30. Особенности аппаратуры для реализации теневых методов контроля. Помехи при теневом контроле и способы их уменьшения.
Теневой метод контроля может быть реализован посредством приборов с непрерывным и импульсным излучением. В качестве таких приборов используют эхо-дефектоскопы, которые включаются по раздельной схеме.
Рассмотрим функциональную схему импульсного теневого дефектоскопа (рисунок 3.3). Синхронизатор 1 запускает генератор импульсов 2, пьезопластина 3 возбуждается и излучает упругие колебания в изделие 4. Приемный преобразователь 5 принимает прошедшие через изделие УЗ-волны и преобразует их в электрические колебания. Эти колебания усиливаются усилителем 6, детектируются и выпрямляются блоком 7 и подаются на амплитудный селектор 8, который отделяет сигналы, связанные с большим изменением амплитуды, от помех. Одновременно с запуском генератора синхронизатор через регулируемую задержку 9 запускает генератор стробимпульсов 10, который подает сигнал на блок совпадений 11, открывая его на время, соответствующее приходу прямого УЗ-импульса. В качестве регистратора 12 может выступать пиковый вольтметр или ЭЛТ, запуск развертки которой осуществляется синхронизатором 1.
Если контролю подвергаются материалы с малыми реверберационными помехами, то блоки 9-11 в схеме могут отсутствовать.
Рисунок 3.3 - Функциональную схему импульсного теневого дефектоскопа
Функциональная схема прибора с непрерывным излучением аналогична рассматриваемой и включает элементы прямой цепочки 1-8, 12. В последнее время данные приборы не находят широкого применения.
Поскольку при теневых методах контроля о наличии дефектов судят по уменьшению амплитуды сигнала, то всякое возмущение, приводящее к ослаблению информационного сигнала, следует считать помехой. По аналогии с чувствительностью уровень помех может быть оценен коэффициентом помехи
Kп=Uп/U0, (3.15)
где U0 - амплитуда сигнала при отсутствии помехи;
Uп - амплитуда того же сигнала при наличии помехи.
В связи с тем, что помеха уменьшает амплитуду сигнала, большей помехе соответствует меньшее значение
При реализации теневых методов контроля характерны следующие виды помех:
1) помехи, вызванные нарушением акустического контакта, характеризуются коэффициентом Kпa;
2) помехи, вызванные изменением отражающих свойств донной поверхности, характеризуются Kпд;
3) помехи, связанные с изменением поглощения и рассеяния ультразвука (структурные помехи) - Kпc;
4) помехи, обусловленные непараллельностью контактной и донной поверхностей - Kпп;
5) помехи от резонансных явлений - Kпр;
6) помехи, связанные с неточностью сканирования, т.е. механические помехи - Kпм;
При одновременном воздействии всех помех суммарный коэффициент помех равен
.
(3.16)
Для надежного обнаружения дефектов необходимо, чтобы чувствительность способа была меньше суммарного коэффициента помех, т.е. Кд<Kп.
Важной характеристикой любого из теневых методов является коэффициент помехоустойчивости
(3.17)
где KTj - чувствительность j-го способа контроля;
Kп - суммарный коэффициент помех при контроле данным способом.
Таким образом, выбор способа контроля определяется максимальным коэффициентом и максимальной чувствительностью.
Рассмотрим способы уменьшения помех в том порядке, в котором они приведены выше.
Помехи, связанные с условиями акустического контакта преобразователей с поверхностью контролируемой среды, относятся к наиболее интенсивным. Обычные же методы борьбы с нестабильностью контакта, рассмотренные выше, не обеспечивают требуемой эффективности. Поэтому контроль теневыми методами проводят обычно иммерсионным или щелевым способами. Широко используют локальные ванны, преобразователи с резиновыми баллончиками, заполненными жидкостью и т.д. В последнее время используются протекторы из эластичного полиуретана.
При контроле изделий с поверхностью сложной формы преобразователь необходимо поворачивать таким образом, чтобы направление УЗ-лучей было оптимальным с точки зрения прохождения ультразвука. В противном случае произойдет отклонение лучей в сторону и частичная трансформация продольной волны в поперечную при переходе УЗК на границе раздела сред. Для выравнивания условий прохождения ультразвука применяют компенсаторы, близкие по акустическим свойствам к изделию.
Контроль неоднородных материалов сопровождается структурными помехами. Особенно они опасны при проведении зеркально-теневого метода, т.к. иногда в результате структурной реверберации не удается выделить донный сигнал на фоне помехи. Появление ложного сигнала в этом случае возможно из-за того, что рассеянные на неоднородностях УЗ-колебания могут попадать на приемник с запаздыванием относительно основного сигнала и, интерферируя с ним, вызвать дополнительное его уменьшение. Для снижения помех уменьшают размеры преобразователй, а для повышения амплитуды сигнала снижают частоту колебаний, что позволяет повысить прозрачность cреды. Для контроля указанных материалов эффективным является временной теневой метод, т.к. его чувствительность слабо зависит от частоты, которую можно в этом случае значительно понизить.
Помехи, обусловленные локальными непараллельностями контактной и донной поверхностей частично устраняются введением твердых и жидких компенсаторов.
Существенную роль играют помехи, обусловленные образованием cтоячих волн и других резонансных явлений. При этом стоячие волны могут возникать как в среде, так и в самом дефекте, расположенном внутри cреды. Возникновение стоячих волн в изделиях с толщиной, кратной /2 или /4, приводит к тому, что амплитуда колебаний частиц на границе приемник-изделие равна нулю. В результате можно получить ложный сигнал о наличии дефекта. Наиболее эффективным способом устранения помех данного типа является использование импульсного режима излучения. При этом длительность излучаемого импульса должна быть меньше времени пробега ультразвука в изделии в прямом и обратном направлениях, т.е. < 2L/c. Тогда импульсы, прошедшие непосредственно через изделие и испытавшие в нем отражение, приходят на приемник в разные интервалы времени и не интерферируют между собой.
При использовании непрерывного излучения для борьбы с помехами осуществляют модуляцию частоты в диапазоне обеспечения минимальной и максимальной прозрачности. Усредненная за период модуляции частоты амплитуда прошедшего сигнала будет соответствовать значению, полученному в отсутствии резонансных явлений, и последние не будут мешать контролю. Интервал модуляции частоты определяется из выражения
(3.18)
6. Последний вид помех, связанный с несовершенством механических вспомогательных систем, устраняется применением высокоточных механизмов сканирования.