6. Понятие о обратном пьезоэффекте.
Для получения ультразвука частот от 1 – 5 МГц используют преобразователи (магнитострекционные, пьезоэлектрические).
В ПЭП является активный пьезоэлемент который выаполняется из монокристаллов кварца или из пъезокерамических материалов.
При подведении к электродам пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания.
7. Понятие о резонансе.
Амплитуда колебаний пьезоэлементов зависит от напряжения на электродах, также от соотношения подаваемого на него знакопеременного напряжения и собственной частот колебаний. Наибольшая амплитуда колебаний пьезоэлементов достигается при резонансе:
f = c / 2 b
с – скорость 3300 м/с (пьезокерамика)
b – толщина пластины
b = 3300 / 2 f = 3300 / 2*2500000 = 0,7 мм
В зависимости от амплитуды возб – го пьезоэл. колебаний от частоты подаваемого на него переменного напряжения постоянной амплитуды – называется его амплитудно частотной характеристикой.
8. Понятие о направленности колебаний
При подаче знакопеременного электрического напряжений последний начинает совершать механические колебания.
Направленность – количественная характеристика, есть способность его излучать звуковые волны в одних направлениях. Преобразователь создает в окружающей среде акустическое поле.
φр
= arcsin
1,22λ / D
φр = 10º -16º
При постоянном значении частоты, чем больше значение D, тем меньше угол.
Z0 прямо пропорционально D2
Z0 = 1 / λ
9. Затухание ультразвука.
По мере удаления от излучателя амплитуда колебаний частиц убывает.
r – расстояние пройденное волной
А0 – начальная амплитуды
δ – коэффициент затухания
δ = δр + δп
рассеивания и поглащения
При поглащении энергии происходит выделение тепловой энергии.
Для продольной волны δ :
материал |
Δ при частоте 2,5 МГц |
Вода |
0,004 |
Алюминий |
0,01 – 5 |
Сталь |
1 – 8 |
Орг.стекло |
58 |
воздух |
280 |
11. Преломление и трансформация ультразвуковых колебаний при наклонном падении волн. Критические углы.
При наклонном падении, продольной волны со скоростью Сl , из твердой среды один в среду два, на границе этих сред происходит: отражение (Сl1) , преломление (Сl2) и трансформация (Сt2) и расцепление волны.
β – угол падения
βt, βl – углы отражения
α – углы ввода
На практике для обеспечения падения продольных волн под углом между пьезоэлементом и контролируемой деталью располагают призму из оргстекла.
10. Отражение ультразвука ( при нормальном падении волн )
Коэффициент отражения:
R = Iотр / Iпад
Коэффициент прохождения:
D = 1 – R = Iотр / Iпад
На отражении упругих волн от нисплошностей основана выявляемость дефектов при эходефектоскопии, так как по своим акустическим свойствам нисплошность это есть другая акустическая среда (среда 2 ).
Нисплошность: трещины, шлаки …
1 R от трещины или поры,примерно 1
2 R от шлаков, примерно 0,5