Прымяненне п'езакерамікі, якая выкарыстоўваецца для ультрагукавога неразбуральнага кантролю

Гісторыя развіцця і асаблівасці ультрагукавога даследавання

Акустыка, як раздзел фізікі, гэта навука, якая вывучае ўзнікненне, распаўсюджванне, прыём і ўздзеянне гукавых хваль. Да 1940 г. існавалі толькі монакрышталічныя п'езаэлектрычныя матэрыялы, з-за чаго ультрагукавыя хвалі не атрымалі шырокага прымянення. У 1970-х гадах была распрацавана празрыстая п'езаэлектрычная кераміка PLZT. Распрацоўка п'езаэлектрычных матэрыялаў у значнай ступені спрыяла развіццю ультрагукавога поля.

Агульная частата гукавых хваль складае ад 10-4 Гц да 1014 Гц. Як правіла, гукавыя хвалі з частатой ад 2 × 104 Гц да 2 × 109 Гц называюцца ультрагукавымі хвалямі. Ультрагук, як частка гукавых хваль, прытрымліваецца асноўнага закону распаўсюджвання гукавых хваль, але Крышталь п'езакерамічнага дыска таксама мае некаторыя выдатныя характарыстыкі: ① Накіраванасць ультрагукавых хваль добрая: ультрагукавыя хвалі маюць такую ​​ж накіраванасць, што і светлавыя хвалі, і могуць перадавацца накіравана праз спецыяльную канструкцыю. Эфектыўнае выяўленне ў аб'екце выяўлення, чым вышэй частата ультрагуку, тым лепш накіраванасць; ② гэта моцная ультрагукавая пранікальная здольнасць для большасці сродкаў масавай інфармацыі, яна мае моцную пранікальную здольнасць; ③ высокая ультрагукавая энергія: рабочая частата ультрагукавога выяўлення значна вышэйшая за частату гукавых хваль і мае высокую энергію; ④ Ультрагукавыя хвалі маюць кароткія даўжыні хваль і невялікія з'явы дыфракцыі: з-за іх высокай частаты і кароткай даўжыні хвалі іх адлюстраванне, выкліканае дэфектамі аб'екта, лёгка знайсці, таму яны часта выкарыстоўваюцца для дэфектаскапіі. Менавіта гэтыя характарыстыкі робяць ультрагук шырока выкарыстоўваным у неразбуральным кантролі.

Асноўныя прынцыпы ультрагукавога кантролю

Ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў розных асяроддзях. Калі ультрагукавыя хвалі сутыкаюцца з межамі падзелу, яны будуць падвяргацца адлюстраванню, праламленню і пераўтварэнню хвалевага рэжыму. Адлюстраванні ўзнікаюць на гетэрагенных падзелах з розным акустычным імпедансам. Калі ультрагукавыя хвалі падаюць перпендыкулярна ад асяроддзя 1 да асяроддзя 2, каэфіцыент адлюстравання на мяжы падзелу R. Чым большая розніца ў акустычным імпедансе паміж двума асяроддзямі, тым больш моцнае адлюстраванне ультрагукавых хваль на мяжы падзелу. Чым больш розніца акустычнага імпедансу паміж уключэннямі ў Pzt матэрыял п'езаэлектрычнай керамікі і падкладкі, тым больш магчымасць выяўлення.

Змест выяўлення

П'езакераміку, выяўленую ультрагукавым метадам, можна падзяліць на выяўленне сітаватасці і выяўленне дэфектаў паверхні. Выяўленне сітаватасці п'езакерамікі Трываласць, модуль пругкасці і шчыльнасць п'езакерамікі непасрэдна звязаны з сітаватасцю. Сітаватасць некаторых п'езакампанентаў вызначае, ці можна іх выкарыстоўваць. Існуе таксама пэўная ўзаемасувязь паміж хуткасцю перадачы ультрагукавых хваль і сітаватасцю (ці шчыльнасцю) п'езакерамікі, якая можа быць атрымана шляхам фактычнага вымярэння, а затым сітаватасць п'езакерамікі можа быць атрымана з дапамогай ураўненняў.

Вусцейкі зведзены да выпадкова арыентаваных эліпсоідаў, якія раўнамерна размеркаваны ў ізатропнай матрыцы. Кампазітная мікрамеханічная мадэль выкарыстоўваецца для разліку хуткасці гуку і параўнання яе са значэннямі вымярэнняў. Сітаватасць разлічваецца. Калі вядомая тэарэтычная шчыльнасць п'езакерамічных матэрыялаў, сітаватасць можна вылічыць з аб'ёмнай шчыльнасці. Існуе мноства метадаў вымярэння шчыльнасці цела. Звычайна выкарыстоўваецца метад Архімеда. Унутраныя дэфекты п'езакерамікі таксама можна выявіць метадам дэфектаскапіі пад вадой. Пры выяўленні дэфектаў метадам вертыкальнай дэфектаскапіі з падоўжнай хваляй падоўжнай хвалі ў ваду можна непасрэдна прачытаць шлях прамяня. Для выяўлення невялікіх дэфектаў замест гэтага можна выкарыстоўваць зонд больш нізкай частоты.

 Выяўленне дэфектаў паверхні

Для п'езакерамікі дэфекты паверхні аднолькавай формы і памеру з большай верагоднасцю выклікаюць пашкоджанне, чым унутраныя дэфекты, таму выяўленне дэфектаў паверхні асабліва важна. Дэфекты паверхні п'езакерамікі звычайна выяўляюцца метадам павярхоўнай хвалі апускання ў ваду. Ультрагукавая хваля (падоўжная хваля) падае нахільна на паверхню аб'екта, які апускаецца ў ваду. Калі вугал падзення θc большы за другі крытычны вугал θC, усе праламленыя гукавыя хвалі распаўсюджваюцца ўздоўж паверхні загатоўкі, утвараючы ўраўненне павярхоўнай хвалі: Cl 1-падоўжная ў вадзе Хуткасць гуку; Cr2——павярхоўная хуткасць гуку пры апусканні вады ў нарыхтоўку.

Даўжыня хвалі паверхневай хвалі карацейшая за даўжыню хвалі зруху, а згасанне таксама большае за хвалю зруху. Пры гэтым ён распаўсюджваецца толькі па паверхні. Калі ён сутыкаецца з вострымі вугламі або краямі, будзе моцнае рэха ад адлюстравання. Чым большая крывізна, тым мацней адлюстраванне. Калі затопленая павярхоўная хваля распаўсюджваецца па паверхні выпрабавальнага блока, энергія можа выцякаць у ваду, таму ўсяго праз некалькі міліметраў вышыня адлюстраванай хвалі затопленай павярхоўнай хвалі значна памяншаецца. У сувязі з малой амплітудай, характэрнай для адлюстраванай хвалі, далёкасцю праходжання Пьезокерамический кальцавой пераўтваральнік павінен быць як мага бліжэй да дэфекту. У дадатак да вышэйзгаданых метадаў для выяўлення сучасных дэфектаў паверхні п'езакерамікі можна выкарыстоўваць метад пераўтваральніка з грабеньчатым электродам, метад ультрагукавога мікраскопа і метад лазернага сканіруючага ультрагукавога мікраскопа. Да гэтага часу ў сучасным Кітаі не так шмат даследаванняў па ультрагукавой дэфектаскапіі керамікі, назапашаных дадзеных мала, і няма стандартных тэставых блокаў з моцнай аб'ектыўнасцю. Напрамкі даследаванняў, якія патрабуюць узмацнення ў будучыні, - распрацоўка і прымяненне новых метадаў дэфектаскапіі і распрацоўка высокаэфектыўных зондаў. Безумоўна, з хуткім развіццём інфармацыйных тэхналогій, якія ўвасабляюцца камп'ютэрнымі тэхналогіямі, сучасная тэхналогія ультрагукавога неразбуральнага кантролю таксама развіваецца ў бок лічбавай апрацоўкі сігналаў і візуалізацыі.