Бесконтактные электромагнитно-акустические преобразователи обладают набором значительных преимуществ по сравнению с контактными преобразователями, но при этом у них есть существенные недостатки, требующие разработки эффективных намагничивающих устройств. По сравнению с устройствами намагничивания на постоянных магнитах устройства намагничивания электрическим током легко снимаются с объекта контроля и очищаются от загрязнения металлическими частицами. К сожалению, такие преобразователи имеют значительные габариты и массу.

Разработан преобразователь, содержащий магнитопровод, намагничиваемый катушкой с электрическим током, и два независимых электромагнитных индуктора, расположенных в зазоре между центральной частью магнитопровода и объектом контроля. Индукторы представляют собой две плоские катушки, каждая из которых выполнена в виде бабочки. Проводники индукторов, расположенные в рабочей области, имеют взаимно перпендикулярные направления; с их помощью можно эффективно возбуждать и регистрировать поперечно поляризованные акустические волны без перестановки преобразователя. С целью уменьшения габаритных размеров и массы преобразователя произведена оптимизация массогабаритных параметров намагничивающего устройства для условий эксплуатации, когда намагничивание объекта контроля и измерения производятся во время активной фазы измерения. Во время пассивной фазы измерения, в три раза превышающей активную фазу по времени, происходит остывание намагничивающего устройства. Циклический режим с чередованием активной и пассивной фаз позволил уменьшить вес преобразователя более чем в 3 раза. В рабочей зоне преобразователя размером 15×15 мм при зазоре в 1 мм между концентратором магнитного поля и объектом контроля создаётся поле с нормальной компонентой в 2,4 Тл.

Преобразователь содержит защиту устройства намагничивания от перегрева, а циклический режим работы позволяет обеспечить непрерывную производительность до 30 измерений в минуту при температуре окружающей среды 20 ºС.

Разработанное намагничивающее устройство может быть использовано при решении ряда задач структуроскопии, толщинометрии, дефектоскопии электромагнитно-акустическими методами, основанными на точном измерении времени распространения упругих волн в объекте контроля.

Для широко используемых светодиодных источников света имеет место резкий спад освещённости рабочей плоскости от центра к краю. Целью настоящего исследования являлся анализ эффективности применения линз Френеля как достаточно простого и технологичного элемента для увеличения равномерности освещённости, создаваемой светодиодными светильниками локального освещения.

Разработана методика расчёта распределения освещённости, создаваемой комбинацией «светодиодная матрица – линза Френеля», когда расстояние между линзой и матрицей меньше фокусного расстояния линзы. Сравнение результатов расчёта и экспериментов для случая, когда линза располагается на расстоянии 50 см от рабочей плоскости, свидетельствует о корректности разработанной методики расчёта. Это позволило использовать данную методику для решения задачи повышения равномерности освещённости рабочей плоскости в светодиодных источниках локального освещения.

Установлено, что изменение расстояния между матрицей и линзой в диапазоне 0,5–1,5 см влияют на максимальную освещённость и её равномерность в меньшей степени, чем изменение фокусных расстояний в пределах 10–100 см. Получены аналитические зависимости равномерности освещённости рабочей поверхности как функции фокусного расстояния линзы Френеля и её расстояния до светодиодной матрицы для трёх случаев. В первом случае используется одна линза для всей матрицы, при этом оси симметрии кривых силы света светодиодов параллельны оси линзы. Во втором случае также используется одна линзы для всей матрицы, но продолжения осей симметрии кривых силы света проходят через передний фокус линзы. В третьем – для каждого светодиода используется индивидуальная линза Френеля. Установлено, что для всех трёх случаев зависимости имеют практически одинаковый характер. Поэтому выбор использования одного из трёх вариантов может быть обусловлен технологичностью, экономичностью и термической устойчивостью и др.

Расчёты с использованием выше упомянутых аналитических зависимостей позволили определить значения параметров системы «светодиодная матрица – линза Френеля», при которых показатели освещённости и равномерности соответствуют требованиям стандартов.

Загрязнение акваторий водоёмов частицами микропластика размером менее 5 мм является серьезной экологической проблемой. Обычно исследования загрязнений водоёмов проводят методом взятия проб воды с дальнейшей их оценкой в лаборатории. Поэтому актуальной является задача исследования акваторий водоёмов на наличие пластика в режиме реального времени с выявлением пятен обширных загрязнений.

В статье рассматривается проект создания автономного беспилотного исследовательского аппарата, работающего в акватории водоёма, с передачей данных исследований в центр обработки информации. Аппарат производит лазерное зондирование водной среды для обнаружения микрочастиц полиэтилена и построения карт пятен загрязнений в исследуемой акватории водоёма.

Для реализации предлагаемого проекта решаются следующие задачи:

• обнаружение микрочастиц пластика в исследуемом объёме водной среды, где размеры частиц на несколько порядков меньше исследуемого объёма;
• идентификация микрочастиц при наличии в исследуемом объёме водной среды частиц других видов веществ;
• оценка количества частиц в условном объёме водной среды.

Предлагается новый подход, заключающийся в создании автономного микрокатера, который исследует акваторию водоёма по маршруту, задаваемому из центра управления, находящегося на берегу. Исследование предполагает обнаружение микрочастиц в определённом объёме жидкости, протекающей через исследовательскую трубу, установленную в днище катера. Внутри трубы расположена труба Шаубергера, в центральной части которой концентрируются частицы, что позволяет проводить поиск частиц при зондировании лазерным излучением с длиной волны около 3,5 мкм, на которой пиковое поглощение излучения полиэтиленом многократно превышает поглощение излучения водой.

Для обеспечения энергоэффективности микрокатера предложено использовать схему сложения импульсов лазерного излучения с использованием оптоволоконной линии оптической задержки. Это позволяет почти на порядок уменьшить энергопотребление лазера. Предлагаемый проект катера позволит проводить исследования крупных водоёмов с определением пятен загрязнений микрочастицами пластика. В статье приведены примеры используемого оптоволокна, фотоприёмника и лазерного излучателя для решаемой задачи.

Изучение поля напряжений в пластическом отпечатке и вокруг него имеет большое прикладное значение. Процессы, подобные вдавливанию индентора, используются при дробеструйной обработке для упрочнения поверхности материалов и генерации сжимающих напряжений в поверхностных слоях. Целью работы являлось изучение изменения напряжённо-деформированного состояния в области пластического отпечатка при увеличении нагрузки, при переходе от малых деформаций к большим, а также изменения напряжения при различных скоростях деформации.

Методом дифракции рентгеновских лучей изучено поле остаточных напряжений, сгенерированных на поверхности пластически деформированной области – в зоне отпечатка, образующегося при вдавливании в металл сферического индентора. Проанализировано изменение распределения напряжений при увеличении нагрузки в диапазоне глубин пластического отпечатка 10–60 мкм для сталей и алюминия. Изучено влияние скорости нагружения, при нормальном контакте соударяющихся тел, на изменение значений остаточных напряжений. Показано, что распределение напряжений имеет сложный характер с областями сжатия и растяжения металла и определяется соотношением глубины отпечатка к его диаметру.

Полученные экспериментальные данные позволяют определять выбор оптимальных режимов дробеструйной обработки, в том числе для повышения предела выносливости изделий.

Применяемые в промышленности методы диагностики не позволяют проконтролировать состояние обмоток электрических машин в рабочем состоянии и зафиксировать дефектообразование в них на ранних стадиях развития. Целью работы являлась разработка метода и построение прибора, позволяющего проводить измерение межвитковых сопротивлений в обмотках электрических машин, в том числе без изъятия его из технологического процесса, и тем самым проводить оценку текущей и дальнейшей работоспособности.

Разработана структурная схема прибора для измерения межвитковых сопротивлений в обмотках электрических машин, описан метод и построен алгоритм проведения диагностических процедур. Также в результате исследования определены математические зависимости, характеризующие основные операции, выполняемые устройство, и разработана математическая модель получения значения межвиткового сопротивления в диагностируемых обмотках по значению измеренной разности фаз для асинхронного двигателя АИР63В4У3.

Разработанный метод и прибор на его основе позволяют проводить измерение межвитковых сопротивлений в обмотках электрических машин, в том числе без изъятия его из технологического процесса, и фиксировать дефектообразование на ранних стадиях развития, и тем самым оценивать в режиме реального времени его текущую и дальнейшую работоспособность.

Методы контроля изменений электрического потенциала поверхности широко используются в операциях неразрушающего контроля прецизионных поверхностей, например, в электронной промышленности в процессе изготовления полупроводниковых приборов. Целью работы является расширение области применения методик бесконтактного контроля и измерения электрического потенциала поверхности на основе использования статического отсчётного электрода.

Рассмотрены особенности построения и применения устройств измерения электрического потенциала поверхности с использованием неподвижного отсчётного электрода. Несмотря на необходимость увеличения площади зонда по сравнению с устройствами, использующими вибрирующий зонд, методики измерения с неподвижным зондом имеют ряд преимуществ и расширяют область применения измерений электрического потенциала поверхности в контроле изделий с прецизионными поверхностями. Приведены модели формирования измерительного сигна-ла при наличии пространственной неоднородности электрического потенциала поверхности.

Высоконагруженные зубчатые колёса трансмиссий подвергают цементации и закалке. Важным параметром упрочнённого цементированного слоя является его эффективная толщина h_ef . Большое влияние на достоверность определения h_ef оказывают полосчатость металла и неизбежная инструментальная погрешность измерения твёрдости. Цель работы – разработка методики повышения достоверности определения эффективной толщины h_ef упрочнённого слоя в стали после цементации и закалки.

За величину h_ef принимают расстояние h от поверхности изделия до зоны с твёрдостью 50 HRC. В работе обосновано, что аппроксимация изменения твёрдости от расстояния h до поверхности изделия позволит получить более достоверную зависимость изменения твёрдости в исследуемой зоне при проведении измерений твёрдости в более широком диапазоне расстояний h. Поэтому для повышения достоверности определения h_ef использованы результаты измерения твёрдости HV0,5 в расширенном диапазоне изменений h в окрестности анализируемой зоны. Результаты измерения HV0,5 пересчитаны в значения твёрдости HRC по формуле, рекомендованной международным стандартом. Распределение HRC(h) значений твёрдости HRC в области измерения интерполировано полиномом второй степени, физически верно отражающим изменение твёрдости металла в анализируемой зоне. Полученный полином использован для определения расстояния h_ef , при котором твёрдость принимает значение 50 HRC. Методика использована для определения h_ef зубчатого колеса из стали 18ХГТ после цементации и закалки. Показано, что результаты двух независимых измерений h_ef образца отличаются друг от друга на 0,003 мм. Это существенно меньше допустимой погрешности 0,02 мм определения h_ef по стандартной методике. Погрешность определения hef снижена за счёт расширения диапазона изменения h и статистически обоснованной интерполяции монотонного изменения твёрдости с расстоянием от поверхности изделия в области измерения.

Разработанная методика определения эффективной толщины h_ef упрочнённого слоя стали заключается в определении распределения её твёрдости в расширенной окрестности области h_ef , аппроксимации полученной зависимости полиномом второй степени и решении полученного с его использованием квадратного уравнения. Методика обеспечивает существенное снижение влияния структурной полосчатости металла и неизбежной погрешности измерения твёрдости на результат определения h_ef . Её применение позволит оптимизировать режимы цементации зубчатых колёс для повышения ресурса их эксплуатации.