8.2.6.Акустичний тракт для лунометоду із застосуванням поверхневих або нормальних хвиль
Розрахунок акустичного тракту використаємо, скориставшись енергетичним підходом, сутність якого полягає в поетапному розгляді енергетичного стану ультразвукового променя від випромінювання до приймання. В цьому разі коефіцієнт акустичного тракту визначають за відомим співвідношенням між потужністю, інтенсивністю і акустичним тиском у випромінювальному і приймальному перетворювачах.
У практиці ультразвукового контролю найчастіше використовують акустичні тракти моделей А і Б (див. п.8.2). Ці випадки проілюстровано на рис. 8.15.
Рис. 8.15. Акустичний тракт з використанням пластинчастих
хвиль (Релея або Лемба)
Модель
А. Для
цієї моделі характерні випадки, коли
і
.
Ідеальним
відбивачем (дефектом) може бути тріщина
глибиною, що перевищує
(або перетинає всю пластину – для хвиль
Лемба), завширшки
і розташована перпендикулярно до
акустичної осі.
Потужність
випромінюваного звукового потоку
,
що перетинає межу розділу перетворювач
– призма,
.
(8.14)
Потужність сигналу, який перетнув межу поділу призма – об'єкт контролю
.
(8.15)
Вважаємо,
що в межах сектора
поширюється
випромінюваної енергії з нерівномірністю
,
а відбивач стає вторинним випромінювачем,
що випромінює енергію потужністю
:
.
(8.16)
Потужність прийнятого сигналу перед надходженням в призму, який потім перейде в перетворювач, за аналогією з формулою (8.16) становить
.
(8.17)
У результаті потужність прийнятого приймачем сигналу буде такою
.
(8.18)
Об'єднавши формули (8.14–8.18) у систему рівнянь, одержимо вираз для коефіцієнта акустичного тракту:
.
(8.19)
Тут
і
– коефіцієнти
проходження за інтенсивністю на межах
розділу у тому числі і для трансформації
хвиль.
Для
малих кутів
можна виконати заміну
і
.
Тоді після підставлення в рівняння (8.46) отримаємо коефіцієнт акустичного тракту
.
Модель
Б. Для
цієї моделі характерні випадки, коли
,
а
(малий відбивач – в ближній зоні). Решта
умов аналогічна моделі А.
Виходимо з такого ж енергетичного підходу:
,
.
У ближній зоні (трубці випромінювання) промінь не розходиться, тому вважаючи інтенсивність у перетині променя умовно однаковою, дістанемо
.
Тепер
відбита поверхнева хвиля потужністю
утворює пучок, що розходиться і в який
потрапляє приймач. За аналогією з
рівнянням (8.17) маємо
,
а потім і
.
Об'єднавши попередні чотири рівняння в систему рівнянь, отримаємо вираз коефіцієнта акустичного тракту у формі
.
Для малих кутів можна здійснити заміну
,
унаслідок чого отримаємо спрощену (оціночну) формулу коефіцієнта акустичного тракту для моделі Б
.
8.2.7. Акустичний тракт у виразі похилого введення ультразвукових хвиль
Розрахунок акустичного тракту розпочинають з визначення розрахункової моделі. Для цього будують еквівалентну схему акустичного тракту, за якою визначають базову розрахункову модель (рис.8.16).
За похилого введення із заломленням променя визначають положення і розмір уявного випромінювача. При цьому випрямляють акустичну вісь, а середовища падіння і заломлення променя замінюють одним середовищем.
Рис. 8.16. Тракт у разі похилого введення з трансформацією хвиль
Відповідно до схеми акустичного тракту і променевої картини виконаємо еквівалентні заміни:
;
.
Якщо виявиться, що акустичний тракт підпадає під першу розрахункову модель, то коефіцієнт акустичного тракту набуде у вигляду
.
Якщо відбивач розташований на акустичній осі, а його поверхня перпендикулярна до осі, то коефіцієнт акустичного тракту
.