Изучение феррозондовых преобразователей
Условные обозначения феррозондовых преобразователей
Феррозондовые преобразователи позволяют сформировать сигнал о состоянии поверхности объекта контроля, являются неотъемлемой частью феррозондового прибора, используются для контроля ОК (ФП-градиентометры) и измерения параметров магнитного поля (ФП-полимеры). Перечень применяемых феррозондовых преобразователей приведен в табл. 1.
П р и м е ч а н и е. Пример расшифровки условного обозначения преобразователя: Р2/3Нг, где Р2 – преобразователь, 3 – значение базы преобразователя, Н – составляющая (нормальная или тангенциальная) напряженности поля, г – назначение преобразователя (градиентометр или полимер).
Конструкция феррозондовых преобразователей
Феррозондовый преобразователь содержит два параллельных стержня из магнитомягкого сплава (пермаллоя), на которые намотаны катушки. Расстояние ∆x между стержнями называется базой ФП (рис. 2). Диаметр стержней значительно меньше их длины l (диаметр равен 0,1 – 0,15 мм, длина – 7 мм), вследствие этого стержни намагничиваются продольным магнитным полем (вектор напряженности направлен вдоль стержней) и не намагничиваются ортогональным (вектор напряженности направлен перпендикулярно стержням) магнитным полем. Конструкция феррозондов-полимеров и феррозондов-градиентометров одинакова.
Принцип работы феррозондовых преобразователей
Принцип работы феррозондового преобразователя в классическом представлении показан на рис. 1, где каждый полузонд снабжен двумя обмотками:
1 – пермаллоевые стержни; 2 – метка на корпусе рабочей и измерительной.
Схема преобразователя с одной обмоткой на каждом полузонде представлена на рис. 1.
При этом принцип работы преобразователя не изменяется, так как наложение магнитных полей (возбуждающего и измеряемого) происходит в сердечнике преобразователя, в частности феррозондаградиентометра, а соответствующее формирование его выходного сигнала производится за счет дифференциального включения обмоток полузондов и дальнейшей обработки его в электронной части прибора. Положение преобразователя на плоской поверхности контролируемого объекта показано на рис. 2. Основание ФП лежит на поверхности ОК. Система координат (x, y, z) «привязана» к детали и ОК (см. рис. 2).
Н– вектор, параметры которого измеряются; Hx, Hy, Hz – проекции вектора Н на координатные оси; Hτ – проекция вектора Н на плоскость x0y (тангенциальная составляющая Н).
Феррозонды-полемеры предназначены для измерения составляющих напряженности магнитного поля: ФП МДФ 9405.30-02 и МПФ 205 – для измерения тангенциальной составляющей напряженности, а МДФ 9405 130-01 и МПД 206 – нормальной.
Направление составляющей поля определяет расположение пермаллоевых стержней в преобразователе (при измерении тангенциальной).
В рассматриваемом случае Hn реализуется координатной составляющей Hz, которая часто также называется нормальной и измеряется при постановке соответствующего преобразователя перпендикулярно объекту контроля. Для измерения тангенциальной составляющей напряженности создаваемого магнитного поля Hτ необходимо повернуть ФП вокруг его оси до получения максимального показания (тангенциальная составляющая является геометрической суммой координатных составляющих напряженности магнитного поля Hx и Hy).
Выбор оптимальной базы феррозонда-градиентометра
Чем ближе стержни ФП к поверхности объекта контроля, тем выше чувствительность преобразователя, но разместить стержни сколь угодно близко к поверхности объекта невозможно, так как между ними находится защитный колпачок, который предохраняет стержни от повреждения и имеет конечную толщину. Кроме того, между стержнями и защитным колпачком вводится дополнительный зазор, который подбирается при настройке ФП на заводе изготовителе. В результате расстояние h между стержнями и основанием ФП невозможно установить меньше чем 0,8 мм.
На практике дефекты с большим раскрытием (более 0,2 мм) выявляются при визуальном осмотре, поэтому в задачу феррозондового контроля входит обнаружение дефектов с раскрытием менее 0,2 мм, которое значительно меньше l и h. В работе показано, что максимальное отношение «сигнал/шум» обеспечивается при базе преобразователя, равной 4 мм, и не зависит от раскрытия и глубины дефектов. Однако для деталей сложной формы, имеющих углубления и переходы с малым радиусом закругления, применяют преобразователи с базой 3 мм, что несколько ухудшает характеристики преобразователей.