Магнитометрия в диагностике строительных металлоконструкций

• Магнитопорошковый метод
• Магнитографический метод
• Индукционный метод
• Феррозондовый метод
• Метод магнитной памяти металла
• Метод рассеяния магнитного потока
• Магнитный контроль напряжённо-деформированного состояния
• Измерение толщины покрытий
• Сообщество специалистов магнитного контроля

Магнитный контроль проводится вручную, но отлично подходит и для автоматизации. Так, стационарные установки магнитной дефектоскопии успешно применяются на заводах по производству профилированного, листового и сортового металлопроката – труб, круга, квадрата, рельсов, арматуры, двутавровых балок, рельсов и т.д.

Магнитопорошковый метод является одним из наиболее распространенных методов неразрушающего контроля. Он основан на использовании магнитного поля для обнаружения дефектов в металлических изделиях. Применяется для контроля сварных швов, деталей, труб и других металлических конструкций.

Принцип работы метода заключается в нанесении на поверхность контролируемого объекта магнитопорошка – специального порошка, который при наличии дефекта образует характерные линии или пятна. Затем на поверхность наносится магнитное поле, которое заставляет порошок собираться в местах дефектов, делая их видимыми для специалиста.

Магнитопорошковый метод позволяет обнаруживать такие дефекты, как трещины, включения, поры, шлаковые включения и другие. Этот метод чувствителен к поверхностным дефектам и может использоваться как на производстве, так и при техническом обслуживании и ремонте оборудования.

Метод магнитной памяти металла

Метод магнитной памяти металла также относится к методам неразрушающего контроля, использующим магнитное поле. Он основан на явлении изменения магнитных свойств металлических материалов при наличии в них дефектов.

Применяется метод магнитной памяти металла для обнаружения дефектов в металлических изделиях, включая сварные швы, трубы, детали и другие конструкции. Он позволяет выявлять как поверхностные, так и внутренние дефекты, такие как трещины, усталостные повреждения, зоны падения твердости и другие.

Для проведения контроля по методу магнитной памяти металла используются специальные устройства – магнетометры, которые регистрируют изменения магнитных полей на поверхности материала. Этот метод также широко применяется на производстве и при техническом обслуживании оборудования.

Пример таблицы:

Самый распространённый – это, конечно же, магнитопорошковый (МПК). По некоторым данным, на него приходится порядка 80% изделий из ферромагнитных сплавов, подлежащих магнитному контролю.

Объект контроля (ОК) намагничивают и затем (либо одновременно с этим) на него наносят магнитный индикатор (чёрные, цветные и люминесцентные сухие порошки и суспензии). На участках без дефектов направление частиц совпадает с направлением магнитных линий.

Но при наличии несплошностей картина меняется: под действием неоднородных магнитных полей рассеяния происходит коагуляция частиц закиси-окиси железа (или иного ферромагнетика) – они объединяются в частицы-агрегаты, цепочки и осаждаются в местах имеющихся поверхностных и подповерхностных (на глубине до 2-3 мм) дефектов, формируя характерный валик над несплошностями.

Методы магнитного контроля

Магнитопорошковый контроль проводится способом остаточной намагниченности (для магнитотвёрдых материалов с коэрцитивной силой 9,5-10 А/см или 4 кА/м и больше) и способом приложенного поля (для магнитомягких материалов с коэрцитивной силой менее 9,5-10 А/см или 4 кА/м).

Чаще всего практикуется циркулярное, полюсное и комбинированное намагничивание с использованием переменного, постоянного, импульсного, выпрямленных 1- и 2-полупериодных, выпрямленных 3-фазных токов, переменного тока промышленной, повышенной частоты и др.

Оборудование для магнитного контроля

Для МПК применяются магнитопорошковые дефектоскопы (примеры – МДМ-2, Дукат-300, МД-300), электромагниты (РМ-9, РМ-5, KY-140), постоянные магниты (СКАН-МАГ), соленоиды и иные намагничивающие устройства.

Напряжённость магнитного поля, его нормальной и тангенциальной составляющей (соотношение между ними должно быть Нн / Нт < 3), а также остаточная намагниченность измеряются при помощи магнитометров (пример – МФ-34ФМ МАГНОСКАН).

Использование магнитных индикаторов

Магнитные индикаторы могут иметь чёрный, белый, красно-коричневый цвет. Также для магнитопорошкового метода широко применяются люминесцентные (флуоресцентные) магнитные индикаторы.

В этом случае осмотр индикаторных следов осуществляется при помощи источников ультрафиолетового освещения – светильников, прожекторов, фонариков (примеры – БРИЗ-УФ365, Волна-УФ365).

Изображение индикаторных рисунков фиксируется при помощи фотоаппаратов, реже – с использованием клейкой ленты и клеевого раствора.

Также известный как проводимостный метод, он основан на регистрации изменений электропроводности материала в местах дефектов. Для этого используется феррозонд (катушка с сердечником из ферромагнитного материала), который намагничивается и прижимается к поверхности объекта контроля. При движении феррозонда над объектом, в местах дефектов изменяется магнитопроводимость материала, что влияет на индуктивность катушки. По изменению индуктивности можно судить о наличии дефектов. Основное преимущество феррозондового метода – возможность контроля объектов с покрытиями, так как феррозонд проникает через них. Однако он менее чувствителен к поверхностным дефектам по сравнению с методами, основанными на регистрации магнитных полей рассеяния. Феррозондовый метод широко применяется для контроля толщины металлических покрытий, обнаружения коррозии под покрытиями и др. На практике применяются различные модификации метода с использованием различных типов феррозондов и аппаратуры.​

Активно используется, например, в вагоноремонтных депо для магнитного контроля надрессорных, соединительных и боковых балок, балансиров, тяговых хомутов, колец подшипников буксовых узлов вагонов, локомотивов, рельсов и пр. Феррозондовый метод реализуется при помощи феррозондового дефектоскопа и феррозондового преобразователя, который перемещается по поверхности предварительно намагниченного объекта и регистрирует магнитные поля рассеяния над дефектами. В местах с несплошностями напряжённость и градиент магнитного поля резко меняются. Преобразователь фиксирует эти «скачки», преобразует градиент напряжённости в электрический сигнал и передаёт его на дефектоскоп. Как и в случае с магнитопорошковым методом, феррозондовый магнитный контроль может выполняться способом приложенного поля или остаточной намагниченности. При этом феррозондовый метод эффективен для выявления не только поверхностных дефектов (глубиной 0,1 мм и более), но и подповерхностных несплошностей размером 0,1-0,5 мм на глубине до 10 мм (у МПК – до 2 мм).

Чувствительный элемент преобразователя (феррозонда) состоит из двух полу-зондов, у каждого из которых – магнитомягкий сердечник и две обмотки. Первая отвечает за возбуждение переменного магнитного поля и намагничивание сердечника. Вторая обмотка – индикаторная. Обмотки соединены таким образом, что величина ЭДС на вторичной обмотке пропорциональна градиенту либо напряжённости измеряемого переменного магнитного поля, которое воздействует на феррозонд.

Пример современного феррозондового дефектоскопа – Ф-215.1 ("Микроакустика").

Метод магнитной памяти металла (МПМ)​

Направлен на то, чтобы выявлять в ответственных металлоконструкциях зоны концентрации напряжений (КН), возникающих, например, вследствие коррозии, ползучести металла и усталостных разрушений. Все эти процессы приводят к изменению намагниченности металла и сказываются на изменении напряжённо-деформированного состояния металлических конструкций. Считается, что метод магнитной памяти металла позволяет на ранних стадиях выявлять зоны концентрации напряжений. Диагностика ОПО этим методом помогает точнее выполнять их ресурсную оценку и предотвращать внезапные усталостные повреждения. Поскольку металлоконструкции находятся под действием магнитного поля Земли, то им свойственно так называемое "самонамагничивание". В других метода магнитного контроля с этим борются, чтобы избежать ложных дефектов. Особенно это касается, например, феррозондовых дефектоскопов, очень чувствительных к внешним магнитным полям (во многом поэтому в них используются полосовые фильтры). Метод МПМ, напротив, использует явление "самонамагничивания" и эффект магнитострикции (изменение геометрических размеров изделий из ферромагнитных сплавов под действием изменяющегося внешнего магнитного поля). Собственной, магнитной памятью металла называется "последействие", проявляющееся в виде остаточной намагниченности металлических изделий, которая была сформирована при их изготовлении и охлаждении в слабом магнитном поле либо в виде необратимого изменения намагниченности в зонах КН под влиянием рабочих нагрузок. Метод МПМ основан на регистрации собственного магнитного поля рассеяния изделий и выявлении зон с максимальным магнитным сопротивлением и зон максимальной неоднородности структуры металла. Для этого применяются портативные приборы – многоканальные измерители концентрации напряжений, сканирующие устройства с датчиками для измерения нормальной и тангенциальной составляющей магнитного поля, а также вихретоковые дефектоскопы – для выявления поверхностных трещин в зонах КН. Аппаратура для метода магнитной памяти металла относится к средствам измерений (СИ), соответственно, подлежит аттестации и ежегодной поверке. Их разработкой в РФ занимается компания "Энергодиагностика".

Несмотря на то, что метод магнитной памяти металла активно применяется в 44 странах по всему миру (в России, например, на объектах АК "Транснефть"), к нему сохраняется скептическое отношение у многих специалистов НК, в том числе – у авторитетных учёных.

Метод рассеяния магнитного потока (MFL)​

Основан на намагничивании стенки объекта контроля при помощи постоянного магнита либо электромагнита. Индукция магнитного поля в объёме стенки из ферромагнитного материала составляет 1,6-2,0 мТл. Снаружи на границах раздела полюс магнита/воздушный зазор/поверхность стального ОК магнитные силовые линии направлены практически перпендикулярно к этой самой поверхности. При этом в самой стенке силовые линии направлены практически параллельно плоскостям стенки и при определённом отношении размеров магнита и толщины ОК остаются внутри металла. В тех местах, где имеются локальные утонения (например, из-за коррозионного поражения), картина магнитного поля изменяется. Плотность магнитных силовых линий возрастает – и там, где толщина металла меньше, они выйдут из него. Датчики Холла фиксируют изменение нормальной составляющей магнитной индукции. Данные обрабатываются многоканальными сканерами-дефектоскопами. Они могут быть ручными, моторизованными, автоматизированными, применяются также внутритрубные снаряды-дефектоскопы и пр.

В процессе сканирования каретку с магнитом перемещают по поверхности ОК, при этом твердотельные чувствительные элементы датчиков ориентируются перпендикулярно к ней. К мешающим факторам для метода рассеяния магнитного потока относятся вихревые токи, неоднородная магнитная проницаемость на разных участках, неравномерная толщина покрытия, шероховатость и волнистость поверхности ОК. По мере совершенствования измерительных преобразователей и программного обеспечения сканеров-дефектоскопов визуализация результатов сканирования становится всё более наглядной и понятной.

Метод рассеяния магнитного потока используется для магнитного контроля листового проката, стальных труб, канатов, магистральных трубопроводов и пр. MFL позволяет измерять толщину стенок труб, днищ РВС, стальных канатов (в РФ разработкой таких технологий занимается "ИНТРОН"). При помощи метода рассеяния магнитного потока удаётся выявлять плены (отслоение металла), пузыри (вздутие или вспучивание металла), трещины (разрывы металла), коррозионные повреждения.

Магнитный контроль напряжённо-деформированного состояния​

Помимо метода магнитной памяти металла, для диагностики НДС ТУ, зданий и сооружений на ОПО успешно используется "более каноничный" и общепризнанный коэрцитиметрический метод, основанный на измерении коэрцитивной силы металла при помощи коэрцитиметров и приставных преобразователей – магнитных устройств. Коэрцитивная сила – это одна из важных магнитных характеристик. Она обозначает напряжённость магнитного поля, которое необходимо приложить встречно намагниченности объекта, предварительно намагниченности до насыщения, чтобы полностью его размагнитить. Коэрцитиметрия может быть очень эффективной для технического диагностирования и определения остаточного ресурса опасных производственных объектов – от подъёмных сооружений и котлов до мостовых пролётов и ёмкостного оборудования, работающего под избыточным давлением. Возникновению эксплуатационных дефектов обычно предшествует накопление и развитие усталостных изменений, особенно интенсивное – в зонах концентрации напряжений. Магнитный контроль на основе измерения коэрцитивной силы – эффективный способ диагностики нагруженных конструкций, изделий и узлов. Между физико-механическими свойствами ферромагнитных материалов и их коэрцитивной силой существует прямая корреляционная зависимость. Регулярное измерение последней позволяет отслеживать усталостные процессы в металле по мере его "продвижения" от состояния поставки до состояния предразрушения. Чем ближе исходный ресурс к исчерпанию, тем значение коэрцитивной силы выше (может возрастать в 2-3 раза).

Магнитные методы контроля напряжённо-деформированного состояния предусмотрены в правилах аттестации лабораторий неразрушающего контроля СДАНК-01-2020 (в Единой системе оценки соответствия в области промышленной безопасности, экологической безопасности, безопасности в энергетике и строительстве – ЕС ОС).

Измерение толщины немагнитных покрытий​

Ещё одно направление магнитного контроля – измерение толщины немагнитных проводящих и непроводящих покрытий на основаниях из ферромагнитных материалов при помощи толщиномеров типа МТ1008, МТ-2007, МТ-2007М и магнитоиндукционных преобразователей. В основе метода – зависимость между толщиной покрытия, ЭДС и изменением коэффициента взаимоиндукции между первичной и вторичной катушками датчика. Чаще всего магнитоиндукционные толщиномеры покрытий работают с гармоническим магнитным полем частотой 50-300 Гц. Конструкция измерительных преобразователей состоит из единого либо раздельного ферромагнитного сердечника, первичной и вторичной обмоток чувствительного элемента, экранов, первичной и вторичной компенсационных обмоток. Последние нужны для того, чтобы уменьшить погрешность измерений, вызванную влиянием вихревых токов, сетевых наводок, импульсных помех и температурного дрейфа. К другим мешающим факторам также относится отклонение магнитной проницаемости, удельной электропроводности, шероховатость поверхности, кривизна, краевой эффект, толщина основания и др. Перед выполнением измерений преобразователи подлежат градуировке и калибровке на аттестованных мерах толщины покрытий и ступенчатых металлических образцов без покрытий.

Помимо импульсного индукционного метода, многие приборы (например, "Константа К5") реализуют также вихретоковый частотный (параметрический) метод. Такие толщиномеры покрытий способны выполнять измерения в том числе и на немагнитных основаниях из цветных металлов. В сравнении с вихретоковым частотным и фазовым методом, магнитоиндукционный метод требует более тщательно подготовки поверхности, причём размеры объекта должны многократно превышать зону контроля датчика.

Магнитные толщиномеры покрытий могут применяться для точечных и непрерывных измерений. Помимо портативных приборов, в разных отраслях промышленности применяются и стационарные установки, например, на производствах шиберных задвижек для фонтанной арматуры.

Сообщество специалистов магнитного контроля​

На форуме «Дефектоскопист.ру» зарегистрированы тысячи дефектоскопистов и специалистов МК всех уровней квалификации – I, II и III. Кроме того, на нашем сайте есть преподаватели, научные сотрудники, представители компаний-поставщиков и предприятий-производителей оборудования и дефектоскопических материалов. Мы рады, что наш проект помогает коллегам обсуждать рабочие вопросы, разбираться в теории и практике, подбирать материалы, оборудование, советоваться по инструкциям, разрабатывать техкарты по магнитному контролю и т.д. Для работы с передовыми технологиями магнитного контроля (тот же MFL, например) персонал проходит дополнительную профессиональную подготовку непосредственно у разработчиков оборудования.

В помощь специалистам МК в разделе НТД также доступна отдельная категория с нормативной-технической документацией.

Ежедневно проект «Дефектоскопист.ру» объединяет специалистов по всей стране для обмена опытом. Чтобы присоединиться к нашему профессиональному сообществу и познавать все тонкости магнитного контроля, просто зарегистрируйтесь на нашем сайте!

Больше информации по теме: Что такое магнитопорошковый контроль Что такое магнитопорошковый дефектоскоп Что такое намагничивающее устройство Требования к магнитным порошкам Коэрцитивная сила – характеристика, которая скажет о металле многое, если не всё Коэрцитиметр – инструмент для магнитометрического метода Белая фоновая краска для МПК Люминесцентные индикаторы для магнитопорошковой дефектоскопии

Магнито́метр, прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств объектов и материалов. Некоторые магнитометры имеют специальные названия в зависимости от измеряемой величины: эрстедметры измеряют напряжённость магнитного поля, градиентометры и вариометры – изменения напряжённости в пространстве и времени, инклинаторы и деклинаторы – направление вектора напряжённости, тесламетры – величину магнитной индукции. Магнитометры измеряют также следующие характеристики объектов и материалов: магнитную проницаемость и магнитную восприимчивость (мю-метры и каппа-метры), коэрцитивную силу (коэрцитиметры), поток магнитной индукции (веберметры или флюксметры), магнитный момент, кривые намагничивания, потери на гистерезис и др. Часто магнитометрические датчики используются при косвенных измерениях немагнитных величин.

По принципу действия магнитометры можно разделить на магнитостатические (механические), индукционные, квантовые и др.

Магнитостатические магнитометры

Принцип действия этих магнитометров основан на механическом воздействии магнитного поля на магнит. К таким приборам относятся магнитный компас и буссоль, определяющие направление магнитного поля Земли, кварцевые вариометры, позволяющие регистрировать геомагнитные вариации с точностью 10–3–10–4 А/м, и магнитные весы, применяемые в лабораторных условиях для исследования магнитной восприимчивости образцов. В магнитных весах восприимчивость магнитного материала определяется по силе, с которой исследуемый образец, имеющий форму длинного цилиндра, втягивается в поле электромагнита (метод Гуи), или по силе, действующей на образец малого размера, помещённый в неоднородное магнитное поле (метод Фарадея). В методе Гуи требуется бо́льшая масса вещества (1–10 г), а метод Фарадея позволяет работать с миллиграммами вещества и требует более сложного оборудования.

Индукционные магнитометры

Работа этих магнитометров основана на явлении электромагнитной индукции; они регистрируют изменение потока магнитной индукции в измерительной катушке, вызванное различными причинами. Индукционные магнитометры условно делят на пассивные и активные: в первых эдс в катушке возбуждается изменением во времени внешнего магнитного поля, во вторых – изменениями в самом приборе. Пассивные магнитометры представляют собой длинную цилиндрическую катушку, намотанную на ферромагнитный сердечник, и фактически являются антеннами сверхнизкой частоты. Такие магнитометры используются для детектирования ядерных взрывов, связи с подводными лодками, магнитотеллурического зондирования земной коры, изучения взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли и волновых процессов в космической плазме.

К активным индукционным магнитометрам относятся, например, рок-генератор и феррозондовый магнитометр. В рок-генераторе исследуемый образец помещается на специальную площадку, вращающуюся в центре измерительной катушки с частотой 40 Гц. В результате в катушке возникает эдс, величина которой пропорциональна величине намагниченности образца. Для исключения влияния внешнего магнитного поля на результаты измерений катушка (вместе с вращающейся площадкой и образцом) закрыта многослойным пермаллоевым экраном. Рок-генератор применяется при исследованиях магнитных свойств горных пород, например при изучении палеомагнетизма.

Феррозондовые магнитометры основаны на периодическом изменении магнитной проницаемости ферромагнетиков при перемагничивании (до насыщения) переменным полем возбуждения. На обмотку возбуждения подаётся переменный ток; при этом в измерительной катушке наводится переменная эдс, чётные гармоники которой пропорциональны продольной компоненте внешнего поля. Простейший феррозондовый датчик состоит из стержневого ферромагнитного сердечника и находящихся на нём обмоток измерения и возбуждения. В наиболее распространённых феррозондовых магнитометрах используется тороидальный сердечник с обмоткой возбуждения или два стержневых сердечника с распределёнными по их длине обмотками возбуждения, включёнными последовательно-встречно (т. е. электрически последовательно, но магнитные поля, создаваемые обмотками, имеют противоположное направление). Измерения производятся либо при помощи одной общей сигнальной обмотки, либо с использованием двух обмоток, соединённых так, что нечётные гармонические составляющие магнитного поля практически компенсируются. Использование тороидального сердечника позволяет одновременно измерять 2–3 взаимно ортогональные компоненты магнитного поля, что уменьшает ошибки в определении направления вектора поля.

Феррозондовые магнитометры применяют для измерения магнитного поля Земли и его вариаций, при аэромагнитных съёмках и разведке полезных ископаемых, в космических исследованиях, хирургии, в системах контроля качества продукции, в электронных компасах. Чувствительность феррозондового магнитометра достигает 10–4–10–5 А/м.

Квантовые магнитометры

В работе квантовых магнитометров используются квантовые явления: свободная упорядоченная прецессия ядерных (ядерный магнитный резонанс, ЯМР) или электронных (электронный парамагнитный резонанс, ЭПР) магнитных моментов во внешнем магнитном поле, квантовые переходы между магнитными подуровнями атомов, а также квантование магнитного потока в сверхпроводящем контуре. В зависимости от способа создания макроскопического магнитного момента и метода детектирования сигнала различают: протонные магнитометры (магнитометры свободной прецессии, с динамической и синхронной поляризацией), магнитометры с оптической накачкой и др.

В работе квантового магнитометра может быть использована также прецессия в магнитном поле магнитных моментов неспаренных электронов парамагнитных атомов. Частота прецессии электронов в сотни раз больше частоты прецессии протонов. Созданы протонные магнитометры, в которых ЭПР увеличивает интенсивность ЯМР (эффект Оверхаузера).

Все описанные квантовые магнитометры применяются для измерения напряжённости слабых магнитных полей, в том числе геомагнитного поля в космическом пространстве, а также в геологоразведке.

Другие типы магнитометров

Принцип действия гальваномагнитных магнитометров основан на искривлении траекторий заряженных частиц в магнитном поле. К этой группе магнитометров относятся магнитометры, использующие эффект Холла и эффект Гаусса (изменение сопротивления проводника в поперечном магнитном поле). На эффекте Холла основаны также: тесламетры, применяемые для измерения постоянных, переменных и импульсных магнитных полей; флюксметры, используемые для отбраковки постоянных магнитов; коэрцитиметры, применяемые при неразрушающем контроле качества. На основе датчиков Холла создаются градиентометры для исследования магнитных свойств материалов. Чувствительность магнитометров на эффекте Холла обычно находится в диапазоне 10–100 А/м. Эффект Гаусса применяется в магниторезистивных датчиках, используемых в электронных компасах и др. Чувствительность таких тесламетров составляет 0,5–10 А/м.

Существуют также магнитометры, принцип действия которых основан на вращении плоскости поляризации света в магнитном поле или поле намагниченного образца, изменении длины намагниченного стержня под действием приложенного поля (магнитострикции) и др. Такие магнитометры применяются в различных областях техники.

Опубликовано 12 сентября 2023 г. в 18:03 (GMT+3). Последнее обновление 12 сентября 2023 г. в 18:03 (GMT+3).

«Клевер-1» – новый индикатор дефектов от НПЦ «Кропус»

Новый УФ-светильник БРИЗ-УФ365

Путеводитель по разделу "Магнитный контроль"

Настроечный образец для МПК

Вчера в 06:09

Суббота в 07:38

ASTM B887 и ASTM B886.

МПД угловых швов

Суспензия и ее концентрация

Новинка от компании "НДТ Рус" расходные материалы для МПД серии NDTest

Срочно!!!Нужна электрическая схема на дефектоскоп МД-13 ПР 1981 года выпуска.

МПД оборудования для бурения и ремонта нефте-газовых скважин.

Контроль трубы из диамагнетика

Выбор измерителя концентрации магнитной суспензии.

Вопросы по электромагниту РМ-2

Здравствуйте коллеги , нужен пример протокола (заключение) по Магнитному Контролю. Сфера использования: Металлоконструкции ; Трубы и резервуары.

Бесконтактная магнитометрическая диагностика магистральных газопроводов.

что внутри импульсного намагничивателя?

Фонарь Ревизор СПО-5/455 .

Как измерить "мощность" намагничивания кабелем?

Атласы деталей локомотивов

Где купить расходники г. Набережные Челны?

Ищу ОИ 936.2 Альбом типовой технологической документации

Пособие для подготовки на I и II уровни по магнитному контролю

Обнаружение подводных лодок — определение местоположения и параметров движения подводных лодок с использованием технических средств обнаружения. Является первой и главной задачей при борьбе с ними. Успешное обнаружение лишает подводные лодки главного тактического преимущества — скрытности.

Скрытность присуща подводной лодке изначально. Кроме того, при создании лодок принимаются все меры к повышению скрытности. Следовательно, обнаружение не бывает легкой задачей. С развитием техники оно становится только труднее. Поэтому на него тратится бо́льшая часть времени и средств противолодочных сил.

Как и всякий предмет, лодка своим присутствием влияет на окружающую среду. Иными словами, лодка имеет собственные физические поля. К более известным физическим полям подводной лодки относятся гидроакустическое, магнитное, гидродинамическое, электрическое, низкочастотное электромагнитное, а также тепловое, оптическое. Выделение физических полей лодки на фоне полей океана (моря) лежит в основе главных способов обнаружения.

Способы обнаружения по типу физических полей:

Кроме того, имеются косвенные способы обнаружения:

Ни один отдельный способ не гарантирует обнаружения, и даже не гарантирует стабильного уровня работы. Поэтому все способы применяются совместно. Они постоянно исследуются и развиваются, и ведется поиск новых.

Изменение скорости звука с глубиной (вариант)

Пассивный способ представляет собой обнаружение шумов, и гидроакустических сигналов (последнее нехарактерно), издаваемых самой подводной лодкой. В зависимости от конкретного применяемого устройства его называют также шумопеленгацией, шумо-локацией, гидроакустическим наблюдением, или обнаружением кильватерного следа.

Достоинствами пассивного способа являются его скрытность — цель не знает о факте обнаружения, сравнительно большая дальность — в отдельных случаях сильно шумящие объекты обнаруживаются на дистанциях 100÷150 миль, — и возможность классификации целей по характеру шумов.

Недостатком пассивного способа является невозможность прямо определить дистанцию до цели: он дает только направление — пеленг на цель. Для определения дистанций в пассивном режиме приходится применять косвенные методы.

Пассивный способ является основным, применяемым подводными лодками и стационарными системами наблюдения. Он же является единственным в дежурном канале акустических систем наведения морского оружия — мин и торпед.

Иллюстрация принципа эхо-локации

При активном способе гидроакустический приемник обнаруживает отраженный от цели звук (эхо), излучаемый синхронизированным передатчиком. Соответственно, способ называется еще эхо-пеленгованием или эхо-локацией. На таком принципе действуют гидролокаторы (ГАС) или радиогидроакустические буи (РГАБ).

Достоинством активного способа является возможность непосредственно определять не только пеленг, но и дистанцию до цели.

Недостатками являются дальность обнаружения меньшая, чем пассивным способом — отраженный сигнал с расстоянием затухает ниже уровня полезного, а попытки увеличить дальность ведут к экспоненциальному росту интенсивности сигнала, которая ограничена технически; отсутствие скрытности обнаружения — подводная лодка слышит излучаемый сигнал на расстоянии примерно вдвое большем, чем поисковая ГАС слышит эхо; невозможность классификации целей — единственное, что можно достаточно надежно определить, это координаты цели.

По этим причинам активный способ характерен для: надводных кораблей, так как условия пассивного обнаружения для них ограничены собственными шумами; для радиогидроакустических буев и опускаемых ГАС; для подводных лодок, уточняющих элементы движения цели непосредственно перед атакой; и в боевом канале систем наведения морского оружия.

Противолодочный самолет Ил-38, с характерной штангой магнитометра в хвосте.

Вертолет SH-60B Seahawk. Конус магнитометра выкрашен желто-красным. Плоский диск под кабиной пилотов — кожух РЛС.

Магнитометрический способ основан на поиске искажений в магнитном поле Земли — магнитных аномалий. Присутствие больших масс ферромагнетиков, таких как корпус ПЛ, создает достаточно большие аномалии, чтобы их можно было обнаружить магнитометром.

В чикагском Музее науки и промышленности, в разделе «подводные лодки» имеется экспозиция, где посетитель может поставить простой эксперимент. На фанерном планшете не нанесено ничего, кроме координатной сетки. Под планшетом имеется несколько железных предметов. Их число и места заранее неизвестны. Равномерно двигая по планшету магнит, можно определить координаты, в которых движение встречает сопротивление — координаты аномалий.

Среди противолодочных сил единственным носителем аэромагнитометров, или датчиков магнитных аномалий (англ. Magnetic Anomaly Detector, MAD), является авиация. При этом совершенство иных средств обнаружения, которыми пользуются американцы, таково, что вообще не имеет значения, есть у подлодки магнитное поле или нет; так, американцы вообще убрали со своих новых патрульных самолётов P-8 Poseidon магнитометры. Именно самолёты и вертолёты способны обследовать в короткий срок большие акватории, а их собственные магнитные поля невелики. Но даже при этом приходится выносить магнитометр подальше от корпуса. Поэтому противолодочный самолет узнаваем по жесткой хвостовой штанге, а вертолет по конусу-стабилизатору выпускаемого кабеля.

Достоинствами магнитометрического способа являются его простота и независимость от среды измерения — магнитное поле Земли в воде ведет себя почти так же, как в воздухе. Кроме того, способ пассивный, то есть цель не знает об обнаружении.

Основной недостаток — это малая дальность обнаружения. Магнитные аномалии быстро сглаживаются с расстоянием. Чтобы определить наличие аномалии, требуется проходить от неё не дальше чем в 1÷3 милях. При современных скоростях полета авиации, это означает практически прямо над лодкой. При этом чем ниже полет, тем легче заметить аномалию. Соответственно лодка, чтобы снизить вероятность обнаружения, может уходить на глубину.

Вода непроницаема для длин волн, используемых в радиолокации. Поэтому радиолокационное обнаружение подводных лодок возможно только когда какая-либо их часть находится над водой.

То есть, обнаружение ограничено в основном дизельными ПЛ в перископном положении. Атомные лодки могут не всплывать под перископ достаточно долго, чтобы избежать обнаружения. Это является основным недостатком данного способа.

Таким образом, радиолокация играет вспомогательную роль и используется для доразведки подводных лодок, ранее обнаруженных другими способами. Несмотря на это, радар является обязательной частью оборудования противолодочных сил.

Газоанализаторы обнаруживают присутствие в воздухе углеводородов, которые характерны для продуктов горения. Иначе говоря, присутствие дизельного выхлопа подводных лодок. Аппаратура, буквально, имитирует способности человеческого носа. В английском она прямо называется англ. — нюхатель.

Способ был изобретен союзниками и широко применялся во время Второй мировой войны. С развитием атомных ПЛ его значение уменьшилось. Тем не менее, он не вышел из употребления, потому что даже под РДП лодки производят достаточно выхлопа для обнаружения. Основным носителем газоанализаторов является авиация.

Очевидно, что этот способ пригоден только против подводных лодок, использующих дизеля. В этом его главный недостаток. Кроме того, его надежность сильно зависит от погодных условий — силы ветра, влажности и температуры.

Достоинство способа — его пассивный характер.

Обнаружение по тепловому следу

В качестве охладителя внешнего контура реакторы АПЛ используют забортную воду. После сброса обратно за борт вода оказывается теплее окружающей.

Способ получил распространение потому, что оставляемый лодкой тепловой след много больше по размерам чем сама лодка, и значит обнаруживается легче. Кроме того, след имеет свойство со временем подниматься к поверхности (одновременно размываясь и остывая). Вышедший на поверхность след обнаруживается даже из космоса. Но стойкость его невелика: меньше получаса.

Разница температур обычно недостаточна, чтобы обнаружить лодку с одного замера. Требуется сравнение и сопоставление многих замеров. Поэтому применение ограничено сетями специализированных РГАБ, космической разведкой и реже — системами стационарного наблюдения.

Достоинствами этого способа являются большая дальность и его пассивный характер.

Недостатками являются недостаточная надежность одиночного замера, неустойчивость к помехам и в результате ограниченный круг применения — только против атомных ПЛ.

С повышением скрытности атомных ПЛ разница, например, температур охладителя и забортной воды уменьшилась настолько, что для имеющихся датчиков стала плохо различима на фоне помех. То же можно сказать о магнитной аномалии ПЛ с титановым корпусом.

Иллюстрация акустической контрастности ПЛ до и после применения SURTASS

Поскольку заметного прироста чувствительности датчиков не ожидается, упор перенесен на комплексную обработку данных от нескольких способов обнаружения. Так, разница температур от охладителя дополняется разницей от перемешивания воды винтом, акустической сигнатуры кильватерного следа, электрического потенциала между верхней и нижней поверхностями корпуса лодки, и других. На первый план выходят мощность процессора сигналов и накопление данных наблюдения, для выделения цели на естественном фоне моря. Так, использование протяженной буксируемой антенны (ПБА) системы SURTASS, состоящей из многих гидрофонов, качественно повысило акустическую контрастность целей.

Большую роль играли и играют косвенные методы обнаружения. Лодка не может постоянно держать наивысший уровень скрытности, так же как не может находиться под водой вечно. Рано или поздно она вынуждена обнаруживать себя. Все косвенные методы основаны на попытках предсказать место и время, когда лодка понизит скрытность, и этим воспользоваться.

Основными силами для обнаружения и уничтожения подводных лодок являются противолодочные самолёты и корабли, торпедные и многоцелевые подводные лодки, противолодочные вертолёты, а их средствами — датчики, основанные на перечисленных выше методах, и специализированные процессоры обработки информации.

Также в целях обороны противолодочное вооружение устанавливается на другие виды боевых кораблей и на стратегические подводные лодки.

Само обнаружение ПЛ еще не гарантирует поражения. Чтобы противолодочные силы могли сблизиться и успешно атаковать, установленный контакт нужно поддерживать до их подхода. Из-за невысокой надежности всех методов поддержание контакта выливается в отдельную задачу, под названием слежение за подводными лодками.