Акустическое сопротивление

В наклонных преобразователях между пьезопласти-ной и ОК помещают призму из материала со скоростью звука меньшей, чем в материале ОК. Призму также называют акустической задержкой, имея в виду то, что благодаря ей прохождение фронта волны задерживается на одинаковые (плоскопараллельные задержки) или разные промежутки времени. В последнем (чащевсего применяемом) варианте призма обеспечивает наклонный ввод различных типов волн в ОК.

Рис. 1.36. Схема расчета поля преобразователя с акустической задержкой (призмой):

Вопросы дифракции плоской акустической волны на некоторых отражателях рассмотрены в § 1.4. Здесь будет показано, как использовать результаты дифракционной теории для расчета акустического тракта, т. е. как учесть особенности полей излучения и приема преобразователя. Кроме того, в этом разделе изложены приближенные и (более простые) способы расчета отражения, пригодные, когда размеры отражателя больше длины волны: энергетическое приближение, основанное на представлениях лучевой акустики, и метод Кирхгофа. Согласно последнему каждую точку «освещенной» поверхности плоского отражателя рассматривают как вторичный излучатель волн, а поле отраженной волны вне отражателя считают равным нулю. В приводимом далее выводе формул акустического тракта не учтено затухание ультразвука. Чтобы учесть этот эффект, следует ввести во все формулы для контактных прямых преобразователей множитель е~2вг, где г — расстояние от преобразователя до отражателя, а для преобразователей с акустической задержкой — множитель &~2^АГА+*ягв) t в котором ГА и гв — средние пути ультразвука в задержке и изделии, а &А и бв — затухание ультразвука в этих средах.

Функции /1 и /2 могут быть записаны не только для плоских контактных преобразователей, но также для преобразователей фокусирующих, с акустической задержкой в соответствии с результатами § 1.6. Например, для преобразователя с призматической задержкой в дальней зоне справедливы приближенные формулы:

При контроле по совмещенной схеме контактным способом после зондирующего импульса наблюдают отражения ультразвуковых импульсов (иногда многократные) в пьезоэлементе, протекторе, демпфере, призме. Это помехи преобразователя (см. рис. 2.3) . По мере удаления во времени от зондирующего импульса эти помехи уменьшаются и исчезают. При контроле преобразователем с акустической задержкой (иммерсионной жидкостью, призмой) помехи, непосредственно следующие после зондирующего импульса, не мешают контролю, так как в это время ультразвуковой импульс распространяется не в ОК. Однако в этом случае выявлению дефектов вблизи поверхности мешает интенсивный импульс, отраженный от этой поверхности (начальный импульс) и сопровождающие его многократные отражения в элементах преобразователя. Такой импульс наблюдают даже при наклонном падении пучка на контактную поверхность, поскольку падающая волна является не безграничной плоской волной, а пучком лучей, имеющим боковые лепестки, в том числе перпендикулярные поверхности.

где К — коэффициент двойного преобразования электроакустического преобразователя (ЭАП). Для ЭАП с акустической задержкой (призмой) формула (2.41) имеет вид

Минимальная глубина прозвучивания или мертвая зона — минимальное расстояние от поверхности ввода до дефекта, надежно выявленного при контроле. Упрощенно представляют, что мертвая зона при контроле по совмещенной схеме ограничивается длительностью т3 зондирующего импульса (или при контроле с акустической задержкой — начального импульса) и длительностью тр ре-верберационных шумов преобразователя rmin=0,5 с(т3 + тр). На рис. 2.26 штриховой линией показано изменение амплитуды ревер-берационных шумов во времени (пропорциональному расстоянию). Видно, что в зависимости от амплитуды полезного сигнала U' мертвая зона rmin изменяется.

Если преобразователь делается с акустической задержкой, то значение последней должно быть не меньше времени задержки сигналов, чтобы исключить помехи отражения от поверхности объекта контроля.

Слои, соизмеримые по толщине с длиной волны, будем называть тонкими, а удовлетворяющие условию (1.57) — толстыми слоями, или протяженными средами. Если протяженная среда расположена между преобразователем и изделием (иммерсионная жидкость, твердый материал), будем называть ее акустической задержкой.

пластиной и изделием помещают призму из материала, скорость звука в котором меньше, чем в изделии. Призму также называют акустической задержкой, имея в виду, что благодаря ей прохождение фронта волны задерживается на одинаковые (плоскопараллельные задержки) или разные промежутки времени.

а — без акустической задержки; б — с акустической задержкой; 1 — пьезоэлемент; 2 — протек-гор; 3 — демпфер; 4 — заливочная масса; 5 — корпус; 5 — твердая задержка

Первый путь—-это использование отражения ультразвуковых волн от несплошностеп контролируемом детали, которые имеют отличное от основного металла акустическое сопротивление. Изменяется и регистрируется отраженная волна (рис. 5.14, а).

где А — амплитуда,/— частота УЗК, z= р-С — акустическое сопротивление среды (акустический импеданс).

Углы, при которых исчезают те или иные волны, называют критическими углами. По мере увеличения угла падения продольной волны р, начиная с некоторого Ркр1, исчезает продольная преломленная волна С[ (а( = 90°), и контроль может осуществляться только преломленной поперечной волной. При дальнейшем увеличении р исчезает и поперечная преломленная волна — С[ (а, = 90°), что соответствует второму критическому углу Р 2 (см. рис. 6.20). Контроль только поперечной преломленной волной для системы оргстекло-сталь может происходить при расчетных р j в диапазоне 27...56°, что облегчает методику его проведения. Коэффициенты отражения и прохождения ультразвука зависят от соотношения акустических сопротивлений. С увеличением разности акустических сопротивлений двух сред увеличивается коэффициент отражения (обычно дефекты имеют резко отличное акустическое сопротивление среды и поэтому отражают У ЗК).

Ультразвуковая дефектоскопия основана на отражающей способности технологических и других дефектов, имеющих отличное от основного металла акустическое сопротивление прохождения ультразвуковых колебаний (УЗК). В этом случае отражение посылаемых излучателем УЗК происходит от свободной границы дефекта и фиксируется приемником.

При измерении дефектов первым способом ставится задача найти искусственный дефект типа плоскодонного отверстия, залегающий на той же глубине, что и естественный, и дающий эхосигнал такой же амплитуды. Образец с искусственным дефектом должен быть изготовлен из того же материала, что и ОК. (иметь такое же акустическое сопротивление и затухание). Поверхности ОК и образца должны иметь одинаковую шероховатость (RZ^IQ мкм).

Рис. 1. Катушечный электродинамический микрофон (разрез): / - акустическое сопротивление; 2- корпус; 3- трансформатор; 4- выводы; 5- кабель; 6- магнит; 7-акустический канал; 8 - гофрированный воротник; 9 - защитный кожух; 10 - диафрагма; 11 - звуковая катушка

Акустическое сопротивление............... паскаль-секунда на кубический метр

Удельное акустическое сопротивление .......... паскаль-секунда на метр

Катушечный электродинамический микрофон (разрез): 1 — акустическое сопротивление; 2 — корпус; 3 — трансформатор; 4 — выводы; S — кабель; 6 — магнит; 7 — акустический канал; 8 — гофрированный воротник; 9 — защитный кожух; 10 — диафрагма; и —-звуковая катушка

Удельное акустическое сопротивление .........

где А — амплитуда,/— частота УЗК, z= р- С — акустическое сопротивление среды (акустический импеданс).