Электромагнитно-акустический толщиномер для контроля металлоизделий с диэлектрическими покрытиями

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.13 – приборы и методы контроля и определения состава веществ. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2015. Диссертация посвящена решению важной научно-практической задачи обеспечения ультразвукового контроля толщины металлоизделий электромагнитно-акустическим методом при наличии диэлектрических покрытий (зазоров) толщиной до 10 мм. В работе выполнен анализ существующих акустических методов и устройств для измерения толщины, которые широко используются в отечественной и зарубежной промышленности, рассмотрены основные их преимущества и недостатки. Методы разделяются по типу контакта датчика с объектом контроля на два основные класса: контактные и бесконтактные. Бесконтактные на сегодняшний день являются наиболее перспективными. К ним относятся методы, основанные на: воздушно акустической связи, термо- и оптико-акустическом эффектах, а также на эффектах электрического и электромагнитного полей. По результатам анализа недостатков приведенных методов, выделен наиболее перспективный – ЭМА метод. Рассмотрены вопросы выбора оптимального сигнала для возбуждения акустических колебаний ЭМА методом. Приведены расчеты принимаемой энергии для общего случая при зеркальной схеме контроля, когда передающий и приемный датчики не располагаются соосно по высоте изделия. Рассмотрены модели расчетов для зеркально теневой схемы контроля, отдельно для режимов излучения ЭМАП в виде длинных и коротких импульсов. Дан анализ целесообразности использования вариантов зондирующего сигнала с различными соотношениями длины импульсов и расстояний между ними. Рассмотрена электрическая модель выходного каскада усилителя зондирующего сигнала и датчика, описаны особенности ее работы. Приведены результаты экспериментальных исследований и разработок, направленных на повышение качества и производительности контроля толщины с использованием ЭМА метод возбуждения и приема акустических колебаний. Представлена конструкция макета ЭМА преобразователя для контроля металлоизделий при наличии зазора между датчиком и изделием. Рассмотрены вопросы построения передающего и приемного аналоговых трактов, приведены схемотехнические и конструктивные решения. Приведены результаты исследований зависимости амплитуды сигнала на генерирующей обмотке ЭМАП от напряжения питания усилителя. Проведены исследования зависимости уровня полезного сигнала он напряжения на передающей обмотке датчика. Исследовано влияния зазора на уровень полезного сигнала. Приведены результаты зависимости длительности «мертвой» зоны от зазора и способы ее снижения. Определены факторы, влияющие на точность контроля. Разработан толщиномер основанный на электромагнитно акустическом методе возбуждения и приема акустических волн, приведены результаты этой разработки. Рассмотрены особенности построения его составных частей. Рассмотрены алгоритмы цифровой обработки принятого сигнала. Проведена оценка метрологических характеристик разработанного прибора, изготовлен контрольный образец для метрологического обеспечения толщиномера. Приведено сравнение нового прибора с существующими аналогами.

Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.11.13 – Devices and methods of testing and materials structure determination. – National technical university "Kharkiv Politechnical Institute", Kharkiv, 2015. Thesis is devoted to solution of important theoretical and practical task to ensure ultrasound control of the metal products thickness by using electromagnetic-acoustical method in cases of dielectric coatings (gaps) with thickness up to 10 mm. Work includes analysis of existing acoustic methods and devices for thickness measurement, their main advantages and disadvantages are reviewed. Based on the results of analysis of the given disadvantages, the most advanced ways was set off - electromagnetic-acoustical (EMA) method. The problems of selection of the optimal signal agitate sonorous vibrations by EMA method were reviewed. Calculations of the taken energy are given for the analysis of the practicability to use variants of probing signal. Electric model of amplifier output stage of probing signal and sensor is reviewed, peculiarities of its operation are described. Results of researches and developments dedicated to increase thickness measurement quality and efficiency are given. Matters to build of the transmitting and receiving analog tracts are reviewed. The signal level dependence on voltage research on sensor's transmitting winding are conducted. Impact of a gap on the signal level was examined. Results of the dependence of dead spot length on a gap and methods to its reduction are given. Factors affecting accuracy of control are determined. EMA thickness gauge was designed. The main factors of design are examined. The digital processing algorithm of the received data was reviewed. Metrological characteristics of the developed device were made.