otd
.pdf- коэффициент затухания, м-1 (определяется длиной пути, на котором амплитуда плоской волны уменьшается в е раз).
П Р , |
(7.6) |
П – коэффициент поглощения;
Р – коэффициент рассеяния.
При поглощении звуковая энергия превращается в тепловую, а при рассеянии уходит из направленно распространяющейся волны в результате отражения от неоднородности среды (от дефекта, трещины).
Известен метод автоматического обнаружения трещин в дисках цельнокатаных колес вагонов в проходящем поезде путем простукивания диска колеса специальным автоматическим устройством и анализа частоты звука, воспринимаемого микрофоном. Известны также разработки специального молотка, имеющего датчик и анализатор звуковых колебаний, при простукивании колеса или другого объекта таким молотком в случае наличия дефекта появляются световой и звуковой сигнал тревоги.
Технические средства комплекса:
1 - молоток со встроенным датчиком
2 - акселерометр
3 - блок сбора информации
Ударные преобразователи:
а) - с микрофонным приемником, б) - с пьезоэлектрическим приемником;
1 - контролируемый объект, 2 - корпус преобразователя, 3 - электромагнит, 4 - подвижная система, 5 - микрофон, 6 - пьезоприемник.
Источником звука являются различные дефекты подшипников. Каждый элемент подшипника – внутреннее и наружное кольца, сепаратор, ролики имеет свою характерную частоту, которой соответствует возбуждаемая виброакустическая энергия. Частота может изменяться в зависимости от качества изготовления и наличия дефектов на элементах подшипника, которые являются источником активного излучения упругих волн. На этом принципе разработаны установки диагностирования подшипников в процессе промежуточной ревизии
Используется виброакустический способ, основанный на том, что неисправные детали подшипника в процессе его вращения под нагрузкой создают ударные импульсы (импульсы ударной силы). В результате возбуждаются упругие колебания корпуса буксы. Измеряют амплитуды виброускорений колебаний корпуса буксы с помощью пьезоэлектрических акселерометров (ускорениемеров) и сравнивают с заданным пороговым значением. Для сравнения используется число колебаний с ускорением, превысившим пороговое значение в течение заданного периода реализации.
Значительная виброакустическая энергия выделяется при взаимодействии с рельсом дефектов поверхности катания колеса. Известны технические решения по обнаружению дефектов колес рельсового подвижного состава по звуковым колебаниям с помощью анализа спектра сигналов от микрофона.
Источником звуковых колебаний являются места утечки сжатого воздуха. Известны специальные приборы на базе конденсаторного микрофона для поиска и определение мест утечек сжатого воздуха из поездной тормозной магистрали по шуму выходящего воздуха.
Ультразвуковой обнаружитель утечек газа ТЧ-209 предназначен для дистанционного обнаружения и определения местоположения объектов, излучающих ультразвук — течей в системах с избыточным давлением (воздушной тормозной системы поезда).
Прибор представляет собой микрофон с узкой (10°) диаграммой направленности.
При обнаружении источника ультразвука срабатывают световой и звуковой индикаторы. Луч лазера, встроенного в микрофон, помогает точно определять местоположение источника ультразвука.
Акустическое давление (Па) или изменение давления относительно среднего значения давления в среде равно
p c v ,
- плотность среды; с – скорость распространения акустических волн;
v – скорость колебательного движения частиц среды;
v |
u |
|
t |
||
|
(7.7)
(7.8)
u – смещение частиц среды в процессе колебательного движения. Упругие волны распространяются в окружающую среду в виде
акустической энергии и могут восприниматься различными приемниками звуковых сигналов. Конструкции приемников звука различны для газов, жидкостей и твердых тел. При равной интенсивности излучения давление звука в воздухе на три порядка меньше, чем в жидкой или твердой среде.
Чем выше частота колебаний, тем больше затухание. В газах и жидкостях затухание определяется в основном поглощением, а коэффициент поглощения пропорционален квадрату частоты.
Устройство микрофонов: а - угольного; б - электромагнитного; в - электродинамического; г - ленточного; д - конденсаторного; е - пьезоэлектрического
Наиболее распространенные типы первичных преобразователей акустической энергии в электрическую представлены в таблице 7.2.
Акустические преобразователи (микрофоны) Таблица 7.2
|
Диаметр, |
Частотный |
Чувствительно |
|
Тип преобразователя |
мм |
диапазон, |
сть, мВ/Па |
|
(микрофона) |
|
Гц |
|
|
Конденсаторный |
3 – 25 |
0,01 -140 000 |
1 – |
50 |
Электродинамический |
30 – 40 |
30 – 20 000 |
2 |
|
Пьезоэлектрический |
10 – 45 |
3 – 10 000 |
3 |
|
|
|
0,1 – 200 000 |
0,035 |
– 0,3 |
|
|
|
|
|
7.10. Ультразвуковая техника
Дефектоскопия
Назначение ультразвуковой дефектоскопии – выявление дефектов в изделиях (нарушений сплошности металла, в основном - трещин) с помощью ввода в изделие ультразвуковых волн и приема волн, прошедших через изделие. Ультразвуковые колебания материала изделия представляют упругие механические колебания частиц материала относительно положения равновесия, распространяющиеся в изделии. Ультразвуковой диапазон в дефектоскопии от 400 кГц до 15 МГц. Ультразвуковые волны не проходят через дефект и отражаются от него. Доля отраженной акустической энергии определяется различием акустических импедансов сред по разные стороны межфазной границы.
Акустический импеданс по аналогии с механическим импедансом – комплексное отношение силы, в данном случае - акустического давления р к мгновенному значению скорости колебательного движения частиц среды v. Из формулы (7.7) следует, что для плоской волны акустический импеданс Z равен произведению плотности среды, в которой распространяется звук, на скорость
звука в этой среде.
Z c
(7.9)