Содержание
Введение Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
1.1. Природа и получение ультразвуковых колебаний
1.2 Свойства ультразвука
Методы ультразвуковой дефектоскопии
Применение ультразвука
Глава 2. Использование ультразвуковых преобразователей
2.1 Исторический обзор
2.2 Классификация преобразователей
2.3 Конструктивные особенности преобразователей
2.4 Выбор акустических параметров
2.5 Резонансная частота ичувствительность
2.6 Специальные преобразователи и контактные среды
Электромагнитные ультразвуковые преобразователи
Пьезоэлектрические преобразователи
Термин “пьезоактивность”
Проявления пьезоактивности
Область применения пьезоэлектрических преобразователей
Погрешности пьезоэлектрических преобразователей
Заключение
Контрольные вопросы
Список используемой литературы
Введение
В настоящее время широкое применение в науке и технике нашло одно из физических явлений природы – УЛЬТРАЗВУК.
На основе этого явления создано и продолжает создаваться и проектироваться множество, весьма различных устройств.
Ученными были обнаружены прямой и обратный пьезоэффекты, в которых проявляется связь между упругим и электрическим или магнитным состояниями пьезоматериалов. Они могут быть использованы для преобразования электрической энергии в механическую и обратно. Устройство, осуществляющее такое преобразование, называется преобразователем. В качестве материалов для преобразователей применяются вещества с сильно выраженной связью упругого и электрического или магнитного состояний.
Самые распространенные из них – это ультразвуковые преобразователи. Это устройства преобразующие в ультразвуковые колебания, колебания другого рода. Например: механические, электрические и т.д.
При помощи ультразвуковых преобразователей сейчас можно исследовать различные тела, явления. Как например: расстояние, скорость, наличие дефектов, твердость и т.д.
Глава 1. Физические основы ультразвуковых колебаний.
1.1. Природа и получение ультразвуковых колебаний
Упругие механические колебания, распространяющиеся в воздухе, воспринимают обычно как звуки. Это — акустические колебания. Если их частота более 20 000 Гц (20 кГц), т. е. выше порога слышимости для человеческого уха, то такие колебания называют ультразвуковыми (УЗК). В дефектоскопии наиболее часто используют диапазон частот 0,5—10 МГц (1 МГц=106 Гц).
Упругие колебания могут быть возбуждены в твердых, жидких и газообразных средах. При этом колебательное движение возбужденных частиц благодаря наличию упругих сил между ними вызывает распространение упругой УЗ-волны, сопровождаемое переносом энергии.
Для получения УЗ-колебаний применяют пьезоэлектрические, магнитострикционные, электромагнитно-акустические (ЭМА) и другие преобразователи. Наибольшее распространение получили пьезоэлектрические преобразователи, изготовленные из пьезокерамических материалов или из монокристалла кварца. На поверхности пьезопластины наносят тонкие слои серебра, служащие электродами. При подаче на пьезопластину электрического напряжения она изменяет свою толщину вследствие так называемого обратного пьезоэлектрического эффекта. Если напряжение знакопеременно, то пластина колеблется в такт этим изменениям, создавая в окружающей среде упругие колебания. При этом пластина работает как излучатель. И наоборот, если пьезоэлектрическая пластина воспринимает импульс давления (отраженная УЗ-волна), то на ее поверхности вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта появляются электрические заряды, величина которых может быть измерена. В этом случае пьезопластина работает как приемник.
Процесс распространения ультразвука в пространстве является волновым. Граница, отделяющая колеблющиеся частицы среды от частиц, еще не начавших колебаться, называется фронтом волны. Упругие волны характеризуются скоростью распространения С, длиной волны А, и частотой колебаний f. При этом под длиной волны понимается расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися одинаковым образом (в одинаковой фазе). Число волн, проходящих через данную точку пространства в каждую секунду, определяет частоту УЗ-колебаний. Длина волны связана со скоростью ее распространения соотношением
