2013-12-29
783
Затухание ультразвука.
Понятие о направленности колебаний
Понятие о резонансе.
Понятие о обратном пьезоэффекте.
Понятие о прямом пьезоэффекте.
Сдвиговые (поперечные волны).
Продольные волны.
Если колебание частиц упругой среды совпадает с направлением распределения волны, то такая волна называется продольной.
Скорость распределения продольной волны Сl
Металл 5900 м/с
Вода 1450 м/с
Воздух 331 м/с
Если колебания направления частиц перпендикулярны направлению распределения волны, то такая волна называется поперечной.
Ct =0,55*Ce
Металл 3260 м/с
Для получения ультразвука частот от 1 – 5 МГц используют преобразователи (магнитострекционные, пьезоэлектрические).
В ПЭП является активный пьезоэлемент который выаполняется из монокристаллов кварца или из пъезокерамических материалов.
При подведении к электродам пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания.
При воздействии на пьезоэлемент механических колебаний на его электродах возникает знакопеременное электрическое напряжение, которое подобно прилагаемому усилию – оно носит название прямой пьезоэффект.
Для получения ультразвука частот от 1 – 5 МГц используют преобразователи (магнитострекционные, пьезоэлектрические).
В ПЭП является активный пьезоэлемент который выаполняется из монокристаллов кварца или из пъезокерамических материалов.
При подведении к электродам пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания.
Амплитуда колебаний пьезоэлементов зависит от напряжения на электродах, также от соотношения подаваемого на него знакопеременного напряжения и собственной частот колебаний. Наибольшая амплитуда колебаний пьезоэлементов достигается при резонансе:
f = c / 2 b
с – скорость 3300 м/с (пьезокерамика)
b – толщина пластины
b = 3300 / 2 f = 3300 / 2*2500000 = 0,7 мм
В зависимости от амплитуды возб – го пьезоэл. колебаний от частоты подаваемого на него переменного напряжения постоянной амплитуды – называется его амплитудно частотной характеристикой.
При подаче знакопеременного электрического напряжений последний начинает совершать механические колебания.
Направленность – количественная характеристика, есть способность его излучать звуковые волны в одних направлениях. Преобразователь создает в окружающей среде акустическое поле.
φр = arcsin 1,22λ / D
φр = 10º -16º
При постоянном значении частоты, чем больше значение D, тем меньше угол.
Z0 прямо пропорционально D2
Z0 = 1 / λ
По мере удаления от излучателя амплитуда колебаний частиц убывает.
r – расстояние пройденное волной
А0 – начальная амплитуды
δ – коэффициент затухания
δ = δр + δп
рассеивания и поглащения
При поглащении энергии происходит выделение тепловой энергии.
Для продольной волны δ:
| материал | Δ при частоте 2,5 МГц |
| Вода | 0,004 |
| Алюминий | 0,01 – 5 |
| Сталь | 1 – 8 |
| Орг.стекло | |
| воздух |
При наклонном падении, продольной волны со скоростью Сl, из твердой среды один в среду два, на границе этих сред происходит: отражение (Сl1), преломление (Сl2) и трансформация (Сt2) и расцепление волны.
β – угол падения
βt, βl – углы отражения
α – углы ввода
На практике для обеспечения падения продольных волн под углом между пьезоэлементом и контролируемой деталью располагают призму из оргстекла.
