Форма ультразвукового пучка. Диаграмма направленности

D – диаметр пьезопластины

а – радиус пьезопластины

Lбл – длина ближней зоны (зона Френеля)

Lд – длина дальней зона (зона Фраунгофера)

Φр – угол расхождения

Если размеры излучателя меньше длины волны, то от него распространяются сферические волны и излучение будет ненаправленным.

Если размеры пьезопластины существенно больше длины волны, то ультразвуковые колебания в однородном металле будут распространяться в виде направленного пучка. Вблизи от излучателя на участке, называемом ближней зоной ультразвуковая волна распространяется почти без расхождения в сторону и имеет цилиндрическую форму.

Протяженность ближней зоны:

L_бл = a² / λ = a² f / C

Ближняя зона увеличивается с увеличением радиуса пластины а и частоты f.

В дальней зоне или зоне Фраунгофера начинается постепенное расхождение волны и пучок приобретает форму усеченного конуса. Угол расхождения φр зависит от соотношения длины волны и радиуса излучателя:

Sin φ_р = 0,61λ / a = 0,61C / a f

Угол расхождения уменьшается с увеличением произведения аf. Распределение энергии в поперечном сечении конуса неравномерно, максимальная интенсивность излучения сосредоточена на оси пучка, минимальная - на периферии конуса.

Диаграмма направленности – это зависимость распределения интенсивности ультразвукового пучка от угла расхождения φр, представленная в полярных координатах.

Диаграмма направленности не зависит от расстояния до излучателя.

Центральная часть диаграммы направленности, в пределах которой амплитуда поля уменьшается от единицы до нуля, называется основным лепестком. В пределах основного лепестка сосредоточено около 85% энергии поля излучателя. Вне основного лепестка диаграмма направленности имеет вид боковых лепестков

Шириной диаграммы напрвленности называют расхождение ультразвукового луча от осевого направления, при котором интенсивность ультразвука снижается до 0,61 от максимального значения.

В большинстве случаев стараются иметь более узкую диаграмму направленности для лучшего выявления, а также более точного определения координат и формы дефектов.

Диаграмма направленности ультразвукового пучка тем уже, чем больше произведение радиуса излучателя на частоту излученных колебаний или уменьшение длины волны.

3.2.4 Излучатели и приемники ультразвуковых колебаний. Классификация пьезоэлектрических преобразователей.

Излучение ультразвуковых волн и приём отраженных сигналов в ультразвуковой дефектоскопии производится с помощью специальных устройств, называемых пьезоэлектрическими преобразователями.(ПЭП)

ПЭП для приборов неразрушающего контроля классифицируются по ряду признаков:

1) по способу акустического контакта с контролируемым объектом(контактные, иммерсионные, контактно-иммерсионные, щелевые, с сухим точечным контактом, бесконтактные)

2) по способу соединения преобразователей с электрической схемой прибора:

- совмещенные преобразователи, которые соединяются одновременно с генератором и усилителем прибора и служат как для излучения так и приема ультразвука.

- раздельные преобразователи, состоящие из излучателя, соединненого с генератором прибора, и приемника, соединенного с усилителем.

- раздельно-совмещенные преобразователи, состоящие из излучающегои приемного элементов, находящимися в одном корпусе, но разделенных экранами.

3) по направлению ультразвуковой волны:

- прямые (нормальные), излучающие волны нормально к поверхности изделия.

- наклонные, излучающие волны под углом к поверхности изделия