Вихревые токи на поверхности металла, как увеличить их плотность? Опции

[yrbis]

есть такая задача. К поверхности металла прилегает круглая плоская катушка, зазор между металлом и катушкой 500 мкм. На катушку подаётся импульс напряжения(несколько периодов синусойды с частотой 4 МГц, например два периода) с относительно большой скважностью... Соответственно переменный ток катушки создаёт поле под действием которого образуются вихревые токи в металле вблизи поверхности. И собственно вопрос к физикам... можно ли как - нибудь увеличить плотность вихревых токов при неизменном токе в самой катушке? может внешним источником поднять потенциал металлической поверхности? как-то изменить сопротивление вблизи поверхности?

[Stanislav]

...можно ли как - нибудь увеличить плотность вихревых токов при неизменном токе в самой катушке?

По-моему, можно попробовать. Магнитопроводы рассматриваем?

...может внешним источником поднять потенциал металлической поверхности?

Простите, непонятно. Какой потенциал?

...как-то изменить сопротивление вблизи поверхности?

Просьба пояснить и это.

[tvv]

есть такая задача. К поверхности металла прилегает круглая плоская катушка, зазор между металлом и катушкой 500 мкм. На катушку подаётся импульс напряжения(несколько периодов синусойды с частотой 4 МГц, например два периода) с относительно большой скважностью... Соответственно переменный ток катушки создаёт поле под действием которого образуются вихревые токи в металле вблизи поверхности. И собственно вопрос к физикам... можно ли как - нибудь увеличить плотность вихревых токов при неизменном токе в самой катушке? может внешним источником поднять потенциал металлической поверхности? как-то изменить сопротивление вблизи поверхности?

Поставте ВТСП ток будет максимальным. Вот пример с постоянным магнитом.

[yrbis]

...прошу прощения за долгий ответ, заработался

По-моему, можно попробовать. Магнитопроводы рассматриваем?

Из магнитной системы уже выжили всё что можно, вроде бы уже некуда(и так датчик неотодрать от металла)

Простите, непонятно. Какой потенциал?

Я предположил, что если увеличить колличество электронов в области под катушкой, то и плотность вихревых токов увеличится, а для этого помоему можно увеличить потенциал в этой области.

Просьба пояснить и это.

ну напримр если выделить под катушкой кольцо с некоторой проводимостью, а внутри кольца и с наруже проводимость будет низкая, то вся энергия магнитного поля в катушке перейдёт в итоге в вихревой ток в этом кольце и тогда в области кольца плотность будет больше чем если бы такой неоднородности небыло. Т.е. таким способом можно концентрировать ток в некоторой области

[tvv]

ну напримр если выделить под катушкой кольцо с некоторой проводимостью, а внутри кольца и с наруже проводимость будет низкая, то вся энергия магнитного поля в катушке перейдёт в итоге в вихревой ток в этом кольце и тогда в области кольца плотность будет больше чем если бы такой неоднородности небыло. Т.е. таким способом можно концентрировать ток в некоторой области

Так это и будет магнитопровод о котором сказал Stanislav. А чем Вам свехпроводники не понравились или принципиально ограничивает конструктив? Задача-то в чем?

[yrbis]

А чем Вам свехпроводники не понравились или принципиально ограничивает конструктив? Задача-то в чем?

Не, задача не максимальный ток создать, а именно максимальный в заданном металле.. Я просто не раз уже тему про ЭМАП поднимал и поэтому предположил, что Станислав уже про магниты датчика говорит о которых я здесь не писал. В общем есть ЭМА толщиномер, это штука которая формирует ультразвук в металле не требуя контакта с поверхностью. Все источники волны образуются непосредственно в металле вблизи поверхности. Вкратце катушка вблизи поверхности создаёт вихревой ток, т.е. движение электронов по замкнутым траекториям. Так же вблизи катушки помещается постоянный магнит, тогда электроны движутся по замкнутым траекториям в поле постоянного магнита и на них действует сила Лоренца, которая есть заряд умножить на векторное произведение скорости электрона и индукции в области нахождения электрона. Меняя направление тока в катушке(и направление вихревого тока соответственно) можно менять направление этой силы, она либо расширяет либо сужает контур по которому движутся электроны. Вот таким образом двуполярный импульс тока в катушке формирует "импульс деформации" некоторых областей под катушкой, собственно он служит источником поперечной волны в металле.. Так вот была и есть проблема эффективности таких систем, для работы требуется киловольтный импульс и малошумящий усилитель...Схемы и генераторов и усилителей уже довольно изрядно вылизаны и вот думаем как улучшить эффективность с помощью датчика. Деформация пропорциональна силе Лоренца и плотности тока. т.е для одного заряда Fl = Q * [V,B] и чем таких больше тем лучше...Индукция поднята до предела, остаётся манипулировать зарядом электрона(вроде константа), скоростью электрона и плотностью тока...Вот собственно задача вроде бы сводится к увеличению этих величин

[blackfin]

Так вот была и есть проблема эффективности таких систем, для работы требуется киловольтный импульс и малошумящий усилитель...Схемы и генераторов и усилителей уже довольно изрядно вылизаны и вот думаем как улучшить эффективность с помощью датчика.

Может, есть смысл увеличить длительность "киловольтного импульса" с двух до сотни периодов гармоники
с последующей оцифровкой и фильтрацией уже в цифре?
В этом случае, за счет мат. обработки можно увеличить отношение С/Ш на несколько десятков дБ.

Сообщение отредактировал blackfin - May 6 2007, 05:54

[tvv]

Может, есть смысл увеличить длительность "киловольтного импульса" с двух до сотни периодов гармоники
с последующей оцифровкой и фильтрацией уже в цифре?
В этом случае, за счет мат. обработки можно увеличить отношение С/Ш на несколько десятков дБ.

Это когда хоть какой-то сигнал есть, а если совсем по нулям, то маловероятно, что поможет.
Тут или, как уже писали в другом посте, брать сверхпроводящий магнит (что звучит как угроза) или играть полем. yrbis с магнитопроводом, я не понял, как Вы его к тестируемому образцу подвесите? Контроль-то неразрушающий... На ум приходит только фокусировка, но для этого надо существенно уменьшить длину волны, а при этом в металл она проникать будет мало-мало. А вообще Вы не встречали таких исследований? Что-то вроде взять излучатель от микроволновки и промодулировать его звуковой частотой. IMHO мысль дурацкая, но вдруг.

[yrbis]

Может, есть смысл увеличить длительность "киловольтного импульса"

Длительность увеличивать нельзя т.к. при этом теряем разрешающую способность. Используется эхометод и отклик при увеличении длительности потеряется на фоне бороды от зондирующего и мерить тонкие пластины не получиться.

[blackfin]

Длительность увеличивать нельзя т.к. при этом теряем разрешающую способность. Используется эхометод и отклик при увеличении длительности потеряется на фоне бороды от зондирующего и мерить тонкие пластины не получиться.

А использовать сигналы с большой базой? Типа кодов Баркера?

[yrbis]

yrbis с магнитопроводом, я не понял, как Вы его к тестируемому образцу подвесите? Контроль-то неразрушающий... На ум приходит только фокусировка, но для этого надо существенно уменьшить длину волны, а при этом в металл она проникать будет мало-мало. А вообще Вы не встречали таких исследований? Что-то вроде взять излучатель от микроволновки и промодулировать его звуковой частотой. IMHO мысль дурацкая, но вдруг.

Магнитопровод разомкнут, т.е. просто датчик перемещается внутри трубы, в датчике есть магнит. Частота заполнения импульса 4 МГц, нам как раз и надо чтоб источники звука возникали вблизи поверхности...C микроволновкой не совсем понял... Она вроде поток электронов излучает с частотой 2.4 ГГц, который формируется ускорителем..как мне это поможет? Вот ускорить бы как-нибудь электроны под катушкой

А использовать сигналы с большой базой? Типа кодов Баркера?

Я не могу делать шире полосу из-за собственных шумов усилителя. А как бы это решило проблему с наложением откликов?

[vvs157]

есть такая задача. К поверхности металла прилегает круглая плоская катушка, зазор между металлом и катушкой 500 мкм. На катушку подаётся импульс напряжения(несколько периодов синусойды с частотой 4 МГц, например два периода) с относительно большой скважностью... Соответственно переменный ток катушки создаёт поле под действием которого образуются вихревые токи в металле вблизи поверхности. И собственно вопрос к физикам... можно ли как - нибудь увеличить плотность вихревых токов при неизменном токе в самой катушке? может внешним источником поднять потенциал металлической поверхности? как-то изменить сопротивление вблизи поверхности?

Нет, нельзя. Вихревой ток зависит от проводимости металла и от скорости изменения магнитного потока на поверхности металла. Поэтому ничего кроме, как увеличить dФ/dt не поможет

[blackfin]

А как бы это решило проблему с наложением откликов?

А никак..
А у вас что, катушка-излучатель одновременно является и датчиком?
Т.е. пространственно они расположены в одной точке и требуется измерить
параметры отраженной волны? Если это так, то длина импульса, ессно
ограничена временем прихода отраженной волны..
Видимо, я не вполне понял вопрос..

[MaslovVG]

В первом приближении систему можно расматривать как трансформатор. Певичка катушка, вторичка коротткозамкнутый виток повехность металла.
Путей увеличения плотности тока в металле два. Увеличения тока и уменьщение площади где он протекает. то есть Увеличение числа витков катушки. и концентрация магнитного поля катушки сердечником.

[yrbis]

А никак..
А у вас что, катушка-излучатель одновременно является и датчиком?
Т.е. пространственно они расположены в одной точке и требуется измерить
параметры отраженной волны? Если это так, то длина импульса, ессно
ограничена временем прихода отраженной волны..
Видимо, я не вполне понял вопрос..

Да, видимо не поняли..

Путей увеличения плотности тока в металле два. Увеличения тока и уменьщение площади где он протекает. то есть Увеличение числа витков катушки. и концентрация магнитного поля катушки сердечником.

На катушку подаётся импульс напряжения, поэтому тогда не увеличивать витки, а уменьшать надо, токо тоже нельзя потомучто катушка расчитана уже более менее оптимально с точки зрения генератора и усилителя(для одного чем меньше витков тем лучше, для другог чем больше тем лучше). А как вы полагаете можно уменьшить площадь, чем ограничить область протекания тока?

[tvv]

Магнитопровод разомкнут, т.е. просто датчик перемещается внутри трубы, в датчике есть магнит. Частота заполнения импульса 4 МГц, нам как раз и надо чтоб источники звука возникали вблизи поверхности...C микроволновкой не совсем понял... Она вроде поток электронов излучает с частотой 2.4 ГГц, который формируется ускорителем..как мне это поможет? Вот ускорить бы как-нибудь электроны под катушкой
Я не могу делать шире полосу из-за собственных шумов усилителя. А как бы это решило проблему с наложением откликов?

Как уже сказано Вам надо увеличить плотность поля (да Вы и сами так сформулировали задачу) под магнитом. Управлять полем радиочастоты трудно, чем короче длина волны тем проще (линза очень легко делает маленькое пятно от пучка лазера ). Ускоритель электронов это другой прибор , про свч печь можно посмотреть например тут

Устройство:
Основные компоненты микроволновой печи
источник микроволн
магнетрон
источник высоковольтного питания магнетрона
цепь управления
волновод для передачи микроволн от магнетрона к камере
металлическая камера с металлизированой дверцей, в которой концентрируется микроволновое излучение и куда помещается пища
вспомогательные элементы

Как я понял звук возникает если у Вас есть поле постоянного магнита B и Вы подаете переменное поле изменяя скорость электронов, возникает сила Лоренца, она возбуждает звуковые колебания. Полем магнита Вы играть не можете, попробуйте полем смещения электронов.

[MaslovVG]

Да, видимо не поняли..
и усилителя(для одного чем меньше витков тем лучше, для другог чем больше тем лучше). А как вы полагаете можно уменьшить площадь, чем ограничить область протекания тока?

Только сконцентрировав поле катушки. Применив сердечник максимально возможной магнитной проницаемости. или изменив конструкцию катушки. Никакими методами кроме механических(прорезая в металле Щелей области протекания вихревых токов не ограничишь. Никакое наложение статических магнитных или электрических полей не поможет.

[yrbis]

ак я понял звук возникает если у Вас есть поле постоянного магнита B и Вы подаете переменное поле изменяя скорость электронов, возникает сила Лоренца, она возбуждает звуковые колебания. Полем магнита Вы играть не можете, попробуйте полем смещения электронов.

Поняли правильно...Токо большего тока в катушке достич трудно, напряжение уже близко к пробою(разность между концами катушки 1.2кВ) к сожалению.

Применив сердечник максимально возможной магнитной проницаемости

)Рад бы, но все ферриты обладают магнитострикцией, переколебания из-за которой на порядок выше полезного сигнала, поэтому можем использовать только(другого не нашли) карбонильное железо. Пробовали различные марки ферритов, молибден пермолой и только железо карбонильное обладает приемлимыми показателями а проницаемость его почти никакая - пара тройка единиц.

[tvv]

Поняли правильно...Токо большего тока в катушке достич трудно, напряжение уже близко к пробою(разность между концами катушки 1.2кВ) к сожалению.

Поэтому и предлогается подумать, а нет-ли ей замены с большей плотностью поля.

[anton]

Если скорость обмера не сильно беспокоит, то в принципе можно усреднять результаты измерений (на каждой позиции проводить несколько измерений).

[Денис_студент]

ИМХО стоит увеличить частоту импульса подваемого на металл

[asdf]

Рад бы, но все ферриты обладают магнитострикцией, переколебания из-за которой на порядок выше полезного сигнала, поэтому можем использовать только(другого не нашли) карбонильное железо. Пробовали различные марки ферритов, молибден пермолой и только железо карбонильное обладает приемлимыми показателями а проницаемость его почти никакая - пара тройка единиц.

Я тут проконсультировался у специалиста, он предложил попробовать аморфное железо разработанное
для феррозондов типа 82К3ХСР, у него при большой проницаемости (100000), магнитострикция значительно меньше, чем у ферритов.

Еше один вариант (проробатывался для похожих условий, правда для больших габаритов катушки) - коммутация витков катушки - при генерации витки параллельно, при приеме - витки последовательно.

И еще вариант - разделить принципы возбуждения импульса и прием отклика. Возбуждение - с помощью лазерного импульса, а прием на катушку как и раньше. У нас похожий метод проробатывался для зондирования неметаллических поверхностей. И возбуждение и прием осуществлялся с помощью лазера.

[yrbis]

попробуем, спасибо...