yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->2.3.1. Конструкція перетворювачів і їх основні характеристики

Ультразвукові дифекти

2.3.1. Конструкція перетворювачів і їх основні характеристики

Перетворювач є складним електроакустичним приладом, що складається з наступних основних елементів: власне перетворювача пружних коливань в електромагнітних і навпаки, протектора (захисного денця) або акустичної затримки (призми), демпфера, корпусу, токопідвода (рис. 13).

Як приймально-випромінюючий елемент в переважній більшості випадків використовують пластини з кераміки (цирконату титанату свинцю або титанату барю), що володіє п'єзоефектом, або, рідше, п'єзокварцу Х - і У - зрізу з металізованими поверхнями-електродами.

Товщину d п'єзоелектричної пластини вибирають з умови, щоб її власна частота відповідала частоті збуджених або таких, що приймаються УЗ коливань, тобто: , де  і - відповідно довжина хвилі і швидкості звуку в матеріалі п’єзопластини.

Для захисту п’єзопластини в прямих ПЕП від пошкодження до неї з робочого боку приклеюють (припаюють) металеве або керамічне денце - протектор. У роздільно-суміщених і похилих ПЕП п’єзопластина приклеюється до акустичної затримки - призми, що виготовляється зазвичай з оргстекла. З неробочого боку пьезопластіни приклеюють демпфер з матеріалу з великим акустичним опором і коефіцієнтом загасання. Демпфер сприяє гасінню вільних коливань п’єзопластини і зменшенню тривалості зондуючих імпульсів. У похилих і роздільно-суміщених перетворювачах демпфер зазвичай виконується з пробки або азбесту і служить тільки для звукоізоляції від інших деталей перетворювача.

г

 

        д

 

в

 

б

 

а

 

     ж

 

                 е

 

 

Рисунок 13 - Конструкція основних типів УЗ-перетворювачів:

а - прямий; б - похилий ІЦ-1; в - роздільно-суміщений; г - «дует»;

д - ІЦ-52 з поворотною вставкою; е - з постійною точкою введення; ж - ІЦ-13 з фокусуванням

Основні складові: 1 – п’єзоелемент, 2 - протектор; 3 - демпфер; 4 - корпус; 5 - призма; 6 - високочастотний кабель; 7 - вставка; 8 - електроакустичний екран; 9 - повзун; 10 – ричажно - шарнірний механізм.

 

Призма в похилому ПЕП створює похиле падіння подовжніх хвиль на межу розділу з виробом. На цій межі відбувається трансформація хвиль, внаслідок чого у виріб вводиться необхідний тип хвилі, визначуваний кутом падіння і співвідношення швидкостей звуку в призмі і виробі.

У роздільно-суміщених прямих ПЕП призми вибираються з кутом 5... 10° і служать акустичними затримками, що дозволяє мінімізувати мертву зону. Для об'єктивного контролю якості необхідно, щоб засобами неруйнівного контролю забезпечувалися єдність і відтворюваність його результатів. Тому основні характеристики перетворювача нормуються.

Коефіцієнт перетворення визначається співвідношенням між взаємозв'язаними акустичними і електричними величинами.

Унаслідок зворотного п'єзоефекту при подачі на п’єзоелемент електромагнітних коливань напругою  він буде випромінювачем пружної енергії з амплітудою акустичного тиску . Коефіцієнт перетворення при випромінюванні . У режимі прийому у разі падіння на п’єзоелемент акустичної хвилі амплітудою  на обкладаннях п’єзоелемента виникне напруга . Коефіцієнт перетворення при прийомі . Якщо перетворювач суміщений, тобто один п’єзоелемент працює як випромінювач і приймач, то він характеризується подвійним коефіцієнтом перетворення по напрузі:  

Аналогічний вираз для коефіцієнта перетворення по струму.

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) визначає зміну величини коефіцієнта перетворення від частоти . Як параметри АЧХ приймають наступні величини: робочу частоту , відповідну максимуму АЧХ; смугу пропускання , де  і  - частоти, при яких АЧХ нижче максимальної на 3дБ (0,707) при випромінюванні, або на прийомі на 6дБ (0,5) в режимі подвійного перетворювача. У звичайних перетворювачів добротність Q =8...10. У спеціалізованих широкосмугових перетворювачів Q = 0,5...2.

Ревербераційна - шумова характеристика (РШХ) - залежність амплітуди ревербераційних шумів перетворювача від часу - характеризує можливість виявлення дефектів, розташованих поблизу поверхні («мертва зона»), і вимірюється тривалістю  від початку розгортки при заданому коефіцієнті посилення дефектоскопа. РШХ залежить перш за все від коефіцієнта загасання хвиль в демпфері і призмі. З метою зменшення РШХ застосовують роздільно-суміщені прямі і похилі перетворювачі. У зв'язку з різноманіттям завдань контролю в практиці використовуються перетворювачі, що формують поле заданої конфігурації: віялові і широкозахватні - що формують широкий пучок променів, фокусують.

Вибір ПЕП визначається конструкцією зварного з'єднання, найбільш вірогідним місцеположенням і орієнтацією дефекту, наявністю помилкових сигналів і тому подібне Тому промисловістю випускаються різні типи ПЕП.

Розрахунок оптимальних параметрів ПЕП повинен проводитися з умов досягнення максимальної чутливості дефектоскопа, наявності монотонної крутозростаючої залежності амплітуди луно-сигнала від площі дефекту, високої спрямованості, що забезпечує можливість дозволу двох близько залягаючих відбивачів і зменшення рівня поміх, мінімальних розмірів «мертвої зони» і рівня ревербераційних шумів в призмі, стабільності акустичного контакту.

 

 

17