Конструкции акустических преобразователей.

Прямой преобразователь (Рис.9.1)

Рис.9.1 Прямой преобразователь

1 – пьезопластина (ПП)

2 – демпфер

3 – протектор

4 – катушка индуктивности

5 – система проводников

6 – металлический корпус

7 – кабель

1. Пьезопластина.

Пьезопластину обыч­но изготовляют из ЦТС. В настоящее время часто используют ке­рамику ПКР и метаниобат свинца. Толщину ПП делают равной половине длины волны. Для ЦТС на час­тотах 1... 10 МГц она равна 0,16... 1,6 мм.

dпп = λпп /2

(9.1)

На поверхности пьезопластины методами вжигания, осаждения или напыления в вакууме наносят серебряные или медные элек­троды, которые системой проводников соединяют с кабелем, а через него—с дефектоскопом.

2. Демпфер.

Пьезопластину приклеивают к демпферу, который повышает ее механическую прочность и расширяет полосу пропускания. Для того чтобы ультразвуковые колебания, отраженные от задней по­верхности демпфера, не вызывали помех, демпфер изготовляют из звукогасящего материала, например из эпоксидной смолы с по­рошкообразным наполнителем из тяжелого металла (вольфрама) в весовой пропорции 1/6... 1/12. Это приближает волновое сопро­тивление демпфера к ρ·с ПП и увеличивает широкополосность преобразователя. При контроле изделий большей толщи­ны, когда разрешающая способность не имеет существенного зна­чения, а повышение чувствительности весьма желательно, приме­няют демпфер с малым акустическим сопротивлением.

Итак, демпфер необходим для гашения свободных колебаний пьезопластины. Чтобы волна уходила в демпфер необходимо 3 условия:

• 1 условие

Коэффициент отражения R должен стремится к 0, а следовательно коэффициент прозрачности Д должен быть максимален.

Z_демп = Z_ПП

• 2 условие

Высокий коэффициент затухания δ. Для этого ПП заливают эпоксидной смолой, добавляя свинец (PbO, Pb₂O₃, Pb₄O₅ - порошок) для утяжеления. Степень демпфирования можно менять. Порошок позволяет рассеивать волны, следовательно, увеличивает затухание.

• 3 условие

Используют наклонный демпфер, чтобы волна в нем гуляла.

1. Демпфирование позволяет уменьшить мертвую зону. Мертвая зона – это основной параметр контроля. Проблема заключается в том, что дефект в зондирующем импульсе может не обнаружиться.

Мертвая зона – это толщина зоны вблизи поверхности объекта контроля, в пределах которой дефект невозможно обнаружить.

Lм.з =

(9.2)

τ_имп – длительность импульса

τимп = τзи + τршх

(9.3)

τ_ршх – реверберационная шумовая характеристика преобразователя

Пример: τ_имп = 5T

f = 2,5 Мгц

L_м.з = = ( )/2 = 6мм

Для СО-2 L_м.з = 3мм

2. Демпфирование влияет на лучевую разрешающую способность.

ЛРС - минимальное расстояние в лучевом направлении, при котором сигналы от дефектов видны на экране как два раздельных импульса (Рис.9.2)

Рис.9.2 Лучевая разрешающая способность

На экране должны разрешиться 2 импульса от дефектов.