1.2. Акустичекие свойства сред

КОЭФФИЦИЕНТ ЗАТУХАНИЯ

При поглощении звуковая энергия переходит в тепловую, а при рассеянии энергия остается звуковой, но уходит из направленно распространяющейся волны.

Поглощение обусловлено вязкостью, упругим гистерезисом (т. е. различной упругой зависимостью при расширении и сжатии) и теплопроводностью (Расширение или сжатие элементарного объема сопровождается изменением температуры, что способствует потере энергии колебаний). Рассеяние происходит из-за наличия в среде неоднородностей, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Различие в волновых сопротивлениях приводит к отражению волн.

ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

Акустическая волна проходя через границу раздела двух сред частично отражается, а частично проходит. Знание углов преломления и отражения в зависимости от угла ввода позволяет изготавливать преобразователи, возбуждающие в объекте контроля необходимую волну.

Также важными характеристиками, определяющими количественно долю пройденной и отраженной волны, являются коэффициенты отражения R и прохождения (прозрачности) D.

1.3 Преобразователи

1.3.1. Излучатели и приемники акустичсеких колебаний

Ввод акустических колебаний в изделие и регистрация выходящих из изделия акустических колебаний осуществляется с помощью преобразователей электрической энергии в акустический сигнал (излучатели) и преобразователей акустической энергии в электрический сигнал (приемники).

В качестве излучателей и приемников используют чаще всего преобразователи, действие которых основано на пьезоэлектрическом и магнитострикционном эффекте.

Пьезоэлектрический эффект заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, на ее гранях появятся электрические заряды, пропорциональные действующей силе и скорости механической деформации пластинки. Этот эффект обратим. Т.е. если мы к пьезопластинке приложим переменное электрическое поле, то ее геометрические форма и размеры будут меняться. Этим изменения пропорциональны амплитуде и скорости изменения электрического поля.

Магнитострикционный эффект заключается в изменении геометрических размеров материалов под действием изменяющегося магнитного поля. Он также обратим. Т.е. при измерении геометрических размеров магнитостриктора, вокруг него возникает изменяющееся магнитное поле, величина которого зависит от силы и скорости изменения геометрических размеров.

Максимум энергии, излучаемой в среду, будет наблюдаться при совпадении частоты возмущающего электрического или магнитного поля с частотой механического резонанса пластины.

Работают в основном следующие три эффекта:

Эффект намагниченности - ферромагнитное изделие имеет внутреннее магнитное поле. При взаимодействии его с меняющимся внешним магнитным полем происходит смещение частичек среды.

Эффект магнитострикции - это изменение размеров материала при изменениях результирующего магнитного поля.

Эффект вихревых токов - переменное внешнее магнитное поле создает в изделии вихревые токи, которые создают свои переменные магнитные поля.

В диапазоне частот до 10МГц основной вклад дают эффекты вихревых токов и намагниченности.

С помощью электромагнитно-акустических преобразователей можно возбуждать как продольные, так и поперечные волны.

Термоакустический эффект. Известно, что если нагреть поверхностный участок какого-либо тела, то другие участки этого тела приобретут повышенную температуру не сразу, а лишь спустя некоторое время. Неравномерное распределение температуры приводит к неравномерному тепловому расширению тела, к появлению термомеханических напряжений. Поскольку эти напряжения изменяются во времени, то в результате возникают акустические волны, излучаемые слоем с изменяющейся температурой.

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

При проектировании УЗ дефектоскопов решаются следующие основные задачи:

Достижение максимальной чувствительности, т.е. максимального значения модуля коэффициента двойного преобразования к на некоторой оптимальной рабочей частоте.

Получение максимальной ширины полосы пропускания частот, т.е. расширение АЧХ коэффициента преобразования к. Широкополосность преобразователя обеспечивает возможность формирования акустического импульса заданной формы при излучении и возможность неискаженного восстановления акустического импульса при приеме.

1. Достижение максимальной стабильности акустического контакта преобразователя с объектом контроля. Это условие обеспечивает постоянство величины при перемещении преобразователя по поверхности контролируемого изделия. При постоянном акустическом контакте в результате измерения будет вноситься дополнительная погрешность. Численно стабильность контакта оценивается статическим и динамическим коэффициентами.

2. Снижение шумов преобразователя. Шум определяется реверберационно-шумовой характеристикой, т.е. зависимостью амплитуды шумов от времени после окончания зондирующего импульса. Главный источник шумов - многократное отражение УЗК от протектора, демпфера и других конструкционных элементов.

3. Согласование полного электрического сопротивления преобразователя с генератором и усилителем. Полное электрическое сопротивление зависит от электрической и акустической нагрузок и является величиной комплексной.

4. Формирование акустического поля с заданными параметрами.

5. Повышение износостойкости преобразователя.