Акустических колебаний

С целью установки датчиков делали шурфы до наружной поверхности труб. В местах установки датчиков снимали гидроизоляцию, а поверхность труб зачищали наждачной бумагой. Для оптимизации расстановки датчиков поэтапно определяли особенности распространения волн и характеристики акустических шумов на участке коллектора низкого давления в штатном режиме работы агрегатов. На первом этапе использовали частотные фильтры системы на диапазон 30-200 кГц и соответствующие приемники. Уровень шумов при данном частотном диапазоне, приведенный к входу принимающего устройства, составил около 5000 мкВ (42 с!В относительно 1 мкВ). Столь высокий уровень шумов не позволял проводить измерение эмиссии в указанном частотном диапазоне, так как существенно снижался динамический диапазон системы. В связи с этим на втором этапе был использован диапазон 200—500 кГц, и уровень акустических шумов составил около 10 мкВ (20 с!В), что предпочтительнее при проведении акустических измерений. С помощью регистратора РАС-ЗА были записаны реализации шумов в частотных полосах 30-200 и 200-500 кГц, на основе которых получили частотный спектр шумов на объекте в суммарной полосе 30-500 кГц. Анализ спектра показал, что наиболее эффективным является использование полосы частот 100-500 кГц.

На рис. 90 приведены упрощенные блок-схемы, реализующие основныэ методы акустических измерений.

Аппаратура для акустических измерений. Для измерения уровня воздушного шума или суммарных уровней звукового давления и уровней звука в стандартизованных частотных полосах служат шумом еры, в которых собран весь измерительный тракт: электроакустический преобразователь-микрофон, усилитель, фильтры, индикатор и калибратор. В основе устройства шумомеров лежит имитация нескольких частотных кривых равной громкости, характерных для малых, средних и высоких уровней звука.

Такие системы классифицируют в основном по назначению: для акустических измерений в помещениях (оценка акустических свойств помещения и их улучшение); для измерения и анализа акустического шума (выявление результатов воздействия акустического шума на аппаратуру и человека); для измерений в области акустики и связи (оценка качества электроакустических устройств); для измерения и анализа шумов, используемых при исследованиях по физиологической акустике; для акустических измерений в жидких средах. В этом разделе основное внимание уделено системам измерения и анализа акустического шума, предназначенным для выявления результатов их воздействия на аппаратуру различного рода и человека в процессе эксплуатации аппаратуры и при ее испытании. Эти системы могут быть разделены на две основные группы: 1) переносная и малогабаритная аппаратура для использования в полевых уело- I

— для акустических измерений 416, 417

ется в вероятностную функцию распределения высот элементов шероховатости. Таким образом, открывается возможность оценивать качество поверхности по данным нелинейно-акустических измерений.

Результаты работ опубликованы в монографиях и многочисленных статьях. В них рассмотрены методы и средства акустических измерений и контроля упругих постоянных, потерь (внутреннего трения), твердости, ползучести, анизотропии, малых изменений размеров, теплофизиче-ских и других свойств, в частности при высокой температуре и в сильных полях ионизирующих излучений. Многие из разработанных методов и средств могут найти применение в различных областях науки и промышленности. Ниже кратко изложены основные результаты этих работ.

В первой книге рассмотрен метод ультразвуковой диагностики затяжки разъемных соединений жидкостных ракетных двигателей космических аппаратов в процессе монтажа и испытаний. Изложены основы матричной теории акустоупругого эффекта, экспериментально проверены основные соотношения, описаны методы акустических измерений. Значительное внимание уделено метрологическим проблемам и конкретным методикам производственного контроля.

(НДС) является определение по результатам акустических измерений компонент тензоров напряжений (деформаций) и восстановление, на основе обработки экспериментальных данных, картины пространственного распределения напряжений и направлений действия усилий.

осуществляет группа исследователей под руководством Т. Такемуры в университете Кюсю [365]. Но их усилия направлены, в основном, на разработку оригинальных методов акустических измерений, а аку-стоупругость служит лишь удобной сферой апробации этих методов.

Другие исследователи вводили иные обозначения для этих модулей (табл. 2.4). Модули упругости третьего порядка могут быть определены с помощью акустических измерений на базе нелинейных акустических эффектов.

Активные методы основаны на возбуждении акустических колебаний в объекте, их последующем приеме и анализе полученной информации. Пассивные основаны только на приеме колебаний и волн, которые развиваются самим объектом.

Кроме описанных существует ряд других методов акустического контроля, например, виброакустический, основанный на преобразовании акустических колебаний в электрические сигналы и сопоставлении данных сигналов с эталонными /37/и др.

целей. Другая рбласть применения акустических колебаний и

волн — контроль и измерение. Сюда относят звуковую и ультразвуковую локацию, ультразвуковую медицинскую диагностику, контроль уровня жидкости, скорости потока, давления, температуры в сосудах и трубопроводах, а также использование акустических колебаний и волн для неразрушающего контроля (НК).

Основные методы акустического неразрушающего контроля. Методы акустического контроля (АК) делят на две большие группы: активные, использующие излучение и прием акустических колебаний и волн, и пассивные, основанные только на приеме колебаний и волн. В каждой группе выделяют методы, основанные на возникновении в объекте контроля бегущих и стоячих волн (или колебаний), объекта в целом или его части. На рис. В.1 приведена классификация большинства рассматриваемых в литературе методов АК. В дальнейших разделах книги более подробно рассмотрены эти методы, а также другие методы, не вошедшие в схему рис. В.1.

Способы акустического контакта. Преимущества пьезоэлектрического способа излучения и приема перед другими, описанными далее, состоят в высокой эффективности преобразования и малога-баритности преобразователей. Основной недостаток — необходимость контактной среды (обычно жидкости) для передачи акустических колебаний от преобразователя к ОК и обратно. В зависимости от толщины слоя контактной жидкости различают три способа ввода ультразвуковых колебаний (акустического контакта).

Контактный резонансный толщиномер работает по схеме, показанной на рис. 2.42, а. Она включает генератор колебаний 1, который возбуждает преобразователь 4, контактирующий с ОК 8 через слой контактной жидкости. Частоту колебаний генератора изменяют модулятором 5. Резонансы акустических колебаний вызывают изменение режима работы колебательного контура генератора. Частотным фильтром 2 эти изменения отделяют от всех других. Они кратковременны и имеют вид пиков. Резонансные пики усиливают усилителем 3 и подают на индикатор — ЭЛТ 7.

где С — емкость пьезопластины; Zp — ее эквивалентное комплексное электрическое сопротивление как пьезоэлемента. Оно состоит из параллельно включенных активной и реактивной частей (см. рис. 1.25, г). Индуктивность LO (рис. 2.42, б) варьируют, намагничивая ее ферромагнитный сердечник и тем самым меняя его магнитную проницаемость. При этом круговая частота о генератора автоматически изменяется таким образом, чтобы обеспечивалось условие Im[Zj;]=0. Когда частота соответствует резонансу акустических колебаний, 1/Ар=0. С точки зрения эквивалентной электрической цепи — это частота антирезонанса. В этом случае модуль комплексного суммарного сопротивления становится минимальным: Z*=R-\-Rp. При неизменном напряжении генератора ток в цепи возрастает, но напряжение на пьезопластине падает.

Сплавы с высокой магнитострикцией применяют для изготовления сердечников генераторов акустических колебаний. Пакет из тонколистового магнитострикционного сплава, помещенный в электромагнитную катушку, по которой пропускается переменный ток, создает продольную вибрацию определенной частоты. Такой вибратор, погруженный в жидкость, посылает пучки акустических колебаний, которые, отражаясь от металлических и других предметов, возвращаются в приемник колебаний. Зная направление пучка и интервал времени между выходом и входом пучка, можно обнаружить искомый предмет. На этом принципе построены различные гидроакустические приборы, например эхолоты для измерения глубины дна, приборы для связи между судами, маяками и т. д. Материал, из которого изготовляют сердечник эхолота, должен обладать коррозионной стойкостью в морской воде, иметь

В аппаратуре с воздушной акустической связью целесообразно использовать пьезоэлектрические, электронные и электроемкостные преобразователи. Перспективно применение ударных волн для возбуждения в объектах контроля акустических колебаний,

При амплитуде колебания температуры -^100 °С на частоте порядка 10 МГц напряжения, возбуждаемые в металле термоакустическим методом, будут одного порядка с напряжениями, полученными обычным пьезоэлектрическим методом. С увеличением частоты этот эффект возрастает. Трудной задачей представляется прием акустических колебаний путем обратного термоакустического преобразования.