Ультразвуковой импульсный метод
2.1. Общие положения
Применение ультразвукового импульсного метода основано на зависимости между характеристиками высокочастотных колебаний, распространяющихся в среде, и свойствами этой среды. Из курса физики известно, что в общем случае зависимость между скоростью распространения упругих волн и физическими константами среды может быть выражена формулой
,
где Еd – динамический модуль упругости; ρ – плотность материала; коэффициент К = 1 при определении скорости распространения продольных упругих волн в тонких стержнях (в одномерной среде), К = 1/(1 - μ2) в тонких пластинах (в двухмерной среде), K = (1 - μ) / (1 + μ) (1 - 2μ) в неограниченной среде, μ – коэффициент Пуассона.
Скорость распространения упругих волн функционально связана с упругими свойствами материала, следовательно, по скорости распространения волн можно судить о качестве строительного материала и его состоянии.
Любая ультразвуковая установка состоит из отдельных элементов аппаратурного обеспечения эксперимента. В этот комплекс входят излучатель и приемник колебаний. В отдельных случаях излучатель может одновременно выполнять и функции приемника. Имеется источник питания, усилители сигналов на входе и выходе, регистрирующая аппаратура (электронный осциллограф или цифровой индикатор). Для контроля качества бетона ГОСТ 17624 рекомендует применение следующих типов ультразвуковых приборов: Бетон – 12, УК–14П, УК–10ПМ, УФ–10Ф. Первые два прибора портативные, с цифровой индикацией, без ЭЛТ; тип 10ПМ – переносной, с цифровой индикацией, с ЭЛТ; прибор УФ–10П – стационарный, с ЭЛТ и цифровой индикацией. Все эти приборы предназначены для измерения времени распространения ультразвука в бетоне и до работы должны быть аттестованы (пройти метрологический контроль) в установленном порядке по ГОСТ 8.383–86.
Для работы по металлу применяются универсальные и специализированные дефектоскопы. Наибольшее распространение получили универсальные, сюда относятся типы УДМ, ДУК, ДСК.
2.2. Краткие сведения об аппаратуре уим
Современный ультразвуковой прибор для контроля качества материалов – сложное электронное устройство. Принцип действия всех импульсных приборов примерно аналогичен. Рассмотрим упрощенную схему на примере прибора по контролю прочности бетона (рис.2.1).
Основным блоком является генератор электрических импульсов 1, в котором с частотой 50 гц вырабатываются короткие импульсы. Они одновременно поступают на излучающий пьезопреобразователь 3, трансформирующий электрический сигнал в механические колебания, и на запуск ждуще-задерживающей развертки 9. В этом блоке моделируется процесс распространения колебаний по исследуемому материалу. Блоки 2 и 6 на схеме – усилители электрических сигналов, а позиция 4 – бетонное изделие. После прохождения бетона механические колебания попадают на второй пьезопреобразователь 5, где происходит трансформации механических колебаний в электрический ток, а затем последний через усилитель попадает на экран ЭЛТ.
Блок 8 – генератор меток времени, является индикатором (отсчетным устройством), подающим на экран электроннолучевой трубки 7 электрические импульсы через интервал (1÷10) μс. Эти импульсы позволяют проводить отсчет времени распространения ультразвуковых колебаний в бетоне.
Приведенная выше схема описывает работу приборов с электроннолучевой трубкой (УК–10 ПМ; УФ–10П).