ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пьезоэффект. Пьезопреобразователи из "Неразрушающий контроль Т3" По измерениям А.Х. Вопилкина [232] при уменьшении величины д тип дифракции, отвечающий объемному дефекту, переходит в тип дифракции, соответствующий плоскостному дефекту. На рис. 1.31 показана зависимость отношения амплитуд первых двух эхосигналов АА на излучателе-приемнике от величины Сплошная линия - среднее значение экспериментальных данных, штриховые -среднее квадратическое отклонение значений. [c.53] Область I соответствует типу дифракции на объемном дефекте. Амплитуда волны обегания-соскальзывания значительно меньше зеркального отражения. Область III соответствует дифракции на плоскостном дефекте сигналы от обеих блестящих точек близки по амплитуде. Область II - промежуточная. [c.53] Рефракция — это преломление волн. Применительно к УЗ-волнам под рефракцией понимают непрерывное изменение направления акустического луча в среде, скорость в которой изменяется. Рефракцию наблюдают, например, в аустенитном сварном шве (см. разд. 5.1.3.1) и при распространении волн в поверхностно закаленном слое (см. разд. 7.12). В последнем случае твердость материала с глубиной уменьшается, а скорость звука увеличивается. В результате наклонные к поверхности УЗ-лучи искривляются и даже выходят на поверхность ввода. Это явление используют для измерения глубины поверхностно закаленного слоя. [c.53] Для излучения и приема упругих колебаний и волн применяют различные способы. Все они основаны на преобразовании энергии. В простейшем случае такое преобразование может происходить без изменения вида энергии например, возбуждение акустических импульсов в бетоне - ударом молотка. При этом кинетическая механическая энергия молотка преобразуется в механическую же энергию упругой волны. [c.53] Однако чаше возбуждение и прием упругих колебаний сопровождается изменением вида энергии, например из электрической в механическую, и наоборот. В некоторых случаях используют многократные преобразования видов энергии. Так, при лазерном способе возбуждения УЗ электрическая энергия генератора импульсов преобразуется сначала в световую, затем в тепловую и, наконец, в механическую энергию упругих волн. [c.53] Одни преобразователи (например, пьезоэлектрические) требуют наличия между ними и ОК промежуточной материальной среды (жидкости, слоя мягкого пластика, газа). Другие (лазерные излучатели и приемники УЗ, ЭМА-преобразова-тели) в такой среде не нуждаются и могут работать даже в вакууме. Классификация преобразователей по способам связи с ОК приведена в разд. 2.1.9. [c.54] В отечественной литературе термин преобразователь имеет двоякий смысл. Наряду с рассмотренным активным элементом, в котором происходит сам процесс возбуждения или приема упругих колебаний, этот же термин применяют для обозначения законченного конструктивного узла аппаратуры, включающего в себя также дополнительные детали (корпус, провода, крепежные и монтажные детали и т.п.). [c.54] Далее будут рассмотрены основные типы преобразователей, применяемых для излучения и приема упругих колебаний в акустических методах контроля и диагностики. [c.54] Основные понятия. Наибольшее распространение в акустических методах неразрушающего контроля и диагностики получили пьезоэлектрические преобразователи. Они обратимы, т.е. используются как для излучения, так и для приема упругих колебаний и волн. Активным элементом преобразователя служит пьезоэлемент. В общем случае преобразователь может содержать один или несколько пьезоэлементов различной формы. [c.54] Преобразователь как самостоятельный функциональный узел прибора обычно соединяют с электронным блоком гибким коаксиальным кабелем. В простейшем случае используют один пьезоэлемент, выполняемый в виде пластины из пьезоэлектрического материала. Для излучения упругих волн пьезоэлемент возбуждают электрическим напряжением генератора. Электрические сигналы, появляющиеся на пьезоэлементе при приеме упругих колебаний, подают на вход усилителя прибора. [c.54] Обычно при УЗ-контроле применяют пьезопреобразователи с пьезоэлементом в форме пластины пьезопластины). Она имеет токопроводящие электроды на больших поверхностях. На электроды подают напряжение от генератора электрических колебаний или снимают сигналы, подаваемые на усилитель. [c.54] Прямой пьезоэффект состоит в появлении электрических зарядов при деформации пьезоэлемента, а обратный - в его деформации под действием электрического поля. Таким образом, пластина излучает благодаря обратному пьезоэффекту, а принимает — благодаря прямому. [c.55] Чтобы возбудить поперечные волны, можно заставить поверхности специально изготовленной пьезопластины колебаться в направлениях, перпендикулярных к ее толщине, т.е. совершать сдвиговые колебания (рис. 1.32, б). Но такие колебания трудно передать в ОК поверхность пластины будет проскальзывать относительно поверхности ОК и обычная контактная жидкость передать колебания не поможет. Преобразователь с такой пластиной приклеивают к поверхности ОК или используют очень вязкую контактную жидкость. [c.55] В высокочастотной УЗ-дефектоско-пии применяют более удобный способ возбуждения поперечных волн. Продольную волну возбуждают в промежуточной среде - призме (чаще всего из плексигласа или другой пластмассы) и направляют на поверхность ОК наклонно. Угол падения выбирают между первым и вторым критическими значениями (см. разд. 1.1.4). В результате в изделии распространяется наклонная к поверхности вертикально поляризованная поперечная волна. Такой преобразователь называют наклонным. [c.55] Дадим определения указанным в табл. 1.7 свойствам и поясним область их применения. [c.55] Скорость звука (продольных волн) в направлении толщины пластины С] требуется для расчета толщины h пьезопластины, при которой пластина обладает резонансными свойствами. Если колебания в ненагруженной пластине возбудить коротким электрическим воздействием, а затем предоставить ей возможность колебаться свободно, то колебания будут происходить на собственных частотах, которые часто не вполне правильно называют резонансными. [c.55] Под влиянием контактирующих с пластиной элементов эта частота немного изменяется. Частоту, которую возбуждает преобразователь, называют его рабочей частотой. Пьезоматериалы обладают анизотропией свойств, поэтому в других направлениях скорость продольных волн может отличаться от с. [c.56] Значение Р зависит от материала и моды колебаний пьезопреобразователя. [c.57] Недостатки некоторых пьезоматериалов (например, ЦТС) - большое значение и, соответственно, большая емкость пьезопластины. Это уменьшает чувствительность во время приема сигналов усилителем напряжения с высоким входным импедансом. Однако амплитуду сигнала можно существенно повысить применением усилителя тока с низким входным импедансом [185]. [c.57] Если преобразователь раздельный, то пьезопластину приемника можно сделать из материала с малым г (например, сульфата лития, как это рекомендуется в США), а чувствительность увеличить путем использования предусилителя напряжения с очень высоким входным импедансом, расположенного как можно ближе к пьезоэлементу. Это исключает шунтирование малой емкости пьезоэлемента существенно большей емкостью кабеля и монтажа, что резко снижает уровень принимаемого сигнала. [c.57] Вернуться к основной статье