Структуры и параметров твёрдых тел.
Методы акустического контроля подразделяют на две группы: методы, основанные на излучении в контролируемое изделие волн от внешнего источника и их приеме, и методы, основанные на приеме упругих волн, возникающих в самом контролируемом изделии. Методы первой группы называют активными, второй — пассивными. В свою очередь, активные методы основаны на использовании бегущих и стоячих волн или резонансных колебаний.
Ультразвуковая дефектоскопия с использованием бегущих волн основана на их свойстве направленно распространяться в средах в виде лучей и отражаться от границ сред или несплошностей, обладающих другими акустическими свойствами.
Эхо-импульсный метод (метод эхолокации) заключается в прозвучивании изделия короткими импульсами ультразвуковых колебаний.
Теневой метод реализуется путем сквозного прохождения ультразвука через изделие.
Зеркально-теневой метод является комбинацией описанных методов.
Эхо-сквозной метод (разновидность теневого метода) используют только при контроле листов и труб, для которых характерны полупрозрачные для ультразвуковых колебаний дефекты.
Дельта-метод основан на регистрации трансформированных на дефекте падающих на него поперечных волн от наклонного ПЭП.
Импедансный метод предназначен для определения качества припайки или приклейки тонкостенной металлической или пластмассовой обшивки к твердой подложке и основан на анализе режима колебаний стержня (с пьезоэлементом), опирающегося на поверхность изделия.
|
|
|
Метод свободных колебаний, или спектральный метод, основан на анализе спектра частот собственных колебаний изделия, вибрирующего после удара по нему (рис.1).Анализ спектра производится или на слух (по звону стеклянной посуды), или с помощью специальной аппаратуры.
Рис.1 Схема обнаружения дефектов методом акустического контроля, свободных колебаний
Резонансный метод дефектоскопии и толщинометрии основан на возбуждении и анализе резонансных колебаний в исследуемом объеме изделия.
Метод акустической эмиссии основан на регистрации упругих волн.
Поскольку ультразвуковые волны в используемом на практике мегагерцевом диапазоне частот не проходят через воздух, зазор между преобразователем и контролируемым изделием должен быть заполнен контактной жидкостью. По способу создания акустического контакта различают следующие акустические методы: контактный, щелевой (менисковый), иммерсионный и бесконтактный.
Известно, что в жидкости могут распространяться только продольные волны. В твердом изотропном теле существуют лишь продольные и поперечные волны. Поэтому явления отражения и преломления на границе раздела жидкость — твердое тело одно из самых сложных.
|
|
|
Если плоская волна падает на границу жидкость — твердое тело,то в результате взаимодействия падающей волны с неоднородностью, обусловленной границей, могут возникнуть следующие дополнительные волны: продольная в жидкости, продольная в твердом теле и поперечная в твердом теле.[23]
Импульсный метод измерения параметров ультразвуковых волн
Импульсный метод исследования впервые был использован С.Я. Соколовым для целей ультразвуковой дефектоскопии и применительно к вопросам распространения ультразвука в металлах и диэлектриках. Позднее этот метод был успешно применен некоторыми авторами для исследования жидких сред. Принципиальное отличие импульсного метода от резонансного состоит в том, что в нем используются бегущие ультразвуковые волны. Принцип работы импульсным методом может быть представлен следующей схемой (рис.3) [2.3.1] . Синхронизирующий генератор вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с регулируемым периодом повторения Тп (рис.6, диаграмма 2), запускающих генератор радиоимпульсов. Последний генерирует рабочие импульсы высокочастотных колебаний (рис.6, диаграмма 2), которые поступают на пьезопреобразователь. Частота заполнения радиоимпульсов должна быть близка к собственной частоте пьезопластинки или к одной из высших нечетных ее гармоник.
|
|
|
Рис.3 Функциональная схема ультразвуковой импульсной установки
Вследствие пьезоэффекта электрические колебания преобразуются в ультразвуковые и через тонкий переходный слой вещества, согласующего акустические сопротивления пьезопреобразователя и исследуемой среды, передаются в образец перпендикулярно к его плоскопараллельным плоскостям (рис.5). В результате в образце возникает бегущая ультразвуковая волна. При работе «на отражение» в качестве излучателя и приемника ультразвука используют один и тот же преобразователь. Длительность рабочего импульса Ти выбирают такой, чтобы он закончился раньше момента возвращения на преобразователь отраженной от противоположного торца образца упругой волны ( 
). Ультразвуковой сигнал испытывает многократное отражение между торцевыми плоскостями образца до полного затухания в материале исследуемой среды. На обкладках пьезопреобразователя, работающего теперь как приемник, возникает последовательность убывающих времени радиоимпульсов (рис.4, диаграмма 3)с периодом повторения Т3, определяемым упругими свойствами и длинной образца. Период повторения Тп импульсов генератора должен превышать затухания ультразвукового импульса в образце. Электрические колебания, возбужденные в преобразователе, усиливаются, детектируются (рис.4, диаграмма 4)и поступают на вертикальные пластины осциллографа, горизонтальная развертка которого синхронизирована с частотой посылок радиоимпульсов. На экране осциллографа будет наблюдаться последовательность затухающих во времени видеоимпульсов с периодом повторения Тз. При наличии градуированной развертки осциллографа можно измерить запаздывание разных эхо-сигналов, прошедших различные расстояния, кратные двойной длине образца, и определить скорость распространения ультразвуковых волн. Относительное уменьшение амплитуды отраженных сигналов характеризует затухание ультразвука в исследуемой среде. При работе с одним преобразователем необходима блокировка приемноусилительного тракта во избежание его перегрузки во время действия радиоимпульсов генератора.
|
|
|
В режиме работы «на просвет» используют два одинаковых преобразователя, располагаемых соосно на противоположных торцах образца (рис.3, пунктир). Каждый раз при многократном отражении импульса от нижнего торца образца часть ультразвуковой энергии проходит во (второй преобразователь, который генерирует последовательность затухающих радиоимпульсов, смещённую на время 
относительно последовательности импульсов, наблюдаемых при работе с одним преобразователем (рис.4, диаграмма 5). Пройдя тракт усиления продетектированные эхо-сигналы наблюдаются на экране осциллографа (рис.4, диаграмма 6).При работе с двумя преобразователями исключается возможность перегрузки приемного тракта в период действия радиоимпульса генератора. При этом, однако, увеличивается потери энергии за счет наличия второго переходного слоя.
Рис.4 Временная диаграмма импульсов
Рис.5 Расположение пьезопреобразователя на образце: 1,2- посеребрённые плоскости, 3- пьезоэлемент, 4- переходный слой, 5- образец.
Существуют лазерные, искровые и другие методы возбуждения акустических волн. Однако их практически не применяют, поскольку еще не найдены эффективные методы, обеспечивающие бесконтактный прием волн.[6]
Рассмотрим специфические погрешности, присущие импульсному методу измерения коэффициента поглощения.
1. Ошибки, вызванные значительной протяженностью спектра импульса в частотной области. Спектральные составляющие достигают значительных величин в пределах частот 
,
(1)
Для получения неискаженных результатов необходимо, чтобы полоса пропускания всего измерительного тракта — преобразователей, усилителей и т. д.— была не меньше, чем спектр сигнала.
Ширина полосы преобразователя практически определяется добротностью его механической стороны. Пренебрегая механическими потерями для преобразователей в виде пластин можно получить ширину частотной области, в которой они действуют эффективно:
(2)
где ρкск —удельное волновое сопротивление пьезоэлектрика;
ρс—удельное волновое сопротивление жидкости.
В свою очередь, максимально допустимая длительность импульса в пространстве Δtc не должна превышать длины образца, иначе в нем возникнут стоячие волны и потеряет смысл импульсный режим работы, позволяющий разделить прямые и отражённые сигналы во времени:
Δtс<1 (3)
Обычно измеряемая скорость звука приближенно (с точностью до 50%) известна, поэтому для заданной длины сосуда можно определить минимальное значение несущей частоты, при котором преобразователь обеспечивает необходимую полосу пропускания. Приняв Δtс= 0,8l, что удовлетворяет условию (3), получим
(4)
2. Искажение формы импульсного сигнала. Весь электронный тракт должен быть строго линейным. Только в этом случае можно рассчитывать на получение надежных результатов. Обычно для определения ΔА используют следующую процедуру измерений: напряжения, снимаемые с приемника, расположенного на расстояниях 
и 
от излучателя, подают на осциллограф. С помощью прецизионного делителя их уравнивают. Разница между показаниями делителя, выраженная в децибелах, и составляет значение ΔА. При такой операции даже нелинейный сигнал может быть приведен к одному значению. Однако чувствительность к изменению ΔА нелинейного сигнала будет заметно ниже, причем небольшое изменение сигнала плохо фиксируется прибором или наблюдателем.
Исследования показали, что значительная часть ошибок при измерении коэффициента поглощения вызвана тем, что фактическое ультразвуковое поле, создаваемое излучателем в среде, отличается от плоского. В связи с этим в измерительную процедуру стараются включать операции, тем или иным образом контролирующие характер зависимости сигнала от расстояния [8].
1. М.А. Криштал страница 60
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 167; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!