Aplikace piezokeramiky Používá se pro ultrazvukové nedestruktivní testování

Historie vývoje a charakteristika ultrazvuku

Akustika, jako odvětví fyziky, je věda, která studuje výskyt, šíření, příjem a účinky zvukových vln. Před rokem 1940 existovaly pouze monokrystalické piezoelektrické materiály, díky kterým se ultrazvukové vlny příliš nepoužívaly. V 70. letech 20. století byla vyvinuta transparentní piezoelektrická keramika PLZT. Vývoj piezoelektrických materiálů značně podpořil rozvoj ultrazvukového pole.

Celková frekvence zvukových vln je 10-4 Hz až 1014 Hz. Obecně se zvukové vlny s frekvencí 2 × 104 Hz až 2 × 109 Hz nazývají ultrazvukové vlny. Ultrazvuk, jako součást zvukových vln, který se řídí základním zákonem šíření zvukových vln, ale piezo keramický krystal disku má také některé vynikající vlastnosti: ① Směrovost ultrazvukových vln je dobrá: Ultrazvukové vlny mají stejnou směrovost jako světelné vlny a mohou být směrově přenášeny prostřednictvím speciální konstrukce. Efektivní detekce v detekčním objektu, čím vyšší je ultrazvuková frekvence, tím lepší je směrovost; ② je to silná ultrazvuková penetrační schopnost pro většinu médií, má silnou penetrační schopnost; ③ vysoká ultrazvuková energie: Pracovní frekvence ultrazvukové detekce je mnohem vyšší než frekvence zvukových vln a má vysokou energii; ④ Ultrazvukové vlny mají krátké vlnové délky a malé difrakční jevy: kvůli jejich vysoké frekvenci a krátké vlnové délce lze snadno najít jejich odrazy způsobené defekty objektu, takže se často používají k detekci vad. Právě tyto vlastnosti dělají ultrazvuk široce používaným v nedestruktivním testování.

Základní principy ultrazvukového zkoušení

Ultrazvukové vlny se šíří v různých prostředích. Když narazí na rozhraní, ultrazvukové vlny podstoupí odraz, lom a konverzi vlnového módu. K odrazům dochází na heterogenních rozhraních s různými akustickými impedancemi. Když ultrazvukové vlny dopadají kolmo z média 1 na médium 2, odrazivost na rozhraní R. Čím větší je rozdíl v akustické impedanci mezi dvěma prostředími, tím silnější je odraz ultrazvukových vln na rozhraní. Čím větší je rozdíl akustické impedance mezi vměstky v Materiál Pzt piezoelektrická keramika a substrát, tím větší je možnost detekce.

Obsah detekce

Piezokeramiku detekovanou ultrazvukovou metodou lze rozdělit na detekci pórovitosti a detekci povrchových defektů. Detekce pórovitosti piezokeramiky Pevnost, modul pružnosti a hustota piezokeramiky přímo souvisí s pórovitostí. Poréznost některých piezo součástek určuje, zda je lze použít. Existuje také určitý vztah mezi rychlostí přenosu ultrazvukových vln a pórovitostí (nebo hustotou) v piezokeramice. kterou lze získat skutečným měřením, a poté lze pórovitost piezokeramiky získat pomocí rovnic.

Průduchy jsou redukovány na náhodně orientované elipsoidy, které jsou rovnoměrně rozmístěny v izotropní matrici. Kompozitní mikromechanický model se používá k výpočtu rychlosti zvuku a jejímu porovnání s naměřenými hodnotami. Vypočítá se pórovitost. Když je známa teoretická hustota piezokeramických materiálů, lze poréznost vypočítat z objemové hmotnosti. Existuje mnoho metod měření tělesné hustoty. Běžně se používá Archimédova metoda. Vnitřní vady piezokeramiky lze také detekovat metodou detekce vad ponořením do vody. Když jsou defekty detekovány metodou detekce vertikálních defektů podélné vlny ponořením do vody, lze přímo číst dráhu paprsku. Pro detekci malých defektů lze místo toho použít sondu s nižší frekvencí.

 Detekce povrchových vad

U piezokeramiky povrchové vady stejného tvaru a velikosti pravděpodobně způsobí poškození než vnitřní vady, proto je detekce povrchových vad zvláště důležitá. Povrchové vady piezokeramiky se obvykle detekují metodou povrchových vln ponořením do vody. Ultrazvuková vlna (podélná vlna) dopadá šikmo na povrch předmětu, který má být ponořen do vody. Když je úhel dopadu θc větší než druhý kritický úhel θC, všechny lomené zvukové vlny se šíří podél povrchu obrobku a tvoří rovnici povrchové vlny: Cl 1-podélná ve vodě Rychlost zvuku; Cr2——Sonic povrchová rychlost ponoření vody do obrobku.

Povrchová vlnová délka je kratší než smyková vlnová délka a útlum je také větší než smyková vlna. Přitom se šíří pouze po povrchu. Když narazí na ostré rohy nebo hrany, objeví se silné odrazy. Čím větší je zakřivení, tím silnější je odraz. Když se zaplavená povrchová vlna šíří po povrchu zkušebního bloku, může do vody unikat energie, takže již po pár milimetrech se výška odražené vlny zatopené povrchové vlny výrazně sníží. S ohledem na malou amplitudovou charakteristiku vzdálenosti přenosu odražené vlny, piezokeramický prstencový měnič by měl být co nejblíže defektu. Kromě výše uvedených metod lze pro detekci moderních piezokeramických povrchových defektů použít metodu snímače hřebenové elektrody, metodu ultrazvukového mikroskopu a metodu laserového skenovacího ultrazvukového mikroskopu. V moderní Číně zatím není mnoho výzkumů v oblasti ultrazvukové detekce keramických vad, nashromážděná data jsou malá a neexistují žádné standardní testovací bloky se silnou objektivitou. Výzkumné směry, které je třeba v budoucnu posílit, jsou vývoj a aplikace nových metod detekce chyb a vývoj vysoce výkonných sond. S rychlým rozvojem informačních technologií, které jsou ztělesněny výpočetní technikou, se samozřejmě vyvíjí i moderní technologie ultrazvukového nedestruktivního testování směrem k digitálnímu zpracování signálu a kontrolnímu zobrazování.