13. Импульсный режим излучения уз колебаний. Параметры зондирующих импульсов

Первый ультразвуковой дефектоскоп, разработанный С. Я. Соколовым в 1928 г., работал в непрерывном режиме излучения упругих колебаний. При этом он мог реализовать только теневой метод ультразвукового кон­троля, идея которого поясняется рисунком 16.

Рис. 16. Принцип теневого метода ультразвукового контроля изделий, реализованного С. Я. Соколовым

В современных дефектоскопах в основном использу­ют импульсный режим излучения ультразвуковых коле­бании. При этом периодически излучают кратковремен­ные импульсы с высокочастотным (ВЧ) заполнением. Импульсы ультразвуковых колебаний, излучаемые в кон­тролируемое изделие, называются зондирующими. Ос­новные параметры излучаемых зондирующих импульс­ных колебаний показаны на рис. 17.

Рис. 17. Параметры излучаемых зондирующих им­пульсных колебаний

Здесь:

Т - период следования зондирующих импульсов (ин­тервал времени между двумя посылками зондирующих импульсов), измеряется в мс пли в мкс;

F - частота следования посылок зондирующих им­пульсов (величина, обратная периоду следования), из­меряется в Гц или в кГц,

F = 1/Т;

t_и - длительность зондирующего импульса, измеря­ется в мкс;

Т_о - период высокочастотного заполнения зондиру­ющего импульса, измеряется в мкс;

f_о - частота высокочастотного заполнения зондиру­ющего импульса (величина, обратная периоду ВЧ запол нения), измеряется в МГц,

f _о= 1/Т_о ;

U_и - амплитуда зондирующего импульса, изме­ряется в В.

Частота следования зондирующих импульсов, исполь­зуемая в различных дефектоскопических средствах, за­висит от скорости перемещения ультразвукового пре­образователя по контролируемому изделию. Чем быстрее перемещаются ультра­звуковые преобразователи по контролируемому изделию, тем чаще должны посылаться ультразвуковые колебания.

Длительность зондирующих импульсов

Длительность зондирующих импульсов измеряют обычно на уровне 0,1 от максимального значения U_и . В зондирующем импульсе, как правило, содержится от 4 до 12 периодов колебаний с ультразвуковой частотой f_о(рис. 18).

Рис. 18. Длительность зондирующих импульсов

Период этих колебаний Т_о для традицион­ной в рельсовой дефектоскопии частоты ультразвуковых колебаний f_о = 2,5 МГц равен

Т_о =1/f_o = 1/2 500 000 Гц = 0,0000004 с = 0,4 мкс.

Отсюда длительность зондирующих импульсов t_и= 1,6-5,0 мкс.

Чем длиннее зондирующий импульс, тем мощнее из­лучаемые колебания и тем глубже можно прозвучить контролируемое изделие. В то же время, чем короче зон­дирующий импульс, тем лучше разрешающая способность дефектоскопа по дальности и меньше «мертвая» зона. Поэтому выбор длительности зондирующего импульса — решение компромиссное.

Частота заполнения

Частоту заполнения f_o зондирующих колебаний, как уже отмечалось выше, выбирают, исходя из минималь­ных размеров требующих выявления дефектов, с одной стороны, и максимальных размеров зерен материала, из которого изготовлено контролируемое изделие — с дру­гой. Размеры зерен, в свою очередь, влияют на коэффи­циент затухания ультразвуковых волн в материале изде­лия. Необходимо, чтобы длина ультразвуковой волны Я была сравнима с минимальным размером обнаруживае­мого дефекта и намного больше размера зерна металла.

Как известно, длина ультразвуковой волны λ в среде определяется частотой излучаемых колебаний f_o

λ = c/f_о.

В рельсовой дефектоскопии она определяется соот­ношениями:

- для продольных волн

λ = 5 900/2 500 000 = 0,00236 м = 2,36 мм;

- для поперечных колебаний

λ = 3 260/2 500 000 = 0,0013 м = 1,3 мм.