Акустические приборы.

Метод свободных колебаний является усовершенствованным вариантом известного метода простукивания. При этом вместо прослушивания звука, издаваемого изделием, поступаемый сигнал записывают и анализируют. Метод свободных колебаний показан на рисунке 1.

Компоненты схемы:

1-объект контроля; 2 –электромагнит; 3- пьезоэлемент – приёмник; 4 –усилитель; 5 –индикатор.

Для возбуждения собственных колебаний объекта -1 наносят кратковременные удары с помощью электромагнита -2. Спектр собственных колебаний объекта записывается контактным пьезоэлементом – аксимерометром -3 или микрофоном, который не приводится в контакт с объектом. Сигналы свободных колебаний усиливаются в усилителе -4 и запмсываются в индикаторе -5. Прибор обычно настраивается посредством регулировки усилителя -4 на такую частоту, чтобы в зоне отсутствия дефектов уровень выходного сигнала был небольшим, а на дефектных участках резко увеличивался. Контроль изделий по методу свободных колебаний осуществляется при одностороннем доступе без смачивания. Предельная глубина контроля достигает 30 мм.

Метод акустической эмиссии.

Этот метод позволяет судить о внутренних напряжениях и деформациях на основе измерения интенсивности упругих волн, генерируемых в изделиях. Причиной возникновения волн эмиссии являются процессы скольжения и разрушения в кристаллах, трения поверхностей разрывов, движения дислокаций и изломов и др.

Схема метода акустической эмиссии показана на рисунке 2.

Компоненты схемы:

1- трещина; 2 –волны эмиссии;3- объект контроля; 4- льезоэлемент;5- предусилитель; 6- фильтр;7- усилитель; 8- записывающий прибор.

Сигналы волн эмиссии воспринимаются пьезоэлементом -4 и усиливаются в предусилителе -5. Для устранения помех применяется фильтр -6. После усиления сигнала в усилителе -7 производится запись сигналов в приборе -8. Для определения местоположения дефекта применяются многоканальные приборы.

Принципы построения акустических приборов.

Основными элементами акустических приборов неразрушающего контроля являются искатели, электронные схемы обработки сигналов и устройства воспроизведения результатов контроля (измерения). Искатель представляет собой преобразователь электромагнитных колебаний в упругие и обратно. Таким образом, искатель сочетает в себе излучатель и приёмник электромагнитных колебаний, работающих раздельно и совмещенно. Принцип устройства искателей поясняется на рисунке 3 а, б, в.

На рисунке а) изображён нормальный искатель. Он включает пьезопластинку 5, приклеенную к демпферу 2, служащему для гашения свободных колебаний и состоящему из искусственных смол с добавлением порошка с высокой плотностью. Между пьезопластинкой 5 и исследуемой средой 7 помещается протектор 1, служащий для защиты пьезоэлемента от повреждений, и прослойка контактной смазки 6. Искатель размещается в корпусе 3, а вывод сигнала с пьезоэлемента производится по проводу 4.

В искателях с наклонным пьезоэлементом (рис.б), применимых для возбуждения сдвиговых волн, введена призма. В раздельно совмещённом искателе (рис. в) пьезоэлементы включены отдельно, но совмещены в одном корпусе. Для исключения прямой передачи звука от излучателя к приёмнику применён акустический экран 9. Пьезопластинка круглой или прямоугольной формы имеет толщину, равную половине длины волны на рабочей частоте. Поверхности пластины посеребрены с целью приложения электрического поля.

Призму для наклонного ввода акустических волн (рис.б,в) изготавливают из материалов с небольшой скоростью звука (оргстекла, полистирола, поликарбоната), что позволяет при малых углах падения получать большие углы преломления. В призме следует обеспечить быстрое затухание собственных движений, для чего делают на пути волн малые отверстия, а на гранях призмы выполняют рёбра. При переходе из призмы в изделие, излучаемые пьезоэлементом продольные волны преобразуются в поперечные. Для получения волн в изделии определённого вида угол падения делают небольшим. Для системы оргстекло-сталь условия, обеспечивающие преобразование в изделии волны только одного вида, сводятся к углу падения меньше 7⁰ или больше 28⁰, но меньше 58⁰.

В качестве характеристик искателей используют чувствительность преобразователя, амплитудно-частотную характеристику. Полное электрическое сопротивление, коэффициент статического акустического контакта, шумовую характеристику и характеристику направленности.

Чувствительность преобразователя в режиме излучения выражается соотношениями:

, где

- чувствительность преобразователя;

- амплитуда акустического давления в излучаемой волне;

- напряжение и сила тока, питающего искатель.

В режиме приёма будем иметь следующую чувствительность:

, где

- амплитуда падающей волны;

- напряжение и ток на входном сопротивлении усилителя-приёмника.

Зависимость модуля коэффициента преобразования от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой. Полосой пропускания , где

- верхняя и нижняя частоты;

Получен диапазон частот, при котором амплитудно-частотная характеристика не более чем на 3 децибела ниже максимальной частоты, а в режиме двойного преобразования на 6 децибел. Колебательные свойства искателя определяются его добротностью, которая равна .

Полное электрическое сопротивление искателя измеряется в номинальном режиме работы излучателя. Коэффициент статического акустического контакта характеризуется отношением амплитуды выходного сигнала искателя при данной частоте обработки поверхности к амплитуде того же сигнала на поверхности изделия с полированной поверхностью.

Список используемой литературы.

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Издательский центр «Академия», 2007.
2. Трофимова Т.И, Фирсов А.В. Курс физики. Задачи и решения. М.: Издательский центр «Академия», 2004.
3. Дмитриева В.Ф. Физика. М.: Издательский центр «Академия», 2006.
4. Шишмарёв В.Ю. Средства измерений. М.: Издательский центр «Академия», 2006.
5. Раннев Г.Г.,Тарасенко А.П. Методы и средства измерений. М.: Издательский центр «Академия», 2003
6. Шкатов Е.Ф., Шувалов В.В. Основы автоматизации технологических процессов химических производств. М.: Химия, 1988.
7. Соловцов В.К. Контрольно – измерительные приборы. М.: Высшая школа, 1969.
8. Боднер В.А. и др. Измерительные приборы. М.: Машиностроение, 1986.
9. Ефремов П.П. Физические основы измерений. Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочников. НХТК, 2004.
10. Евдокимов И.Н. Методы и средства исследований. Сайт – образование.

Дата добавления: 2015-07-10