ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Излучение и прием акустических волн из "Неразрушающий контроль. Кн.2" Для излучения и приема акустических волн в АК используют преобразование электрических колебаний в механические и обратно с помощью электроакустических преобразователей (ЭАП). Краткие сведения о них даны во введении. Здесь рассмотрены основные принципы их работы. Устройство ЭАП для кетодов отражения н прохождения рассмотрено в п. 2.1.2. [c.56] В ЭАП для акустических методов контроля чаще всего используют пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектричество (от греч. piezo — давлю)—возникновение электрической поляризации некоторых диэлектриков при их механической деформации. Соответствующие преобразователи называют пьезоэлектрическими (ПЭП). Чувствительный элемент из пьезоматериала (пьезоэлемент) обычно имеет форму пластины. На противоположные ее поверхности наносят металлические (серебряные, медные) электроды. Значительно реже применяют пьезоэлементы другой формы 13], поэтому здесь они не рассматриваются. [c.57] При подаче на электроды электрического напряжения пластина изменяет свои размеры или испытывает деформацию сдвига вследствие так называемого обратного пьезоэффекта. Если напряжение знакопеременно, то пластина колеблется в такт с этими изменениями, создавая в окружающей среде упругие колебания, при этом пластина работает как излучатель. Наоборот, если пьезопластина воспринимает импульс давления или сдвига (акустическую волну), то на электродах вследствие прямого пьезоэффекта Появятся электрические заряды. В этом случае пластина работает как приемник. [c.57] Способы акустического контакта. Преимущества пьезоэлектрического способа излучения и приема перед другими, описанными далее, состоят в высокой эффективности преобразования и малога-баритности преобразователей. Основной недостаток — необходимость контактной среды (обычно жидкости) для передачи акустических колебаний от преобразователя к ОК и обратно. В зависимости от толщины слоя контактной жидкости различают три способа ввода ультразвуковых колебаний (акустического контакта). [c.57] При контактном способе слой жидкости имеет толщину меньше длины волны ультразвука в ней Я. Этого достигают путем плотного прижатия преобразователя (давление должно быть не меньше 200 Па) к ОК, на поверхность которого предварительно наносят хорошо смачивающую жидкость (масло, глицерин, воду со смачивающими добавками и др.). Нарушение жидкой прослойки или изменение ее толщины приводит к изменению качества акустического контакта и, как следствие, к снижению достоверности результатов контроля. При контактном ручном способе контроля для обеспечения стабильности контакта, как правило, производят подготовку поверхности (см. п. 3.1.1). [c.57] Для обеспечения иммерсионного варианта акустического контакта ОК целиком погружают в иммерсионную ванну. Иногда в зоне контроля создают локальную иммерсионную ванну либо применяют струйный контакт (через струю жидкости). Иммерсионный способ применяют при контроле объектов с сильно шероховатой поверхностью, но без макронеровностей. [c.58] Иногда в качестве передающей среды используют не жидкость, а тонкие слои резины или эластичной пластмассы (например, полиуретана). При контроле низкочастотными (до 100 кГц ) методами (например, импедансным) применяют сухой точечный контакт преобразователь со сферическим наконечником прижимают к поверхности ОК без применения контактной жидкости. [c.58] При контроле изделий из пластмассы и композитных материалов (см. 3.2) иногда применяют акустический контакт через слой воздуха воздушно-акустическую связь. Такой способ связи не употребляют при контроле металлов из-за большой разницы акустических сопротивлений и малом коэффициенте прозрачности (см. задачу 1.3.1). Разница волновых сопротивлений для воздуха и пластмассы существенно меньше, поэтому доля прошедшей в ОК акустической энергии достаточна для выполнения контроля. [c.58] Из пьезокерамических материалов, применяемых в НК, наиболь , шее распространение в нашей стране получили цирконат-титанат свинца (ЦТС) и твердые растворы четырехкомпонентных систем, включающих титанат свинца и цирконат свинпа (ПКР). За рубежом широко применяют метаниобат свинца и ниобат лития. Преимущество первого из них в том, что у него слабы колебания по ширине пластины, которые являются паразитными по отношению к основным колебаниям по толщине второй имеет большое затухание и позволяет получить короткие импульсы. [c.59] С величиной е оно связано формулой (е — e)/e =p . [c.60] Как показано в дальнейшем, величина определяет эффективность возбуждения и приема пластиной акустических волн. Для согласования пластины с прибором важно, чтобы было достаточно велико е (при условии сохранения большого значения р). Это позволяет применять соединительный электрический кабель с большой удельной емкостью. [c.60] Здесь рассмотрена работа ПЭП в импульсных дефектоскопах, применяемых для контроля методами отражения и прохождения. Работа ПЭП в приборах, работающих по методам колебаний, будет рассмотрена в 2.5. Комплексные сопротивления Z и подбирают из условий оптимальной связи генератора с ПЭП достижения максимальных значений коэффициента преобразования и ши-рокополосности. Шнрокополосность имеет важное значение для импульсных дефектоскопов она позволяет обеспечить наименьшее искажение в процессе излучения и приема коротких акустических импульсов. [c.62] Акустическая нагрузка пластины вызывает появление действительной части в ее комплексном электрическом сопротивлении. Акустическую нагрузку определяют волновые сопротивления протяженных сред, в которые пластина излучает волны, и промежуточные тонкие слои между пластиной и этими средами. На одной (нерабочей) поверхности находится нагрузка — демпфер, к которому пластину обычно приклеивают. На другой (рабочей) поверхности нагрузка — тонкие слои (контактная жидкость, протектор, клей) и протяженная среда (ОК, иммерсионная жидкость, призма). [c.63] При отсутствии демпфера (2о=0) /Ст=0,5 и уменьшается с ростом 2о. Значение Кт можно увеличить, вводя между пластиной и средой, в которую излучается волна, согласующий четвертьволновой протектор (см. 1.3), у которого волновое сопротивление 2пр=У212. Тогда m=0,5zl/(г,- гo). При го=0 по-прежнему /Ст=0,5. Однако при наличии демпфера и неравенства 2 и 2] значение Кт заметно увеличивается, например, при излучении в воду приблизительно в 4 раза. Это происходит потому, что отражение от просветленной границы практически отсутствует и значительно большая часть энергии поступает в ОК. [c.65] Полоса пропускания преобразователя оказывает влияние на длительность формируемых импульсов. Чем она шире, тем более короткие импульсы удается сформировать, а это существенно улучшает многие характеристики эхометода (см. 2.4). [c.65] Расширить полосу пропускания можно рациональным выбором электрической и акустической добротности. Напомним, что добротность колебательной системы определяют как умноженное на 2п отношение всей запасенной в систе 1е энергии к потерям энергии за период колебаний на резонансной частоте. В нашем случае имеется две колебательные системы с одинаковой резонансной частотой, связанные явлением пьезоэффекта,— это электрический контур и пьезопреобразователь. Количественно связь определяет величина р. [c.65] Вернуться к основной статье