izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-10-37-43izmertech-1655Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSРасчётные и экспериментальные методы оценки характеристик чувствительности виброиндукционного преобразователяDetermination and evaluation of sensitivity characteristics a vibration induction transducer for magnetic flaw detectionНиколаевЮ. Л.NikolaevY. L.

Юрий Львович Николаев

 Москва

Yuriy L. Nikolaev

 Moscow

nikolaev_ul@mail.ruСаморуковА. А.SamorukovA. A.

 Алексей Андреевич Саморуков

 Москва

 Alexey A. Samorukov

 Moscow

samorukov.alexey@gmail.comБорисенкоА. А.BorisenkoA. A.

 Артем Андреевич Борисенко

 Москва

Artem A. Borisenko

 Moscow

xteam2005@gmail.comМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationООО «ТМС РУС»РоссияTMS RUS Limited Liability CompanyRussian Federation2022250520230103743Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1655

Рассмотрены методы оценки характеристик чувствительности виброиндукционного преобразователя, предназначенного для контроля нарушения сплошности поверхности объектов при их намагничивании приложенным постоянным полем. На основании анализа математической модели выходного сигнала виброиндукционного преобразователя получены аналитические выражения для коэффициентов преобразования скорости изменения напряжённости магнитного поля и ускорения по координате виброперемещения преобразователя в электродвижущую силу индукции катушки. Приведены методики экспериментальной оценки коэффициентов преобразования и показана высокая сходимость расчётных и экспериментальных оценок. На основании сформулированных условий выявляемости аномалий магнитных полей, возникающих над дефектными участками поверхности, и известных коэффициентов преобразования получены расчётные соотношения для оценки порогов чувствительности преобразователя по ортогональным составляющим распределения напряжённости магнитного поля. В результате экспериментальной проверки подтверждена адекватность расчётных и экспериментальных оценок порогов чувствительности. Даны рекомендации по применению расчётных и экспериментальных методов оценки характеристик чувствительности виброиндукционного преобразователя.

Methods for assessing the sensitivity characteristics of a vibration induction converter designed to control the discontinuity of the surface of objects when they are magnetized by an applied constant field are described. Based on the analysis of the mathematical model of the output signal of the converter, analytical expressions are obtained for the conversion coefficients of the rate of change in the magnetic field strength and acceleration along the coordinate of the vibration displacement of the converter in the EMF induction coil. The methods of experimental estimation of conversion coefficients are given and the high convergence of calculated and experimental estimates is shown. Based on the formulated conditions for the detection of magnetic field anomalies arising on the defective surface areas and the known values of the conversion coefficients, calculated ratios were obtained to estimate the sensitivity thresholds of the converter according to the orthogonal components of the magnetic field strength distribution. As a result of the experimental verification, the adequacy of the calculated and experimental estimates of the sensitivity thresholds was confirmed. Recommendations are given on the application of computational and experimental methods for assessing the sensitivity characteristics of a vibration induction transducer.

магнитная дефектоскопиявиброиндукционный преобразовательхарактеристики чувствительностиmagnetic flaw detectionvibration-induction transducersensitivity characteristicsработа выполнена при частичной финансовой поддержке со стороны системы мотивирующих выплат и оценки эффективности профессорско-преподавательского состава «МИРЭА – Российский технологический университет» (НИР № 41 ФТИ).The work was carried out with partial fi nancial support from the system of motivating payments and evaluating the effectiveness of the teaching staff of MIREA – Russian Technological University (Research work no. 41 FTI).ReferencesБакунов А. С., Горкунов Э. С., Щербинин В. Е. Магнитный контроль: учебное пособие для подготовки специалистов по неразрушающему контролю и технической диагностике. М.: Издательский дом «Спектр», 2011. 192 с. https://www.elibrary.ru/qmhcbvBakunov A. S., Gorkunov Je. S., Shherbinin V. E., Magnitnyj kontrol’ [Magnetic inspection], Moscow, Spektr Publ., 2011, 192 p. (In Russ.)Реутов Ю. Я., Щербинин В. Е., Волков А. В. Возможности выбора преобразователей магнитного поля для дефектоскопии // Дефектоскопия. 2014. № 12. С. 72–84. https://www.elibrary.ru/tqlhehReutov Y. Y., Shcherbinin V. E., Volkov A. V., Russian Journal of Nondestructive Testing, 2014, vol. 50, pp. 760–768. https://doi.org/10.1134/S1061830914120080Dehui W., Lingxin S., Xiaohong W., Zhitian L., Journal of Nondestructive Evaluation, 2017, vol. 36, 24. https://doi.org/10.1007/s10921-017-0396-6Dehui W., Lingxin S., Xiaohong W., Zhitian L., Journal of Nondestructive Evaluation, 2017, vol. 36, 24. https://doi.org/10.1007/s10921-017-0396-6Shi Y., Zhang C., Li R., Cai M., JiaG., Sensors, 2015, vol. 15(12), pp. 31036–31055. https://doi.org/10.3390/s151229845Shi Y., Zhang C., Li R., Cai M., Jia G., Sensors, 2015, vol. 15(12), pp. 31036–31055. https://doi.org/10.3390/s151229845Azad A., Kim N., Sensors, 2019, vol. 19(22), 4869. https://doi.org/10.3390/s19224869Azad A., Kim N., Sensors, 2019, vol. 19(22), 4869. https://doi.org/10.3390/s19224869Wu J., Fang H., Huang X., Xia H., Kang Y., Tang C., Sensors, 2017, vol. 17(12), 2911. https://doi.org/10.3390/s17122911Wu J., Fang H., Huang X., Xia H., Kang Y., Tang C., Sensors, 2017, vol. 17(12), 2911. https://doi.org/10.3390/s17122911Peng X., Anyaoha U., Liu Z., Tsukada K., in IEEE Transactions on Magnetics, June 2020, vol. 56, no. 6, pp. 1–15, Art no. 6200315. https://doi.org/10.1109/TMAG.2020.2981450Peng X., Anyaoha U., Liu Z., Tsukada K., in IEEE Transactions on Magnetics, June 2020, vol. 56, no. 6, pp. 1–15, Art no. 6200315. https://doi.org/10.1109/TMAG.2020.2981450Пастушенков А. Г. Измерительные преобразователи. Часть 1. Гальваномагнитные и индукционные преобразователя: учебное пособие. Тверь: Тверской гос. ун-т, 2001. 95 с.Pastushenkov A. G, Izmeritel’nye preobrazovateli. Chast’ 1. Gal’vanomagnitnye i indukcionnye preobrazovatelja. Uchebnoe posobie. [Measuring transducers. Part 1. Galvanomagnetic and induction converters. Study guide], Tver, Tver State University, 2001, 95 p. (In Russ.)Николаев Ю. Л., Шкатов П. Н., Чернова А. В., Саморуков А. А. Моделирование и гармонический анализ сигнала виброиндукционного преобразователя при его перемещении над намагниченным участком с поверхностной трещиной // Приборы. 2019. № 4. С. 17–25. https://www.elibrary.ru/ugztzyNikolaev Ju. L., Shkatov P. N., Chernova A. V., Samorukov A. A., Modelling and harmonic analysis of a vibrating induction transducer signal due to its movement over a magnetized area with a surface crack, Instruments, 2019, no. 4, pp. 17–25. (In Russ.)Николаев Ю. Л., Шкатов П. Н., Ахметшина Э. Ф., Саморуков А. А. Математическое описание и анализ сигнала виброиндукционного преобразователя при воздействии нормальной составляющей магнитных потоков рассеяния над дефектным участком // Дефектоскопия. 2021. № 7. С. 19–27.Nikolaev Ju. L., Shkatov P. N., Ahmetshina Je. F., Samorukov A. A., Russian Journal of Nondestructive Testing, 2021, vol. 57, no. 7, pp. 561–569. https://doi.org/10.1134/S106183092107010XЧернова А. В., Николаев Ю. Л., Шкатов П. Н., Прилепко М. Ю. Обнаружение и исследование аномалий магнитных полей над поверхностными дефектами сложнопрофильных деталей // Измерительная техника. 2021. № 10. С. 46–52. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-10-46-52Chernova A. V., Nikolaev Yu. L., Shkatov P. N., Prilepko M. Y., Measurement Techniques, 2021, vol. 64, no. 10, pp. 838–844. https://doi.org/10.1007/s11018-022-02012-9Саморуков А. А., Николаев Ю. Л., Борисенко А. А., Исаев Е. В. Двухкомпонентный виброиндукционный преобразователь для магнитной дефектоскопии // Законодательная и прикладная метрология. 2022. № 1. С. 38–41. https://www.elibrary.ru/btwptoSamorukov A. A., Nikolaev Ju. L., Borisenko A. A., Isaev E. V., Two-component vibration induction sensor for magnetic fl aw detection, Zakonodatel’naja i prikladnaja metrologija [Legal and Applied Metrology], 2022, nо. 1, pp. 38–41. (In Russ.)Николаев Ю. Л., Ахметшина Э. Ф., Саморуков А. А, Чернова А. В. Оценка соотношения информативного и фонового сигналов при регистрации магнитных полей поверхностных дефектов магнитоизмерительными преобразователями // Измерительная техника. 2020. № 5. С. 43–49. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-05-43-49Nikolaev Yu. L., Akhmetshina E. F., Samorukov A. A., Chernova A. V., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, nо. 5, pp. 375–382. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01798-wСмирнов А. В. Оптимизация характеристик цифровых фильтров одновременно в частотной и временной областях // Российский технологический журнал. 2020. № 6. С. 63–77.Smirnov A. V., Russian Technological Journal, 2020, vol. 8, nо. 6, pp. 63–67. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2020-8-6-63-77Чернова А. В., Саморуков А. А., Борисенко А. А., Исаев Е. В. Индукционный магнитоизмерительный преобразователь с электродинамическим приводом виброперемещения // Инновационные технологии в электронике и приборостроении: сборник докладов Российской научно-технической конференции с международным участием Физико-технологического института РТУ МИРЭА, Москва, Россия, 16–17 апреля 2020. М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2020. С. 252–255.Borisenko A. A., Chernova A. V., Samorukov A. A., Isaev E. V. Induction magnetic measuring transducer with electrodynamic moving-coil actuator of vibrodisplacement, Сollection of reports of the Russian Scientifi c and Practical (Technical) Conference with international participation of Russian State Technological University (RTU MIREA): Innovative technologies in electronics and instrumentation, 16–17 April, 2020, Moscow, MIREA – Russian Technological University Publ., 2020, pp. 252–255. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.