- •Основные параметры колебаний. Импульсные колебания.
- •Основные параметры волн.
- •Упругие свойства некоторых сред
- •Типы волн.
- •Головные волны.
- •Релеевские волны.
- •Волны Лэмба.
- •Волны Похгаммера.
- •Крутильные волны.
- •Типы волн по виду волнового фронта.
- •Явления на границах раздела сред.
- •Нормальное падение уз волны на границу раздела сред.
- •Ослабление узк волн
- •Влияние затухания на результаты контроля.
- •Акустическое поле уз преобразователя.
- •Акустическое поле и диаграмма направленности наклонного преобразователя.
- •Классификация акустических преобразователей.
- •Конструкции акустических преобразователей.
- •Пьезопластина.
- •Демпфер.
- •Протектор
- •Катушка индуктивности
- •Система проводников
- •Металлический корпус
- •Наклонный преобразователь.
- •Раздельно – совмещенный преобразователь.
- •Акустический тракт дефектоскопа (эхо – импульсного)
- •Формулы акустического тракта.
- •Ард диаграмма (амплитуда-расстояние-диаметр).
- •Классификация акустических методов нк.
- •Методы отражения.
- •Дельта – метод
- •Реверберационный метод
- •Методы прохождения
- •Теневой метод
- •Временно – теневой
- •Велосиметрический метод
- •Комбинированный метод
- •Зеркально – теневой
- •Импедансный метод
- •Методы колебаний (свободные, вынужденные)
- •Метод свободных колебаний
- •Основные измеряемые параметры аэ
- •Рассмотрим одиночный импульс:
- •Рассмотрим поток импульсов
- •Классификация источников аэ
- •Критерии браковки
- •Локализация источников аэ
- •Преобразователи аэ
- •Измеряемые характеристики выявляемых дефектов по узк (эхо – метод)
- •Условные размеры дефектов.
- •Расстояние между дефектами.
- •Форма дефекта.
- •Основные параметры контроля.
Влияние затухания на результаты контроля.
Затухание приводит к уменьшению амплитуды сигнала от дефекта (Рис.7.1)
Рис.7.1 Затухание волн от структуры
Амплитуду можно увеличить за счет усиления N (дБ) амплитуды генератора и амплитуды зондирующего импульса. Рассеивание приводит к шумам структуры металла «трава». Шумит структура крупного зерна. Чтобы предотвратить шумы уменьшают частоту, однако с уменьшением частоты маленькие дефекты могут не выявится. Следовательно, необходимо уменьшить чувствительность до λ/2 (это минимальная выявляемость размера дефекта). Крупное зерно имеет литье, его очень сложно контролировать УЗ.
Акустическое поле уз преобразователя.
(для прямого преобразователя и круглой пьезопластиной)
Акустическим полем преобразователя называют область пространства, упругие колебания в точках которого определяются их положением относительно объекта, порождающего это поле: излучателя, отражателя, границы раздела сред и т.д.
Диаграмма направленности (ДН) преобразователя определяет относительную величину смешении в любой точке М упругого полупространства, положение которой описывается значениями углов α, Q и радиус-вектором r точки наблюдения в дальней зоне (Рис.7.2). Акустическое поле обусловлено геометрией, размерами, рабочей частотой преобразователя, упругими свойствами среды, в которую излучается ультразвук, и длительностью генерируемых импульсов.
Рис.7.2 Акустическое поле УЗ преобразователя
Обозначим относительное распределение амплитуды (колебаний) по пространственному углу .
Рис.7.3 Диаграмма направленности преобразователя
Рассмотрим звуковое поле дискового излучателя (Рис.7.3). Считается, что поле преобразователя состоит из ближней и дальней зон. Ближняя зона (зона Френеля), в которой волна практически не расходится, определяется длиной (Рис.7.4)
-
Nδ = Ø2/4·λ = =
(7.1)
Где S – площадь пьезоэлемента
Рис.7.4 Ближняя и дальняя зоны поля преобразователя
Где О – эффективный акустический центр (точка наблюдения);
а - расстояние до эффективного акустического центра;
В ближней зоне смещения испытывают осцилляции, существование которых объясняется большой разницей путей от различных точек преобразователя до исследуемой точки и связанной с этим разностью фаз приходящих сигналов. Ближняя зона не может быть использована для измерения затухания, так как в ней наблюдаются интерференционные минимумы и максимумы, поэтому толщина исследуемых образцов должна быть больше протяженности зоны Френеля Nб.
Когда расстояние до точки наблюдения r > Nб амплитуда на оси преобразователя монотонно убывает с расстоянием, а поле имеет форму усеченного конуса с углом 2Q при вершине (дальняя зона преобразователя – зона Фраунгофера). Угол первого минимума диаграммы направленности (~ 80% от всей энергии излучения – основной лепесток) преобразователя в дальней зоне Q, отсчитанный от нормали определяется:
-
Q1min = arcsin ( ) = arcsin ( )
(7.2)
Где N – уровень, относительно которого определяется ширина диаграммы направленности;
Если уровень: 0 , то N = 1,22
0,5 (-6 дБ), то N = 0,7
Уменьшение амплитуды в дальней зоне происходит по закону:
-
U = U0·e-бr·G / r + a
(7.3)
G – размерный коэффициент;
r = 0 (на поверхности);
U = U0 → G = a
-
U = (U0a / r + a) * e-бr
(7.4)
Чем больше диаметр d преобразователя и частота f преобразователя, чем уже основной лепесток диаграммы направленности Q/
Пример 1: Пусть имеются преобразователи разных диаметров и разной частоты.
Ø Ø Ø/2 Ø/2
f=1МГц f=2МГц f=3МГц f=4МГц
Nδ ~ Ø2 * 1 Nδ ~ Ø2 * 2 Nδ ~ (Ø2 * 3) / 4 Nδ ~ (Ø2 * 4) / 4
Q ~ 1 / Ø * 1 Q ~ 1 / Ø * 2 Q ~ 2 / 3Ø Q ~ 2 / 4Ø
1 0,5 0,66 0,5
max min min
Пример 2: Сравнить и определить ближнюю зону в стали и воде.
Ø Ø
f = 1MГц f = 2МГц
ν(вода) = 1500 м/с υ(сталь) = 6000 м/с
Nδ = (Ø2 * 1)/4 * 1500 = Ø2/6000 Nδ = (Ø2 * 2)/4 * 6000 = Ø2/12000
Таким образом, ближняя зона в воде в 2 раза больше, чем в стали.