21. Чем определяется механическая добротность пьезопреобразователей? За счет каких параметров можно реально повысить мощность акустического излучателя?

Пьезопластина работает в условиях довольно сложной акустической нагрузки.При воздействии переменного давления или электрического напряжения возможно совпадение их частоты с собственной частотой колебаний пластины. В этом случае амплитуда переменной деформации пьезоэлемента A_r возрастает по сравнению с амплитудой A_s при возбуждении на частоте, далекой от резонансной. Возрастание амплитуды колебаний равно

(2.1)

где Q - механическая добротность преобразователя, характеризующая эффективность его работы как колебательной системы.

Добротность преобразователя, граничащего с окружающей средой, зависит от соотношения удельных волновых сопротивлений материала преобразователя _пс_п и окружающих его сред.

Если преобразователь окружен средой с сопротивлением ₁с₁, то его добротность без учета внутренних потерь можно выразить

(2.2)

Если с одной стороны преобразователя расположена cреда с удельным волновым сопротивлением ₁с₁, а с другой ₂с₂, то добротность выразится формулой

(2.3)

В частном случае, когда удельное сопротивление одной из сред равно нулю (практически граница с воздухом), формула (3.7) приобретает вид

(2.4)

Видно, что добротность преобразователя, излучающего в одну сторону, вдвое выше, чем при двустороннем излучении.

Для целей неразрушающего контроля важно знать акустическую мощность колебаний, вводимых в контролируемый объект.

На практике можно с приемлемой точностью считать, что, например, при излучении в воду или при жестком соединении преобразователя с поверхностью твердого тела достаточно больших размеров, излучается плоская волна, и следовательно cреда является активной нагрузкой.

Акустическая мощность излучателя, работающего в непрерывном режиме, может быть в этом случае определена из выражения

(2.5)

где ₀ - плотность среды; c₀ - скорость звука в среде; Q_п - механическая добротность преобразователя; S_п - площадь излучающей поверхности преобразователя; U - амплитуда возбуждающего напряжения.

Как видно из формулы, эффективность работы пьезопреобразователя в значительной степени определяется его механической добротностью. Для наиболее эффективной работы преобразователя необходимо обеспечить высокий электрический к.п.д. (т.е. передачу значительной доли электрической энергии от генератора преобразователю) и высокий акустический к.п.д. (т.е. передачу значительной доли энергии упругих колебаний преобразователя в среду).

22. Опишите структуру традиционного электроакустического тракта.

А кустическим трактом называют путь ультразвука от излучателя до объекта, отражающего или рассеивающего ультразвук, и затем к приемнику колебаний. Формулы акустического тракта определяют ослабление амплитуды сигнала на этом пути.

Рассмотрим задачу определения амплитуды сигнала при акустическом контроле (методы отражения и прохождения). Амплитуда излученного акустического сигнала описывается выражением

(3.20)

В результате затухания акустическая волна испытывает ослабление при прохождении через промежуточные среды, объект контроля и зону дефектов. Влияние этих факторов учитывается коэффициентом или функцией . В результате чего амплитуда пришедшей к приемнику волны составляет

(3.21)

Отсюда амплитуда сигнала на входе приемника дефектоскопа определяется выражением

(3.22)

Видно, что расчет функции ослабления сигнала  представляет собой задачу об акустическом тракте, а расчет коэффициента двойного преобразования - задачу об электроакустическом тракте дефектоскопа. Сигнал с преобразователя усиливается в усилителе дефектоскопа до значения , при этом

(3.23)

где K_у - коэффициент усиления приемного тракта.

Реальная величина U_c должна быть достаточной для регистрации сигнала на экране ЭЛТ или другом индикаторе.