Регистрация дифрагированных ультразвуковых волн

Для регистрации дифрагированных ультразвуковых волн использовался следующий рабочий режим ультразвукового дефектоскопа УСД-60: амплитуда напряжения, подаваемого на генерирующий пьезоэлектрический преобразователь, составляла 200 В; частота заполнения импульсов – 5 МГц; количество полных колебаний в импульсе – 5; частота следования импульсов – 2000 Гц; усиление – 87 дБ.

На главной акустической оси системы линз устанавливались ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя и центр бокового отверстия пенопластового прямоугольного параллелепипеда, имеющего центральное глухое вертикальное отверстие диаметром 1,2 см. Генерирующий пьезоэлектрический преобразователь находился в центре торца указанного параллелепипеда так, что ось симметрии этого преобразователя была перпендикулярна главной акустической оси. Рабочая поверхность регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя и вертикальная ось глухого отверстия устанавливались на расстояниях, равных фокусному расстоянию системы , от соответствующих главных плоскостей линз. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 4а).

Затем устанавливалась ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя параллельно главной акустической оси системы линз на расстоянии 1,5 см ниже этой акустической оси. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 4б).

После этого устанавливалась ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя параллельно главной акустической оси системы линз на расстоянии 1,5 см выше этой акустической оси. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 4в).

а б в

Рис. 4. Сигналы, полученные от дифрагированных ультразвуковых волн в воде,

при распространении ультразвуковых импульсов в канале диаметром 1,2 см.

На главной акустической оси системы линз устанавливались ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя и центр бокового отверстия пустого пенопластового прямоугольного параллелепипеда, имеющего внутреннею форму стального прямоугольного параллелепипеда. Генерирующий пьезоэлектрический преобразователь находился в центре верхнего торца указанного параллелепипеда так, что ось симметрии этого преобразователя была перпендикулярна главной акустической оси. Рабочая поверхность регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя и ось симметрии этого генерирующего пьезоэлектрического преобразователя устанавливались на расстояниях, равных фокусному расстоянию системы , от соответствующих главных плоскостей линз. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 5а).

Затем устанавливалась ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя параллельно главной акустической оси системы линз на расстоянии 1,5 см ниже этой акустической оси. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 5б).

После чего устанавливалась ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя параллельно главной акустической оси системы линз на расстоянии 1,5 см выше этой акустической оси. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 5в).

а б в

Рис. 5. Сигналы, полученные от дифрагированных ультразвуковых волн в воде, при распространении ультразвуковых импульсов в объеме, равном объему стального

прямоугольного параллелепипеда.

Стальной образец в форме прямоугольного параллелепипеда помещался в пенопластовый контейнер с боковым отверстием для стального сферического сегмента. На главной акустической оси системы линз устанавливались ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя и ось симметрии сферического стального сегмента, расположенного на боковой поверхности стального образца с генерирующим пьезоэлектрическим преобразователем на верхнем торце этого образца. Рабочая поверхность регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя и вертикальная ось, проходящая через ось симметрии генерирующего пьезоэлектрического преобразователя устанавливались на расстояниях, равных фокусному расстоянию системы , от соответствующих главных плоскостей линз (рис. 6а).

Затем устанавливалась ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя параллельно главной акустической оси системы линз на расстоянии 1,5 см ниже этой акустической оси. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 6б).

После этого устанавливалась ось симметрии регистрирующего пьезоэлектрического преобразователя параллельно главной акустической оси системы линз на расстоянии 1,5 см выше этой акустической оси. Проводилось измерение сигналов, полученных от дифрагированных ультразвуковых волн, в импульсном режиме (рис. 6в).

а б в

Рис. 6. Сигналы, полученные от дифрагированных ультразвуковых волн в стали, при распространении ультразвуковых импульсов в стальном прямоугольном

параллелепипеде.

Из рис. 4, 5, 6 видно, что устойчиво зарегистрированы сигналы, полученные от дифрагированных ультразвуковых волн в воде и стали при распространении ультразвуковых импульсов в направлении, перпендикулярном направлению распространения ультразвука или в направлениях близких к этому направлению. Причем амплитуды этих сигналов в несколько раз превосходят амплитуды случайных помех.

Заключение

Результаты экспериментов показали возможность регистрации дифрагированных ультразвуковых волн в направлении, перпендикулярном направлению распространения ультразвука в исследуемых образцах. Были зарегистрированы сигналы, полученные от дифрагированных ультразвуковых волн в воде и стали при распространении ультразвуковых импульсов в перпендикулярном или близким к этому направлению распространения ультразвука. Это позволяет использовать способ определения локальных внутренних механических напряжений, в котором измеряется время прохождения ультразвуковых импульсов между двумя внутренними областями образца, находящимися в фокальной плоскости одной акустической линзой, с помощью двух пьезоэлектрических преобразователей, расположенных в фокальной плоскости другой акустической линзы. Измеряя время прохождения этих ультразвуковых импульсов, можно определять скорость ультразвука в локальной области образца. По скорости ультразвука находится величина локального внутреннего механического напряжения в образце.

Полученный результат – весомый вклад в создание ультразвукового прибора по определению внутренних локальных напряжений в ответственных конструкциях горных машин, таких как стрела, рукоять экскаватора и др.

Список литературы

Серебренников В.Л., Демченко И.И., Серебренников А.В., Мигунов В.И. Ультразвуковой способ определения внутренних механических напряжений в конструкционных материалах, патент РФ № 2455637, МПК G01N 29/04, 2012 г.

2. George F. Garlick, Victor I. Neeley “Solid ultrasonic lens”, United States Patent #5235553, Aug. 10, 1993.

3. Розенберг Л.Д. Звуковые фокусирующие системы, Изд-во АН СССР, М.-Л., 1949.

4. Зацепин А.Ф. Акустический контроль. Часть II. Физические основы ультразвуковой дефектоскопии, Учебное пособие, Екатеринбург, 2006.

Поиск по сайту: