Электромагнитные методы

УДК 620.179.14

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРИ ГИСТЕРЕЗИСНОЙ

ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОВ В ИМПУЛЬСНЫХ

МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ

¹Белорусский Национальный Технический Университет, Республика Беларусь

220013 Минск, пр-т Независимости, 65

^*E-mail: es_doroshevich@mail.ru

Поступила в редакцию 29.04.2020; после доработки 28.08.2020

Принята к публикации 31.08.2020

На основании разработанных методов гистерезисной интерференции получены расчетные зависимости U(x) элек-

трического напряжения, снимаемого с преобразователя магнитного поля от координаты x. На магнитный носитель с

арктангенсной характеристикой воздействовали сериями разнополярных импульсов магнитного поля линейного индук-

тора из одного, двух, трех, четырех, пяти и пятнадцати импульсов. Представлен алгоритм последовательности измене-

ний величины суммарной напряженности импульсов магнитного поля на поверхности алюминиевой пластины, обеспе-

чивающий одинаковую амплитуду гистерезисных колебаний электрического напряжения и позволяющий получить

линейную разностную зависимость U(x) для клинообразного и плоского алюминиевых образцов. Полученные резуль-

таты позволяют повысить точность и оперативность контроля толщины объекта и его разнотолщинности в заданных

направлениях, а также дефектов объекта.

Ключевые слова: гистерезисная интерференция, линейное изменение толщины образца, импульсное магнитное

поле, арктангенсная характеристика магнитного носителя.

DOI: 10.31857/S0130308220110044

ВВЕДЕНИЕ

Для контроля электрических свойств объектов из электропроводящих материалов, а также их

геометрических параметров и дефектов сплошности в них используют магнитные, электромагнит-

ные и другие методы контроля. Отметим следующие публикации. Наиболее часто используемым

является вихретоковый метод [1—5]. Здесь представлен контроль трещин и других дефектов, а

также толщин объектов вихретоковым методом. Магнитоиндукционные методы и устройства кон-

троля описаны в [6, 7]. Определение толщины покрытий на деталях сложной геометрии и контроль

никелевых покрытий на двухслойных (неферромагнетик — ферромагнетик) основаниях могут

быть осуществлены магнитодинамическим методом [8—10]. Для определения параметров дефек-

тов сплошности ферромагнитных объектов используется магнитографический метод [11, 12],

который может быть применен для определения толщины металлических объектов.

Теоретические и экспериментальные результаты исследований свойств электропроводящих

объектов с использованием гистерезисных свойств преобразователей магнитного поля, проведен-

ные авторами, изложены в [13—16]. Контроль объектов из электропроводящих материалов в

импульсных магнитных полях с учетом гистерезисных свойств магнитного носителя описан в [13].

Расчет распределений остаточных магнитных полей при гистерезисной интерференции импульс-

ного магнитного поля осуществлен в [14]. В [15, 16] представлены гистерезисные интерференции

перекрывающихся во времени импульсов магнитного поля и магнитного поля перемещаемого

линейного индуктора. Все перечисленные методы и устройства обладают недостатками, вслед-

ствие чего возникает необходимость их совершенствования с целью повышения точности и опера-

тивности контроля, которые могут быть достигнуты с помощью проведения теоретических рас-

четов с применением методов гистерезисной интерференции импульсного магнитного поля.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Целью работы является повышение точности и оперативности контроля толщины объектов

и дефектов в них. Поставленная цель достигается путем создания алгоритмов последователь-

ности параметров импульсных магнитных полей, обеспечивающих прямо пропорциональное

соответствие величины электрического напряжения U(x), снимаемого с преобразователя магнит-

ного поля, толщине объекта. Преобразователь считывал информацию с магнитного носителя

Формирование изображений электрических сигналов преобразователя магнитного поля...

(МН) по координате x. На объект с МН воздействовали сериями разнополярных импульсов

магнитного поля линейного индуктора из одного, двух, трех, четырех, пяти и пятнадцати

импульсов. При этом проводили анализ зависимостей U(x) на участках в точке x = 0 на проекции

оси индуктора, а также на других участках линии замера объекта вплоть до точек x = ±6h, где h

— высота индуктора над объектом. Теоретические расчеты осуществляли с использованием

формул, полученных авторами ранее в [16]. Для записи магнитных полей применен магнитный

носитель с арктангенсной характеристикой ветвей гистерезиса [16, рис.1].

В работе рассмотрена теоретическая модель следующего эксперимента. На объект с прижатым

к нему магнитным носителем воздействовали импульсами магнитного поля с заданными амплиту-

дами и временами нарастания. После этого рассчитывали величину электрического напряжения U

на выходе магнитной головки, сканирующей МН с выводом электрического сигнала на цифровой

осциллограф и далее — на монитор.

Импульсное магнитное поле создавали с помощью линейного индуктора. Тангенциальную

составляющую напряженности магнитного поля индуктора рассчитывали по формуле [16]:

H = А / (x²+b²),

(1)

где А — постоянная в А∙ см , x — расстояние в сантиметрах до проекции оси индуктора в плоско-

сти измерения, b — расстояние в сантиметрах от оси индуктора до магнитного носителя.

Зависимость величины электрического напряжения, снимаемого с датчика магнитного поля с

максимальной чувствительностью γ_max2 = 0,26 мВ·см/А, при воздействии на МН одним импульсом

магнитного поля в прямом направлении определяли по формуле [16]:

U₁= 23,5 + 24,3 arctg (0,011H₁- 1,45),

(2)

а зависимость величины электрического напряжения при воздействии на МН одним импульсом

магнитного поля H₁в прямом направлении и вторым обратным импульсом H₂ находили как [16]:

U₂= -23,5 + 0,61U₁+ (24,5 + 0,40U₁)arctg((0,011 + 0,000087U₁) H₂+ 1,45 - 0,0016U₁).

(3)

Величину U в результате воздействия третьим и последующими импульсами рассчитывали по

формуле (3) с учетом знаков U и H.

В случае использования метода нулевого центрального максимума получали максимальную

чувствительность только в точке, лежащей на проекции оси индуктора. В остальных точках чув-

ствительность не была определена.

Найдем чувствительность метода в различных точках распределения U(x).

Построим гистерезисные ветви остаточных магнитных полей МН, созданные серией из пяти

последовательных импульсов магнитного поля при x = 0 и b = 0,6 см в (1) следующим образом.

Зададим амплитуды пяти одиночных импульсов с чередующейся полярностью и коэффициента-

ми А в (1) соответственно равными 200 А∙ см, -100 А∙ см, 90 А∙ см, -50 А∙ см и 39,5 А∙ см. Тогда

получаем ветви гистерезиса, показанные на рис. 1.

-20

–40

-200

-100

100

200

300

400

500

H, А/см

Рис. 1. Ветви гистерезиса с начальными и конечными точками 0—9.

Дефектоскопия

№ 11

2020

В.В. Павлюченко, Е.С. Дорошевич

Этим значениям коэффициента А соответствуют напряженности магнитного поля 555,56 А/см,

-277,78 А/см, 250,00 А/см, -138,89 А/см и 109,72 А/см.

Начальные и конечные точки обозначены следующим образом: первая ветвь — 0,1; вторая —

2, 3; третья — 4, 5; четвертая — 6, 7 и пятая — 8, 9. Численные значения U составили: 56,807 мВ

(точки 1, 2); -48,154 мВ (3, 4); 45,747 мВ (5, 6); -21,836 мВ (7, 8) и конечной точки пятой ветви

10,231 мВ.

Далее в работе представлены теоретические расчеты воздействия на МН с образцами сериями

импульсов магнитного поля.

Рассчитаем зависимости электрического напряжения U(x), снимаемого с преобразователя маг-

нитного поля, сканирующего магнитный носитель (МН), от расстояния x до оси проекции магнит-

ного индуктора на МН.

Пусть время нарастания импульса составляет t_max= 1,8·10^-5с, а толщина образца из алюминия

порядка d₀= 0,1 мм.

В результате воздействия на МН с образцом серией из пяти импульсов получаем распределе-

ние U(x) с пятью максимумами 1—5, показанное на рис. 2, при постоянных в (1): А₁₁= 200 А ∙ см,

А₁₂= -100 А ∙ см, А₁₃= 90 А ∙ см, А₁₄= -50 А ∙ см, А₁₅= 39,5 А ∙ см. Величины коэффициентов А для

толщины алюминиевой пластины d₀= 0,1 мм найдены в [13], исходя из зависимости величины

максимальной напряженности вторичного магнитного поля при указанном времени нарастания

импульса. На рис. 2 также показано распределение U(x) с максимумами 6—10, которому соответ-

ствуют величины А₁₁= 200 А ∙ см, А₁₂= -100 А ∙ см, А₁₃= 92 А ∙ см, А₁₄= -50 А ∙ см, А₁₅=

34,5 А ∙ см в (1). Количество максимумов распределения сигнала по координате может не соот-

ветствовать количеству воздействующих на МН импульсов. Так, на рис. 2 показано появление

максимума 8 при изменении коэффициентов третьего и пятого импульсов. При дальнейшем умень-

шении величины коэффициента А пятого импульса максимум 8 исчезает.

-2

-1

x, см

Рис. 2. Расчетные зависимости U(x) в результате воздействия пятью импульсами на алюминиевую пластину толщиной

0,1 мм с максимумами 1—5 и 6—10.

Найдем распределение U(x) для алюминиевой пластины в виде клина с линейно изменяющейся

вдоль координаты x толщиной d = d₀(1 + 0,2x) при воздействии на нее пятью указанными импуль-

сами (А₁₁= 200 А ∙ см, А₁₂= -100 А ∙ см, А₁₃= 90 А ∙ см, А₁₄= -50 А ∙ см, А₁₅= 39,5 А ∙ см) с тем же

временим нарастания. Толщина образца на проекции оси индуктора (x = 0) равна d₀= 0,1 мм.

Согласно [13] для указанного образца в виде клина получаем следующую зависимость величи-

ны тангенциальной составляющей напряженности суммарного магнитного поля вблизи поверх-

ности пластины:

H = H₀(1 + 0,04x).

(4)

Воздействуем на образец в виде клина пятью импульсами магнитного поля и найдем распреде-

ление U(x) для него, вычтем это распределение из распределения на рис. 2 (зависимость с макси-

мумами 1—5) и получим разностное распределение 1, показанное на рис. 3. На рис. 3 показано

также разностное распределение U(x) для образца толщиной d = d₀(1 + 0,1x) и для образца толщи-

ной d = d₀. Этому образцу соответствует распределение напряженности магнитного поля

Дефектоскопия

№ 11

2020

Формирование изображений электрических сигналов преобразователя магнитного поля...

H = H₀(1 + 0,02x).

(5)

На рис. 3 показаны также зависимости 3 и 4 соответственно для зависимостей 1 и 2, получен-

ные по точкам максимумов сигнала для этих кривых и проходящие через точку x = 0, U = 0, кото-

рая соответствует толщине объекта d₀. Таким образом, получены линейные зависимости величины

максимумов сигнала от толщины объекта.

0,4

0,2

-0,2

-0,4

-2

-1

x, см

Рис. 3. Расчетные зависимости U(x) при воздействии пятью импульсами на МН с образцом:

1 — разностная зависимость для образца толщиной d = d₀(1+0,2x) и образца толщиной d = d₀;2 — разностная зависимость для

образца толщиной d = d₀(1+0,1x) и образца толщиной d = d₀; 3 — зависимость максимумов сигнала для зависимости 1;

4 — зависимость максимумов сигнала для зависимости 2.

4, 5, 6

–5

-2

-1

x, см

Рис. 4. Расчетные зависимости U(x) 1—6, 10 с центральными максимумами сигналов 7, 8, 9. Зависимости 1—3 и 10

изображены в масштабе 0,1U.

Применим метод нулевого максимума (участок МН при x = 0, то есть на проекции оси индук-

тора) в случае воздействия на МН с объектом четырьмя импульсами магнитного поля (участок МН

при x = 0 намагничен четыре раза).

На рис. 4 показаны зависимости 1 U(x) после воздействия последовательно первым импульсом

(А₁₁= 200 А ∙ см), 2 — вторым импульсом (А₁₂= -100 А ∙ см), 3 — третьим импульсом (А₁₃=

= 90 А ∙ см) и 4 — четвертым импульсом (А₁₄= -35,55 А ∙ см) с максимумом 7. Здесь показаны

также зависимости 5 и 6, полученные с изменением коэффициента только четвертого импульса

соответственно для А₂₄= -36,261 А ∙ см и А₃₄= -36,972 А ∙ см с максимумами 8 и 9. Центральные

или нулевые максимумы 7—9 (с учетом знака — это минимумы указанных зависимостей) имеют

четвертый порядок, то есть участки МН намагничивались на проекции оси индуктора четыре раза.

Величины максимумов 7, 8 и 9 соответствуют толщине алюминиевой пластины 0,1 мм, 0,11 мм и

0,12 мм [10]. Как видно из рис. 4, чувствительность метода составляет порядка 1000 мВ/см, так как

изменению величины сигнала на 1мВ соответствует изменение толщины образца на 0,01 мм. Из

рис. 3 следует, что чувствительность в случае измерения на остальной части линии замера состав-

ляет порядка 500 мВ/см: величина второго максимума зависимости 1, находящегося на удалении

Дефектоскопия

№ 11

2020

В.В. Павлюченко, Е.С. Дорошевич

0,8 см от проекции оси индуктора, равна 4 мВ. В этой точке толщина образца равна 0,116 мм.

Таким образом, чувствительность метода в два раза меньше, чем чувствительность метода нулево-

го максимума. Однако при измерениях отпала необходимость передвижения индуктора над

поверхностью объекта с МН и многочисленных измерений в точках x по линии замера.

Оперативность контроля возросла в десятки раз. Покажем, как можно увеличить размеры участка

контроля по линии замера с увеличением числа воздействующих на объект с МН импульсов маг-

нитного поля без передвижения индуктора.

Рассчитаем зависимости электрического напряжения U(x) при воздействии на МН с образцом

толщиной d₀= 0,1 мм серией из пятнадцати импульсов магнитного поля с таким же временем

нарастания. Пусть величина коэффициентов А импульсов в (1) соответствует величине суммарно-

го магнитного поля на поверхности образца, то есть поля индуктора и поля индукционных токов,

и меняется в последовательности: 3200, -2400, 1600, -1200, 800, -600, 400, -300, 200, -151, 100,3,

-77,2, 52,7, -40,85 и 20,05 А·см. В результате получаем распределение 1 U(x), показанное на

рис. 5, с амплитудами напряжения двенадцати максимумов порядка 1,8 мВ. После этого воздей-

ствуем такой же серией импульсов на образец в виде клина толщиной d = d₀(1+0,1x). Рассчитаем

распределение U(x) для клинообразного образца, вычтем это распределение из распределения 1

(см. рис. 5) и получим разностное распределение сигнала 2 U(x) с двенадцатью максимумами, изо-

браженное в масштабе 3U(x) с максимальной амплитудой пятого максимума порядка 0,7 мВ

(2,3 мВ ∙ 0,3 = 0,69 мВ). Из рис. 5 (зависимость 2 и 3) видно, что амплитуда импульсов изменяется

линейно с увеличением x, как и при воздействии на клинообразный образец пятью импульсами

магнитного поля (см. зависимости 3 и 4, рис. 3).

-1

-2

-6

-4

-2

x, см

Рис. 5. Расчетные зависимости U(x) при воздействии 15 импульсами:

1 — для образца толщиной d₀= 0,1 мм; 2 — разностная зависимость для образца толщиной d = d₀(1+0,1x) и образца толщиной d = d₀;

3 — разностная зависимость для образца толщиной d = d₀(1+0,05x) и образца толщиной d = d₀.

Построим оптическое изображение распределения магнитных полей соответствующее раз-

ностному распределению U(x) для образца клинообразной формы толщиной d = d₀(1+0,05x) и

образца толщиной d₀= 0,01 мм, изображенное на рис. 5 (зависимость 3). При этом учтем, что тол-

щина образца d увеличивается с увеличением x. Тогда получаем оптическое изображение сигнала,

показанное на рис. 6.

При построении оптического изображения на рис. 6 проведены операции инвертирования и

смещения относительно оси U = 0. Это сделано следующим образом. Сначала путем смещения на

-0,5 мВ установлен нулевой уровень сигнала при х = 0. После этого части графика функций

U ≥ 0 при х ≤ 0 и U ≤ 0 при х ≥ 0 заменены графиками зеркальных функций, в результате чего

максимумы и слева и справа от точки х = 0 стали однополярными и их количество увеличилось в

2 раза, то есть разрешающая способность измерений по координате х увеличена вдвое. При этом

максимальные значения однополярных импульсов увеличены в 2 раза с тем, чтобы они соответ-

ствовали амплитуде импульсов.

Проведены также последующие смещения нулевого уровня сигнала, обеспечивающие пере-

сечение точки U = 0, х = 0 линейными отрезками прямых, построенных на максимумах сигнала,

при отрицательных и положительных значениях аргумента х.

Полученные с использованием разработанного метода контроля оптические изображения

на рис. 6 позволяют оперативно и с высокой точностью определять толщину металлических объ-

Дефектоскопия

№ 11

2020

Формирование изображений электрических сигналов преобразователя магнитного поля...

0,4

0,2

-0,2

-0,4

-2

x, см

Рис. 6. Оптические изображения распределения U(x) разностного сигнала для образца клинообразной формы толщиной

d = d₀(1+0,05x) и образца толщиной d = d₀.

ектов. Так, воздействие пятнадцатью указанными импульсами может быть осуществлено за время,

меньшее 1·10^-3с, а при считывании информации могут быть применены преобразователи магнит-

ного поля, работающие в реальном масштабе времени (магнитооптическая пленка, пленочные

флюкс-детекторы и так далее).

Последовательность значений А импульсов (см. рис. 5, зависимость 1) выбрана таким образом

для того, чтобы получить линейную зависимость величины разностного сигнала от толщины

образца. Зависимости 1—3 на рис. 5 описывают гистерезисные колебания U(x), характеризуемые

амплитудой, частотой и фазой. Величины пиков разностного распределения зависят от разности

величин соответствующих пиков уменьшаемого и вычитаемого распределений. Однако при изме-

нении толщины пластины в направлении x происходит смещение максимумов, то есть изменяется

период колебаний U(x).

Как показали расчеты, для того, чтобы получить линейную (близкую к линейной) разностную

зависимость U(x) следует установить одинаковые амплитуды всех колебаний не разностных зави-

симостей. В этом случае на результат влияет преимущественно второй фактор, то есть изменение

периода колебаний. Так, на рис. 5 зависимость 1 для образца толщиной d₀ содержит двенадцать

максимумов с амплитудами примерно 1,8 мВ. Зависимость U(x) для образца толщиной

d = d₀(1+0,05x) имеет близкие к зависимости 1 величины максимумов, но эти максимумы сдвину-

ты по оси x. Чем дальше от точки x = 0, тем больше этот сдвиг, в результате чего получаем раз-

ностное распределение 3 с явно выраженной линейной зависимостью величины пиков от толщины

образца, не смотря на то, что амплитуды сигналов распределения 1 (см. рис. 5) все же отличаются

друг от друга на несколько процентов.

Таким образом, определен алгоритм последовательности изменений величины суммарной

напряженности импульсов магнитного поля на поверхности алюминиевой пластины толщиной

d₀, обеспечивающий одинаковую амплитуду двенадцати гистерезисных колебаний электрическо-

го напряжения U₃(x) в заданном интервале значений аргумента -4 см ≤ x ≤ 4 см (см. рис. 5). Из

рис. 5 и 6 видно, что этот алгоритм позволяет получить линейную (близкую к линейной) раз-

ностную зависимость U₅(x) = U₄(x) - U₃(x), где U₄(x) — зависимость для клинообразного алюми-

ниевого образца, толщина которого при x = 0 равна d₀. Оптические изображения распределения

U(x) разностного сигнала (см. рис. 6) дают возможность определять толщину объектов не только

по максимумам сигналов, но и по всем точкам огибающих их линий путем сравнения растровых

изображений с аналогичными изображениями для объектов с известными свойствами. Параметры

этой разностной зависимости определяются изменением амплитуды и периода гистерезисных

колебаний U(x) с увеличением расстояния x до точки отсчета x = 0, что обусловлено зависимо-

стью напряженности вторичного магнитного поля от толщины клина.

Полученные линейные разностные зависимости U(x) позволяют повысить точность и опера-

тивность измерений, так как обеспечивают прямо пропорциональное соответствие величины элек-

трического напряжения U(x), снимаемого с преобразователя магнитного поля, толщине объекта.

При этом улучшается наглядность анализа изображений U(x) при их сравнении с изображениями

объектов и возрастает точность проведения расчетов за счет использования точных (прямо про-

порциональных) математических преобразований. Разработанный метод может быть использован

для контроля поверхностных и внутренних дефектов сплошности объектов. Найденный алгоритм

Дефектоскопия

№ 11

2020

В.В. Павлюченко, Е.С. Дорошевич

последовательностей напряженности магнитных полей (величин А) позволяет устанавливать соот-

ветствие разностного распределения электрического напряжения U(x) распределению толщины

контролируемого объекта по координате x не только при линейных изменениях толщины объекта.

Предложенный метод контроля с использованием гистерезисной интерференции импульсного

магнитного поля не подвержен влиянию электрических наводок при записи сигнала, как это проис-

ходит случае вихретокового, магнитодинамического, магнитоиндукционного и других методов. Этот

метод обладает высокой чувствительностью и разрешающей способностью. В отличие от перечис-

ленных выше методов он не требует сканирования поверхности объекта точечным преобразователем

при контроле и запись вторичных магнитных полей объектов из диамагнитных и парамагнитных

металлов может быть осуществлена одновременно на площади в несколько квадратных сантиметров

и более воздействием одного импульса сложной формы со временем действия порядка одной мил-

лисекунды. Более того, при визуализации магнитного поля магнитного носителя с помощью магни-

тооптической пленки или пленочного флюкс-детектора контроль может быть осуществлен в реаль-

ном масштабе времени, то есть в течение времени указанного импульса.

Метод позволяет вести контроль как в статическом состоянии объекта, так и при его движе-

нии. Он может быть осуществлен для контроля одновременно всего объекта или его отдельных

частей, что очень важно при изучении каких-либо процессов, протекающих в объекте. Так,

может происходить скоростное изменение параметров объекта, например, его толщины или

удельной электропроводности различных участков или изменение геометрических размеров

объекта при его деформации. При этом следует найти («сфотографировать») функции распреде-

ления напряженности магнитного поля в любые заданные моменты времени одновременно на

всей контролируемой поверхности. Таким образом могут быть определены параметры других

металлических объектов, появляющихся за контролируемым объектом в разные моменты време-

ни. Может быть также осуществлена запись поверхностных или объемных распределений неиз-

вестных магнитных полей, несущих какую-либо информацию извне путем наложения на них

импульсных магнитных полей с заданными параметрами в заданные моменты времени с полу-

чением гистерезисной интерференции.

ВЫВОДЫ

На основании разработанного метода гистерезисной интерференции получены расчетные

зависимости U(x) электрического напряжения, снимаемого с преобразователя магнитного поля,

сканирующего магнитный носитель от расстояния x до оси проекции линейного индуктора на

магнитный носитель (МН). На МН с арктангенсной характеристикой воздействовали сериями раз-

нополярных импульсов магнитного поля линейного индуктора из одного, двух, трех, четырех, пяти

и пятнадцати импульсов. При этом проводили анализ зависимостей U(x) на проекции оси индук-

тора (x = 0), а также на других участках линии замера объекта вплоть до точек x = -6h и x = 6h, где

h — высота индуктора над объектом. Найдены распределения снимаемого сигнала по заданной

координате при линейных изменениях толщины пластины по формулам: d = d₀(1 + 0,2x);

d = d₀(1 + 0,1x); d = d₀(1 + 0,05x). Толщина алюминиевой пластины порядка 0,1 мм, время нарас-

тания импульса 1,8 · 10^-5с.

Представлен алгоритм последовательности изменений величины суммарной напряженности

импульсов магнитного поля на поверхности алюминиевой пластины толщиной d₀, обеспечиваю-

щий одинаковую амплитуду гистерезисных колебаний электрического напряжения U₃(x) в задан-

ном интервале значений аргумента.

Установлено, что этот алгоритм позволяет получить линейную (близкую к линейной) разност-

ную зависимость U₅(x) = U₄(x) - U₃(x), где U₄(x) — зависимость для клинообразного алюминиево-

го образца, толщина которого при x = 0 равна d₀. Показано, что параметры этой разностной зави-

симости определяются изменением амплитуды и периода гистерезисных колебаний U(x) с увели-

чением расстояния x до точки отсчета x = 0, что обусловлено зависимостью напряженности вто-

ричного магнитного поля от толщины клина. Установлено, что оптические изображения распреде-

ления U(x) разностного сигнала дают возможность определять толщину объектов не только по

максимумам сигналов, но и по всем точкам огибающих их линий путем сравнения растровых

изображений с аналогичными изображениями для объектов с известными свойствами.

Разработанный метод улучшает наглядность анализа изображений U(x) при их сравнении с изо-

бражениями объектов и повышает точность проведения расчетов за счет использования точных

(прямо пропорциональных) математических преобразований. Найденный алгоритм последователь-

ностей напряженности магнитных полей позволяет устанавливать соответствие разностного распре-

Дефектоскопия

№ 11

2020

Формирование изображений электрических сигналов преобразователя магнитного поля...

деления напряженности электрического напряжения U(x) распределению толщины контролируемого

объекта по координате x не только при линейных изменениях толщины объекта. В отличие от других

методов он не требует сканирования поверхности объекта точечным преобразователем при контроле

и запись вторичных магнитных полей объектов из диамагнитных и парамагнитных металлов может

быть осуществлена одновременно на площади в несколько квадратных сантиметров и более воздей-

ствием одного импульса сложной формы со временем действия порядка одной миллисекунды. Более

того, при визуализации распределений магнитных полей, записанных на магнитном носителе, с

помощью магнитооптической пленки или пленочного флюкс-детектора контроль может быть осу-

ществлен в реальном масштабе времени, то есть в течение времени действия указанного импульса.

Метод позволяет вести контроль как в статическом состоянии объекта, так и при его движении.

Он может быть использован для изучения каких-либо процессов, протекающих в объекте.

Например, изменения со временем толщины или удельной электропроводности различных участ-

ков объекта или изменения геометрических размеров объекта при его деформации.

Указанный метод может быть использован для контроля поверхностных и внутренних дефек-

тов сплошности объектов.

Полученные результаты позволяют повысить точность и оперативность определения толщины

объекта и его разнотолщинности в заданных направлениях, а также дефектов сплошности объекта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Астахов В.И., Данилина Э.М., Ершов Ю.К. К вопросу о диагностике пластины с трещиной вих-

ретоковым методом // Дефектоскопия. 2018. № 3. С. 39—49.

2. Шубочкин А.Е., Ефимов А.Г. Современные тенденции развития вихретоковой дефектоскопии и

дефектометрии // Контроль. Диагностика. М. 2014. № 3. С. 68—73.

3. Ферстер Ф. Неразрушающий контроль методом магнитных полей рассеяния. Теоретические и

экспериментальные основы выявления поверхностных дефектов конечной и бесконечной глубины //

Дефектоскопия. 1984. № 12. С. 13—18.

4. Kiselev E.K., Gol’dshtein A.E. Eddy-Current System for Testing Inner Diameter of Pipes // Russian

Journal of Nondestructive Testing. 2019. V. 55. No. 3. P. 210—216. [Киселев Е.К., Гольдштейн А.Е.

Вихретоковая система контроля внутреннего диаметра труб // Дефектоскопия. 2019. № 3. С. 25—30.]

5. Санников М.А. Влияние кривизны поверхности трубопровода при диагностике вихретоковыми

приборами // Контроль. Диагностика. 2006. № 9. С. 24—27.

6. Суханов Д.Я., Совпель Е.С. Магнитоиндукционный интроскоп для дефектоскопии металлических

объектов // Дефектоскопия. 2015. № 5. С. 56—62.

7. Суханов Д.Я., Совпель Е.С. Магнитоиндукционная томография электрических схем и приборов //

Известия высших учебных заведений. 2015. Т. 58. № 10/3. С. 73—75.

8. Лухвич А.А., Лукьянов А.Л., Шукевич Я.И., Шукевич А.К., Полякова М.Н., Мосякин В.В. Толщино-

метрия покрытий на деталях сложной геометрии // Дефектоскопия. 2013. № 7. С. 13.

9. Лухвич А.А., Булатов О.В., Лукьянов А.Л. Контроль толстослойных никелевых покрытий на двух-

слойных (неферромагнетик—ферромагнетик) основаниях магнитодинамическим методом толщиноме-

трии // Дефектоскопия.

2014. № 4. С. 3—12.

10. Лухвич А.А., Булатов О.В., Лукьянов А.Л., Полякова М.Н., Мосякин В.В. Контроль магнитодина-

мическим методом толщины никелевых покрытий подхромовыми на двухслойных (неферромагне-

тик—ферромагнетик) основаниях // Дефектоскопия.

2015. № 1. С. 3—10.

11. Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии. Мн.: Вышэйшая школа, 1976. 256 с.

12. Грузинцев А.А., Михайлов С.П. Самосогласованный расчет магнитного поля для задач магнит-

ной дефектоскопии. Ι. Исходная модель для расчета поля магнитной ленты, намагниченной от прово-

дника с током // Дефектоскопия. 2011. № 2. С. 22—30.

13. Павлюченко В.В., Дорошевич Е.С. Неразрушающий контроль объектов из электропроводящих

материалов в импульсных магнитных полях // Дефектоскопия. 2010. № 11. С. 29—40.

14. Pavlyuchenko V.V., Doroshevich E.S. Calculating Distributions of Pulsed Magnetic Fields under

Hysteretic Interference // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. V. 54. No. 2. P. 121—127.

[Павлюченко В.В., Дорошевич Е.С., Пивоваров В.Л. Расчеты распределений импульсных магнитных

полей при гистерезисной интерференции // Дефектоскопия. 2018. № 2. С. 41—47.]

15. Pavlyuchenko V.V., Doroshevich E.S. Hysteretic Interference of Time-Overlapping Magnetic Field

Pulses // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2019. V. 55. No. 12. P. 949—956. [Павлюченко В.В.,

Дорошевич Е.С. Гистерезисная интерференция перекрывающихся во времени импульсов магнитного

поля // Дефектоскопия. 2019. № 12. С. 56—63.]

16. Pavlyuchenko V.V., Doroshevich E.S. Hysteretic Interference of Magnetic Field of a Moving Linear

Inductor // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020. V. 56. No. 1. P. 49—57. [Павлюченко В.В.,

Дорошевич Е.С. Гистерезисная интерференция магнитного поля перемещаемого линейного индуктора

// Дефектоскопия. 2020. № 1. С. 51—60.]

Дефектоскопия

№ 11

2020