и ее геометрии.

Используемые для ЭМАП материалы защитных прокладок обычно подбираются так, чтобы они оказывали незаметное влияние на ЭМАП, и все их влияние на акустическую эффективность сводилось бы к наличию незаполненного зазора между активным торцом ЭМАП и контролируемым материалом. Изготовленные из таких материалов защитные прокладки обычно очень тонкие, поскольку акустическая эффективность ЭМАП резко снижается с увеличением зазора. Поскольку материал тонкий, то и срок службы защитной прокладки может быть коротким в случае сильного истирания, например, при быстром и на больших расстояниях тестировании внутренней поверхности стенки транспортной трубы, или при очистке трубопровода.

Использование электропроводящего и/или ферромагнитного материала для защитной пластины ранее было недопустимо, поскольку акустическая эффективность ЭМАП сильно снижается при размещении такого материала между ЭМАП и контролируемым материалом.

Более конкретно, наличие такой пластины значительно снижает распространение высокочастотного магнитного поля от ЭМАП в контролируемый материал из-за электронного скин-эффекта, а DC магнитное поле в контролируемом материале снижается из-за смещения DC потока от контролируемого материала на другой замкнутый контур.

Сущность изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание ЭМАП, выполненного из исключительно износостойкого материала, причем желательно, чтобы электропроводящие и ферромагнитные износостойкие пластины были встроены в ЭМАП так, чтобы сохранялась его высокая акустическая эффективность.

Поставленная задача согласно настоящему изобретению решена путем создания электромагнитного акустического преобразователя для возбуждения ультразвука в контролируемом материале, содержащего магнитное средство для приложения DC магнитного поля к контролируемому материалу, электрическую обмотку, питаемую источником переменного тока для обеспечения АС магнитного потока внутри контролируемого материала, и износостойкую пластину, предназначенную для взаимодействия с поверхностью контролируемого материала и скольжения по этой поверхности, и характеризующегося тем, что пластина содержит электропроводящий ферромагнитный материал и имеет вырезы, выполненные так, чтобы обеспечить разрывы электрического и магнитного полей в пластине и допустить проникание как DC магнитного поля, так и АС магнитного потока внутрь контролируемого материала так, чтобы в результате их взаимодействия создать ультразвуковое колебание контролируемого материала.

Точная конфигурация вырезов в износостойкой пластине выбирается так, чтобы соответствовать типу ЭМАП и чтобы обеспечивать установление в контролируемом материале DC магнитного поля и АС магнитного потока.

Следует отметить, что магнитное устройство может представлять собой один или несколько постоянных магнитов, или один или несколько электромагнитов.

Износостойкая пластина из электропроводящего ферромагнитного материала для ЭМАП в соответствии с изобретением может иметь большую толщину по сравнению с обычными неферромагнитными и непроводящими пластинами и при этом сохранять акустическую эффективность. Эта увеличенная толщина и широкий выбор свойств материала для износостойкой пластины позволяет повысить срок службы ЭМАП по сравнению с тем, который возможен для обычных износостойких пластин.

В некоторых реализациях изобретения вырезы представляют собой ряд параллельных щелей в износостойкой пластине. Эти щели могут располагаться перпендикулярно направлению наведенного тока в контролируемом материале, но возможна и другая ориентация в зависимости от того, какие именно волны возбуждаются в контролируемом материале.

В преобразователе в соответствии с изобретением магнитное устройство может содержать множество расположенных в ряд магнитов, причем соседние магниты обращены друг к другу противоположными полюсами. Таким образом, предпочтительно, чтобы щели были расположены под границами между соседними магнитами. В такой структуре ЭМАП, объединенной с износостойкой пластиной, в контролируемом материале возбуждаются горизонтально поляризованные акустические сдвиговые волны, в которых смещение контролируемого материала происходит параллельно контролируемой поверхности и ортогонально направлению распространения волны. Следует отметить, что изобретение не ограничивается только такой структурой.

Предпочтительно толщина износостойкой пластины равна одной четверти длины волны возбуждаемой внутри нее основной волновой моды.

Как отмечено выше, магнитное устройство может содержать множество расположенных в ряд магнитов.

Альтернативно, магнитное устройство может содержать по меньшей мере один магнит, и тогда электрическая обмотка помещается между по меньшей мере одним магнитом и износостойкой пластиной, например, примыкая к износостойкой пластине. Витки обмотки имеют форму меандра. Обмотка может, таким образом, представлять собой контур на плоскости, обычно параллельный износостойкой пластине. Меандр предпочтительно имеет изменение направления витков на 180°, т.е. обмотка содержит ряд в основном прямых и приблизительно параллельных соседних участков, соединенных в виде меандра. При такой структуре прямые участки обмотки совмещаются с рядом параллельных щелей на износостойкой пластине. Кроме того, в такой структуре желательно, чтобы расстояние между щелями на износостойкой пластине соответствовало бы интервалу между прямыми участками обмотки.

Краткое описание чертежей

Ниже, в качестве примера, более подробно описываются варианты реализации изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает общий вид части известного ЭМАП с горизонтально поляризованной сдвиговой волной без износостойкой пластины между электрической обмоткой и контролируемым материалом;

Фиг.2 - общий вид известного ЭМАП с токопроводящей пластиной, расположенной между обмоткой и контролируемым материалом;

Фиг.3 - общий вид части обычного ЭМАП с магнитным устройством для приложения DC магнитного поля к контролируемому материалу;

Фиг.4 - общий вид известного ЭМАП с токопроводящей пластиной, расположенной между магнитным устройством и контролируемым материалом;

Фиг.5 и 6 - общие виды частей ЭМАП согласно изобретению;

Фиг.7 - общий вид ЭМАП с частичным вырывом, согласно изобретению;

Фиг.8 - общий вид части другого известного ЭМАП без износостойкой пластины;

Фиг.9 - вертикальный разрез ЭМАП по плоскости IX-IX на Фиг.8;

Фиг.10 - общий вид ЭМАП, содержащего износостойкую пластину, согласно изобретению;

Фиг.11 - вертикальный разрез ЭМАП по плоскости XI-XI на Фиг.10, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На Фиг.1 показан АС (переменный) ток, формируемый простой обмоткой, которая обычно может использоваться в ЭМАП для генерирования горизонтально поляризованных сдвиговых волн. Плоская обмотка 2 расположена над контролируемым образцом 4. АС ток проходит через обмотку 2 как показано стрелками 6. Эти токи показаны во временном срезе и циркулирующими в одном произвольном направлении. Наведенные токи 8 индуцируются в контролируемом образце 4 посредством АС токов обмотки 6 и направлены в противоположную сторону относительно токов 6. Они циркулируют вблизи верхней поверхности контролируемого образца 4.

На Фиг.2 показан эффект от размещения токопроводящей пластины 10 между обмоткой 2 и контролируемым образцом 4. Наведенные токи 8 в этом случае протекают по поверхности токопроводящей пластины 10. Если только токопроводящая пластина 10 не слишком тонкая или неплохо проводит ток, то она будет экранировать контролируемый образец 4 от электромагнитного действия обмотки 2 и препятствовать циркуляции любых наведенных токов в контролируемом образце 4. Это будет препятствовать работе ЭМАП, показанного на Фиг.2 только частично.

На Фиг.3 показана картина DC поля на поверхности контролируемого образца 4, образованная постоянными магнитами 12, расположенными в конструкции известного ЭМАП с горизонтально поляризованной сдвиговой волной. Контролируемый образец 4 показан с участками разной полярности 14 от нормальной компоненты магнитного поля в образце. На Фиг.3 показаны все основные элементы наиболее используемой конструкции ЭМАП с горизонтально поляризованной сдвиговой волной.

На Фиг.4 показан эффект от размещения токопроводящей ферромагнитной пластины 10 между магнитами 12 и контролируемым образцом 4, что приводит к тому, что изначально установившееся в контролируемом образце 4 DC магнитное поле экранируется пластиной 10 и не достигает контролируемого образца 4.

Конструкция ЭМАП в соответствии с заявленным изобретением содержит токопроводящую ферромагнитную износостойкую пластину с вырезами, сконфигурированными так, чтобы в ней имелись разрывы электрического и магнитного поля и осуществлялось проникание как DC магнитного поля, так и АС магнитного потока в контролируемый материал, и в результате их взаимодействия возбуждалось ультразвуковое колебание контролируемого материала.

На Фиг.5 показано влияние вводимой щелевой токопроводящей пластины 16 на АС ток. Пластина 16 показана только частично, т.е. показана область щелей, где пластина 16 выглядит как ряд стержней, из которых для наглядности показаны три. Щели располагаются фактически перпендикулярно нормальному потоку наведенных токов 18 в проводящей пластине 16. В этом случае наведенные токи протекают и в проводящей пластине 16, и в контролируемом образце 4, причем направление потока подобно тому, что имеет место в известной конструкции, показанной на Фиг.1. В щелевой пластине 16 наведенные токи 18 вынужденно распространяются в направлении стенок щелей и заканчивают циркуляцию распространением вдоль нижней поверхности пластины 16 (не показано на Фиг.5) в направлении, противоположном потоку на верхней поверхности пластины 16.

На Фиг.5 наведенные токи 8 в контролируемом образце 4 могут иметь амплитуду, которая больше, чем в случае, показанном на Фиг.1, даже при эквивалентной амплитуде тока обмотки и при эквивалентном расстоянии между обмоткой 2 и контролируемым образцом 4. Это особенно справедливо тогда, когда толщина щелевой пластины 16 занимает немалую часть зазора между обмоткой 2 и контролируемым образцом 4. Для удачно выполненной щелевой пластины 16 основную часть токов 8 в контролируемом образце 4 составляют наведенные токи 18, индуцированные токами, распространяющимися в щелевой пластине 16, которые находятся очень близко от контролируемого образца 4, а потому и индуцируют большие электрические токи. Токи 18 в щелевой пластине 16 сами являются наведенными токами от обмотки 2, весьма интенсивно индуцируемыми в верхнюю поверхность щелевой пластины 16 там, где она близка к обмотке 2. В результате токи 8, индуцированные в контролируемом образце 4, могут быть усилены относительно структуры с тем же расстоянием между обмоткой 2 и контролируемым образцом 4, но не имеющей щелевой пластины 16.

На Фиг.6 показано влияние на картину DC магнитного поля введения ферромагнитной щелевой пластины 16 между обмоткой 2 и контролируемым образцом 4. Щелевая пластина 16 модифицирует картину DC магнитного поля в контролируемом образце 4, но позиционированием щелей на участках под границами между магнитами 12 картина поля в контролируемом образце 4 в значительной степени аналогична подобной картине 14 на Фиг.3. При удачно выполненной ферромагнитной щелевой пластине 16 интенсивность поля в контролируемом образце 4 может быть значительно больше, чем при отсутствии щелевой пластины 16 при эквивалентном расстоянии между магнитами и контролируемым образцом.

На Фиг.6 показаны основные элементы ЭМАП с горизонтально поляризованной сдвиговой волной со щелевой износостойкой пластиной 16. Конфигурация DC магнитного поля 20 в контролируемом образце, показанная на Фиг.6, а также картина АС тока 8 в контролируемом образце 4, которая подобна той, что и на Фиг.5, создает необходимые силы Лоренца. Требуется только, чтобы износостойкая пластина 16 была токопроводящей, ферромагнитной и имела щели, геометрия которых приводит к усилению как наведенных АС токов, так и DC магнитных полей в ЭМАП.

На Фиг.5 и 6 показан только один частный тип ЭМАП, но принцип использования щелевой токопроводящей износостойкой пластины 16 применим и к другим конструкциям, имеющим различные щелевые структуры.

На Фиг.7 показан ЭМАП в соответствии с изобретением с вырывом. Износостойкая пластина 16 со щелями 17 имеет вид решетки или сетки с АС обмоткой 2 и DC магнитами 12, находящимися внутри корпуса 20. Обмотка 2 содержит сердечник 22, хотя могут быть использованы и другие элементы конфигурации.

В качестве примера представлен еще один вариант реализации изобретения. В этом варианте ЭМАП вместе с износостойкой пластиной возбуждает в контролируемом материале акустические волны, в которых смещение контролируемого материала преимущественно ортогонально как к контролируемой поверхности, так и к направлению распространения волны. Образующиеся волны могут быть Рэлеевскими волнами, волнами Лэмба или вертикально поляризованными сдвиговыми волнами, в зависимости от геометрии контролируемого материала. Изобретение не ограничивается ЭМАП, возбуждающими волны такого типа.

На Фиг.8 и 9 показана часть известного ЭМАП без износостойкой пластины. Обмотка 23 имеет вид меандра и расположена ниже полюса единственного магнита 26 и над контролируемым материалом 25. АС ток в меандровой обмотке 23 обозначен обычным образом (точки и кресты в кружках соответствуют направлению тока из плоскости и в плоскость рисунка, соответственно). Наведенный ток в контролируемом материале показан как временной срез, причем его направление вдоль поверхности противоположно направлению тока в прилегающем проводнике меандровой обмотки. Плотность тока в контролируемом материале плавно изменяется от максимального значения в одном направлении до максимального значения в противоположном направлении, в пределах расстояния между проводниками меандровой обмотки. Это изменение приблизительно синусоидально.

На Фиг.10 и 11 показан ЭМАП в соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения, в котором ЭМАП содержит все особенности известного варианта, показанного на Фиг.8, но дополнительно имеется щелевая токопроводящая и ферромагнитная износостойкая пластина 26. Витки меандровой обмотки расположены над щелевыми вырезами 31 износостойкой пластины 23. Меандровая обмотка 23 содержит набор линейных (прямых) участков 30, совмещенных со щелями 31 в износостойкой пластине 26, причем эти прямые участки 30 соединены изгибами под 180°, образуя меандр 32. Таким образом, износостойкая пластина 26 имеет одну щель 31 на каждый прямой участок 30 меандровой обмотки 23. Кроме того, износостойкая пластина (Фиг.10) может иметь выступы (связки) 27 из того же материала, что и износостойкая пластина 26, причем они вытянуты между соседними прямолинейными участками 30 меандровой обмотки 23.

АС ток в меандровой обмотке 23 (Фиг.11) показан как временной срез и не отличается от тока, показанного на Фиг.9. Поскольку металлические выступы на износостойкой пластине 26/27 токопроводящие, то наведенные токи 28 протекают в износостойкой пластине так, как показано на чертеже. Эти наведенные токи в свою очередь также способны возбуждать наведенные токи 29 в контролируемом материале. Таким образом, наведенные токи в контролируемом материале являются следствием токов в меандровой обмотке, а также наведенных токов в износостойкой пластине. Наведенные токи в контролируемом материале распределены по его поверхности, флуктуируя от максимального значения в одном направлении до максимального значения в другом направлении в пределах интервала между витками меандровой обмотки. Однако, если износостойкая пластина отсутствует, то наведенные токи в контролируемом материале значительно отличаются от исходных наведенных токов, показанных на Фиг.9. Наиболее важное отличие заключается в том, что максимальное значение плотности АС тока в контролируемом материале непосредственно под каждым линейным участком меандровой обмотки выше, чем в случае отсутствия износостойкой пластины, при тех же геометрических параметрах. Износостойкая пластина может, таким образом, усилить наведенные АС токи в контролируемом материале. Поскольку износостойкая пластина выполнена из ферромагнита, то она способствует передаче DC магнитного потока от магнита 24 на контролируемый материал так, что в целом улучшается акустическая эффективность ЭМАП по сравнению с вариантом без износостойкой пластины, что и представлено настоящим изобретением.

Следует также отметить то, что влияние токопроводящей или ферромагнитной износостойкой пластины на ЭМАП обусловлено изменением электрических и магнитных свойств поверхности износостойкой пластины. Наиболее легко управляемое изменение обеспечивается специальными вырезами в материале износостойкой пластины, например, вырезанием щелей. Образующиеся нарушения электрической однородности вдоль износостойкой грани существенно изменяют степень взаимодействия высокочастотного магнитного поля с контролируемым материалом. Соответствующие изменения магнитной проницаемости также влияют на создаваемую ЭМАП конфигурацию DC потока. Важно, что совместное действие высокочастотных индуцированных токов и DC полей в износостойкой пластине ЭМАП может при этом существенно улучшить акустическую эффективность ЭМАП. При тщательном конструировании износостойкая пластина может быть выполнена так, что эффективность ЭМАП значительно улучшится по сравнению с ЭМАП с обычной износостойкой пластиной аналогичной толщины, значение которой ограничивается соображениями механической прочности. Материал для износостойкой пластины при этом может быть выбран так, чтобы значительно улучшить механическую защиту ЭМАП по сравнению с обычным износостойким материалом. Окончательная конструкция должна также учитывать и акустические сигналы, возбуждаемые в износостойкой пластине при работе ЭМАП, и любые связанные с этим нежелательные последствия.

Эффект АС поля

Износостойкая пластина влияет на параметры ЭМАП различным образом. В частности, она изменяет АС поля и вихревые токи в пределах и вблизи ЭМАП, а также в контролируемом материале. Токи, текущие в износостойком материале, особенно важны. Величина и охватываемая поверхность высокочастотных вихревых токов, протекающих по соседству с контролируемым материалом на внешней поверхности износостойкой пластины, весьма существенны, и эти токи должны быть правильно ориентированы и максимизированы выбором наилучшей конструкции износостойкой пластины.

Для оптимизации АС вихревых токов в износостойкой пластине ЭМАП с горизонтально поляризованной сдвиговой волной щели в износостойкой пластине должны быть вырезаны поперек линий вихревого тока, имеющихся на внутренней торцевой поверхности (сторона обмотки) износостойкой пластины. Интервал между этими щелями и их длины должны обеспечивать такое протекание токов, сохраняющихся на внутренней поверхности износостойкой пластины и протекающих поперек щелей, при котором они были бы вынуждены циркулировать, смещаясь по направлению к стенкам щелей, а также вдоль внешней поверхности износостойкой пластины в направлении, противоположном току на внутренней поверхности. Любые другие контуры токов, циркулирующих целиком по ровной внутренней поверхности износостойкой пластины, не достигая внешней поверхности, должны быть, где это возможно, ослаблены, поскольку эти токи не влияют на характеристику ЭМАП и только расходуют электрическую энергию.

Важное средство снижения АС токов, циркулирующих полностью в пределах плоской внутренней поверхности, особенно в случае ЭМАП с горизонтально поляризованной сдвиговой волной, это продление щелей намного дальше наиболее интенсивных АС полей ЭМАП. Это обеспечивает слабость вихревых токов, имеющихся в тех областях вне щелей, где они могут более свободно циркулировать по внутренней плоскости, а также их малое влияние на эффективность ЭМАП. Дополнительный способ снижения АС токов на внутренней поверхности заключается в уменьшении расстояния между щелями в областях, близких к полюсам АС обмотки, где по определению АС поток имеет значительную нормальную к внутренней поверхности составляющую, и вихревые токи предпочтительно циркулируют параллельно внутренней плоскости.

Желательны АС токи, текущие по внешней поверхности износостойкой пластины, которые давали бы эффект дополнительной электрической обмотки, которая либо дополняла, либо превосходила эффект от основной обмотки ЭМАП. Поскольку эти токи текут на плоскости, физически смежной с контролируемым материалом, то они индуцируют более сильные наведенные токи в контролируемом материале, чем производимые непосредственно основной обмоткой ЭМАП, которая отстоит дальше от контролируемого материала из-за наличия износостойкой пластины. Эффективность ЭМАП приблизительно пропорциональна величине токов на внешней поверхности износостойкой пластины.

Для обеспечения желаемой циркуляции токов электропроводность износостойкой пластины должна быть высокой, и ее толщина должна быть значительно больше толщины скин-слоя, определяемого материалом износостойкой пластины и рабочей частотой ЭМАП.

АС токи протекают в износостойкой пластине при любом данном устройстве обмотки, и общие размеры пластины могут быть оптимизированы в отношении акустических параметров соответствующим выбором структуры щелей. Вместе с тем, структура щелей не может быть окончательно установлена без учета других факторов, один из которых заключается в ее влиянии на параметры DC поля ЭМАП.

Эффект DC поля

Эффективность практически всех ЭМАП повышается с увеличением напряженности DC поля, создаваемого в контролируемом образце. Напряженность DC поля зависит от распределения щелей и оптимизируется выбором конфигурации по меньшей мере некоторых щелей для их совпадения с границами плоскостей DC магнитных полюсов на передней поверхности ЭМАП. При такой конфигурации DC поток вынужден циркулировать, пересекая толщину износостойкой пластины и замыкаясь через контролируемый образец. И наоборот, предотвращается поток от полюса к полюсу в износостойкой пластине, поскольку при этом необходимо пересечение щелей, разрывающих поток вследствие того, что они представляют собой области со значительно меньшей магнитной проницаемостью.

Следует отметить, что требования к DC полю могут противоречить требованиям к механической целостности износостойкой пластины.

Механическая целостность

Соображения о конфигурации щелей в связи с DC полем не могут быть учтены точно, поскольку щели при этом должны образовывать замкнутые контуры при одновременном соответствии границе полюса на внешней стороне преобразователя. Это должно было бы означать деление износостойкой пластины на не связанные части, т.е. нарушение механической целостности пластины. Например, в случае единственного магнита с одним полюсом, обращенным к контролируемому материалу, щель должна иметь форму круга, в случае которого отсутствует большая центральная часть износостойкой пластины, не поддерживаемая оставшейся частью, и требуется отдельное средство поддержки, что неудобно. Поэтому в большинстве практических случаев для конфигурации щели в связи с DC полем требуется компромиссное решение.

Еще один фактор, влияющий на выбор конфигурации щели, заключается в том, что щель, вытянутая вдоль предполагаемого направления движения ЭМАП, предпочтительнее по сравнению со щелью, расположенной поперек направления движения, по соображениям износостойкости. Это особенно справедливо в случае, если имеется много близко расположенных щелей, и при движении ЭМАП имеется вероятность попадания предмета, способного надрезать грань преобразователя. Нежелательным следствием наличия поперечно расположенных и близко отстоящих щелей является и возможность деформации тонких выступов между щелями вследствие напряжений во время такого надреза.

Акустический эффект

Толщина и другие размеры износостойкой пластины влияют на амплитуду акустических волн, поскольку она и сама подвержена акустическому возбуждению ЭМАП. Соответствующие волны могут быть учтены так, что они не существенно повлияют на работу ЭМАП. Долговременные реверберации в износостойкой пластине, маскирующие прием акустических сигналов из контролируемого материала, должны быть исключены.

Толщина износостойкой пластины может составлять четверть длины волны возбуждаемой в ней основной волновой моды. При такой толщине в износостойкой пластине не будут образовываться направленные по нормали стоячие волны, которые могут приводить к запаздывающим колебаниям после прохождения импульса и образованию сигналов, регистрируемых, в частности, и ЭМАП. Иногда для снижения акустического возбуждения износостойкой пластины необходимо применить контактирующий с ней акустически поглощающий материал. Это условие не столь важно, если ЭМАП работает исключительно как передатчик или исключительно как приемник. В этом случае может не быть проблемы воздействия на принимаемый сигнал реверберации передаваемого импульса (так называемая проблема "звона").

Таким образом, конфигурация щелевой износостойкой пластины должна учитывать особенности АС поля, особенности DC поля и механические требования, т.е. необходимо избежать разделения пластины на изолированные части и учесть рассмотренные соображения о движении ЭМАП и возможные при этом повреждения. Толщина износостойкой пластины и ее общая конструкция должны учитывать ее собственную акустическую активность и влияние этого на акустические характеристики ЭМАП. Материал износостойкой пластины должен обладать необходимой магнитной проницаемостью и электропроводностью для успешного задания протекающих в ней АС токов, а также должен быть стойким к истиранию.

ЭМАП с горизонтально поляризованной сдвиговой волной, имеющий износостойкую пластину, выполненную из 3 мм инструментальной стали, имел такие же акустические характеристики, что и конструкция, в которой ЭМАП был защищен керамическим слоем в 0,5 мм и которая оказалась недостаточно прочной для тестирования трубопроводов.

Таким образом, предложен ЭМАП, износостойкая пластина которого изготовлена из ферромагнитного и электропроводящего материала и сконфигурирована с разрывами сплошности так, что повышается акустическая эффективность ЭМАП вследствие воздействия этой пластины как на DC, так и на АС составляющие поля, создаваемые ЭМАП.