Вертикально поляризованной

Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для излучения ультразвуковых колебаний, приема эхо-сигналов, установления положения и размеров дефектов. Простейшая структурная схема эходефектоскопа изображена на рис. 6.22, о. Здесь генератор 1 возбуждает короткие электрические импульсы и подает их на излучатель 2, который работает как пьезопреобразователь и преобразует данные импульсы в ультразвуковые колебания (УЗК). УЗК распространяются в объект контроля (ОК) 3, отражаются от дефекта и противоположной стороны ОК, принимаются приемником 4 (излучатель и приемник может быть одним и тем же элементом при совмещенной схеме пьезопреобразовате-ля). Приемник 4 превращает УЗК в электрические сигналы и подает их на усилитель 5, а затем на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, на которой формируются пики импульсов!, II, III (верхняя часть рисунка), характеризующие амплитуду эхо-сигналов. Одновременно с запуском генератора импульсов 1 (или с некоторой заданной задержкой во времени) начинает работать генератор развертки 7. Правильную временную последовательность их включения и работы (а также правильную последовательность работы других узлов дефектоскопа, не показанных на рисунке) обеспечивает синхронизатор 6. Синхронизатор приводит в действие генератор развертки 7. Сигнал, поступающий на генератор развертки 7, направляется на горизонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. При этом на электронно-лучевой трубке появляется горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа), расстояние между пиками пропорционально пути импульса от излучателя до отражателя и обратно. Таким образом, развертка позволяет различать по времени прихода сигналы от различных отражателей ультразвука (от дефекта II, донный III) и их отклонение от зондирующего I.

Индикатором принятых сигналов, как правило, служит электронно-лучевая трубка. Чаще всего на вертикально отклоняющие плас-

ния ОК с находящимися в нем дефектами. Для этого на вертикально отклоняющие пластины трубки подрют напряжение от генератора развертки, а на горизонтально отклоняющие — от специального генератора, электромеханически связанного с устройством перемещения ЭАП вдоль поверхности ОК. Усиленные эхосигналы увеличивают яркость свечения луча.

Задающий генератор 1 вырабатывает импульсы, которые используются для одновременного запуска генератора радиоимпульсов 2, генератора развертки 5 и измерителя интервалов времени 6. Высокочастотные импульсы генератора^ 2, преобразованные излучающим пьезопреобразователем 8А в упругие колебания ультразвуковой частоты, пройдя •• через объект контроля МКК. попадают на приемный пьезопреобразователь 8Б, который преобразует их в высокочастотные импульсы. Эти импульсы через аттенюатор 3 поступают на вход усилителя 4, откуда, усиленные и продетектированные, подаются на вертикально отклоняющие пластины осциллографического индикатора 7, на горизонтально-отклоняющие пластины которого поступает пилообразное напряжение с генератора развертки 5.

Ультразвуковые дефектоскопы предназначены для излучения ультразвуковых колебаний, приема эхо-сигналов, установления положения и размеров дефектов. Простейшая структурная схема эходефектоскопа изображена на рис. 6.22, о. Здесь генератор I возбуждает короткие электрические импульсы и подает их на излучатель 2, который работает как пьезопреобразователь и преобразует данные импульсы в ультразвуковые колебания (УЗК). УЗК распространяются в объект контроля (ОК) 3, отражаются от дефекта и противоположной стороны ОК, принимаются приемником 4 (излучатель и приемник может быть одним и тем же элементом при совмещенной схеме пьезопреобразовате-ля). Приемник 4 превращает УЗК в электрические сигналы и подает их на усилитель 5, а затем на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки, на которой формируются пики импульсов I, И, III (верхняя часть рисунка), характеризующие амплитуду эхо-сигналов. Одновременно с запуском генератора импульсов 1 (или с некоторой заданной задержкой во времени) начинает работать генератор развертки 7. Правильную временную последовательность их включения и работы (а также правильную последовательность работы других узлов дефектоскопа, не показанных на рисунке) обеспечивает синхронизатор 6. Синхронизатор приводит в действие генератор развертки 7. Сигнал, поступающий на генератор развертки 7, направляется на горизонтально-отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки. При этом на электронно-лучевой трубке появляется горизонтальная линия (линия развертки дефектоскопа), расстояние между пиками пропорционально пути импульса от излучателя до отражателя и обратно. Таким образом, развертка позволяет различать по времени прихода сигналы от различных отражателей ультразвука (от дефекта II, донный III) и их отклонение от зондирующего I.

Напряжение видеосигналов подается с выхода приемно-усили-т^льного тракта на вертикально отклоняющие пластины, в результате чего на линии развертки появляются импульсы, положение

От синхронизатора тактовые импульсы поступают на генератор зондирующих и запускают его. Зондирующие импульсы возбуждают в пьезопластине УЗ колебания, через контактную среду поступающие в контролируемое изделие. Одновременно тактовые импульсы от синхронизатора подаются на генератор развертки, скорость которой может меняться. Отраженные от дефекта упругие импульсы преобразуются приемной пьезрпластиной в электрические сигналы, которые, усиливаясь, подаются на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Горизонтальная развертка ЭЛТ — временная, расстояние по ней от зондирующего импульса до принятого сигнала пропорционально времени прохождения импульса от пьезопластины до дефекта и обратно.

fo автотрансформатора AT через 'Конденсатор С] и амперметр Л. Сигнал, снимаемый со встречных обмоток катушек датчика, балансируется компенсаторами по фазе и амплитуде, усиливается усилителем У1 и подается на вертикально отклоняющие пластины электронной трубки. На горизонтально отклоняющие пластины подается пилообразное напряжение. Генератор этого напряжения Г запускается остроконечными импульсами, сформированными из сигнала промышленной частоты. Иногда на выходе прибора подключают щелевой усилитель У2, обеспечивающий фиксацию мгновенных значений напряжения.

излучает в кон-УЗ колебания нечастоты. В моменты равенства излучаемых частот собственным частотам изделия меняется анодный ток генераторной лампы. Полученные импульсы усиливаются ламповым усилителем 4 и подаются на вертикально отклоняющие пластины электроннолучев о и трубки 5. Генератор развертки 6 выполнен так, что каждой точке линии развертки соответствует определенная частота излучаемых колебаний. В моменты резонансов на экране трубки наблюдаются пики, расположенные в точках, соответствующих собственным частотам изделия (рис. 6). Толщина определяется по положению этих пиков. В резонансных толщиномерах применяются различные системы отсчета толщины по положению пиков на экране

Синхронизатор вырабатывает импульсы, которые используются для одновременного запуска генератора радиоимпульсов и генератора развертки. Короткие импульсы генератора радиоимпульсов подаются на излучающую искательную головку, где ее пьезо-элементом преобразуются в упругие механические колебания, которые через акустический контакт вводятся в испытуемое изделие 8. Отраженные от дна изделия упругие колебания воздействуют на пьезоэлемент приемной искательной головки и преобразуются в высокочастотные электрические импульсы, поступающие на вход усилителя. Усиленные и продетектированные импульсы подаются на вертикально-отклоняющие пластины осциллографи-ческого индикатора для визуального наблюдения. На горизонтально-отклоняющие пластины осциллографического индикатора поступает пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором развертки. В схему усилителя входит ступенчатый делитель напряжения, позволяющий измерять амплитуды сигналов.

От батареи сухих элементов на электроды подавалось напряжение, регулируемое потенциометром. Напряжение, снимаемое с сопротивления Н1 = 100ком, усиливалось усилителем УИ-4М, а затем подавалось на вертикально отклоняющие пластины

параллельно или под углом к которой распространяется поперечная волна, то становится существенным вопрос о направлении колебаний в поперечной волне по отношению к этой поверхности. Волну, в которой направление колебаний параллельно ограничивающей поверхности, называют горизонтально поляризованной (77/-ВОЛНОЙ). Если колебания происходят в плоскости, перпендикулярной разделяющей поверхности, то такую волну называют вертикально поляризованной (TV-волной). Этот тип волн гораздо

Свободная граница твердого тела. В ультразвуковой дефектоскопии весьма часто приходится встречаться с отражением от поверхностей волны, распространяющейся внутри твердого тела. При отражении продольной и вертикально поляризованной поперечной волн происходит трансформация типов волн.

где Rv — коэффициент отражения для вертикально поляризованной волны. При этом отраженная волна линейно поляризована, причем вектор смещения в этой волне и\ отклонен от плоскости падения на угол i = arc ctg (Rv ctg 0), так что gi^lo-

Для закритических углов падения (5>рми отраженная поперечная волна имеет эллиптическую поляризацию. Эллиптически поляризованной называют поперечную волну, в которой траектория каждой колеблющейся частицы за период колебаний имеет вид эллипса, лежащего в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Такая поляризация волны возникает, когда колебания частиц в двух компонентах поперечной волны со взаимно перпендикулярным направлением колебаний сдвинуты по фазе. Именно такое обстоятельство возникает вследствие изменения фазы отражения вертикально поляризованной •волны от свободной границы при условии Р>Р'И.

Причины возникновения и сглаживания осцилляции объясняют результаты анализа с помощью коротковолнового приближения [7]. Они показывают, что при падении поперечной вертикально поляризованной волны (рис. 1.20) возникают волны различного типа. Это две отраженные волны: поперечная (а) и продольная (б), трансформированная из поперечной. Луч падающей поперечной волны, касающийся поверхности цилиндра, возбуждает неоднородную волну поперечного типа (в), обегающую вокруг поверхности цилиндра (волну обегания). На рис. 1.20, г показана такая же волна, обегающая цилиндр в обратном направлении (для других рассматриваемых далее волн варианты обратного обегания не показаны). Эти две волны порождают волны соскальзывания поперечного типа, отходящие от каждой точки цилиндра по касательной к его поверхности.

Рис. 1.21. Изменение амплитуды сигналов, рассеянных на цилиндре диаметром 6 мм в алюминии в зависимости от угла наблюдения 8 при падении на него вертикально поляризованной поперечной волны частотой 2,5 МГц

В § 1.4 рассмотрено точное решение задачи о дифракции на-цилиндре. Из него следует, что для дифракции продольной волны можно пользоваться формулой (2.17) при d/K^O,2. При меньших значениях диаметра Вц в функции от d/K резко уменьшается. Для вертикально поляризованной поперечной волны формулой (2.17) можно пользоваться при d/K^2, а при меньших значениях диаметра следует использовать экспериментальное значение Вц (см. кривую 5 на рис. 1.19).

ной разделяющей поверхности, такую волну называют вертикально поляризованной или SV-волной. Волны этого типа гораздо чаще применяют при контроле, поэтому, если не сделано специальной оговорки, под поперечной будем подразумевать ЗУ-волну. Направление колебаний в волне, перпендикулярное или параллельное поверхности, называют соответственно SV- и 5Я-поля-ризацией.

В соответствии с положениями, изложенными в подразд. 1.1, такая волна называется вертикально поляризованной, или SF-волной. Если частицы в поперечной волне колеблются перпендикулярно плоскости падения, т. е. вдоль границы раздела двух сред, такую волну называют горизонтально поляризованной, или 5//-волной. Эти волны могут быть возбуждены с помощью специальных преобразователей, которые рассмотрим далее. Отметим. что при определении, какой является наклонно падающая на границу поперечная волна — SV- или 5Я-поляризованной, необходимо учитывать взаимную ориентацию отражателя (неоднородности) и плоскости поляризации волны.

Рассчитанные по приведенным формулам зависимости для наиболее часто встречающихся случаев показаны на рис. 1.18. При этом плоскости поляризации источника и приемника отклоняются на одинаковые углы от плоскости падения. Из анализа зависимостей следует, что максимальное значение амплитуды достигается при любых углах падения и стремлении углов „, 2 к 90°, т. е. при озвучивании отражающей границы горизонтально поляризованными волнами, коэффициент отражения которых равен единице. Кроме того, максимальный сигнал достигается при угле падения р = 45° и любой ориентации поляризации падающей волны, когда ?„ = — ?2. Это связано с тем, что именно при таком угле падения фаза отраженной вертикально поляризованной волны равна нулю (см. рис. 1.17), т. е. совпадает с фазой отраженной горизонтально поляризованной волны. При таком угле падения эллиптически поляризованная поперечная волна вырождается в линейно поляризованную и эффективный коэффициент ее отражения равен единице. Это обстоятельство говорит в пользу применения раздельно-совмещенных преобразователей типа «Дуэт» с довольно значительной горизонтально поляризованной компонентой при определенных углах разворота.

Следует отметить, что поверхностная горизонтально поляризованная поперечная волна не является волной Рэлея, поскольку последняя - комбинация вертикально поляризованной поперечной волны и продольной волны, которые в рассматриваемом случае отсутствуют. В [422, с. 3160], как отмечалось ранее, сообщается о разработке ПЭП для излучения и приема наклонных горизонтально поляризованных поперечных волн, в том числе с углом преломления 90°.