Anvendelse af Piezo Keramik Anvendes til ikke-destruktiv ultralydstest

Udviklingshistorien og karakteristika ved ultralyd

Akustik, som en gren af ​​fysik, er en videnskab, der studerer forekomst, udbredelse, modtagelse og virkninger af lydbølger. Før 1940 var der kun enkrystal piezoelektriske materialer, hvilket gjorde, at ultralydsbølger ikke blev brugt meget. I 1970'erne blev PLZT transparent piezoelektrisk keramik udviklet. Udviklingen af ​​piezoelektriske materialer har i høj grad fremmet udviklingen af ​​ultralydsfeltet.

Den samlede frekvens af lydbølger er 10-4 Hz til 1014 Hz. Generelt kaldes lydbølger med en frekvens på 2 × 104 Hz til 2 × 109 Hz ultralydsbølger. Ultralyd, som en del af lydbølger, som følger den grundlæggende lov om lydbølgeudbredelse, men piezo keramisk skivekrystal har også nogle fremragende egenskaber: ① Retningsevnen af ​​ultralydsbølger er god: Ultralydsbølger har samme retningsbestemmelse som lysbølger og kan transmitteres retningsbestemt gennem et specielt design. Effektiv detektion i detektionsobjektet, jo højere ultralydsfrekvensen er, jo bedre retningsbestemmelse; ② det er stærk ultralydsgennemtrængende evne til de fleste medier, det har en stærk gennemtrængende evne; ③ høj ultralydsenergi: Arbejdsfrekvensen for ultralydsdetektion er meget højere end frekvensen af ​​lydbølger og har høj energi; ④ Ultralydsbølger har korte bølgelængder og små diffraktionsfænomener: på grund af deres høje frekvens og korte bølgelængde er dets refleksioner forårsaget af objektdefekter nemme at finde, så de bruges ofte til fejldetektion. Det er disse egenskaber, der gør ultralyd meget udbredt i ikke-destruktiv testning.

Grundlæggende principper for ultralydstestning

Ultralydsbølger forplanter sig i forskellige medier. Når de støder på grænsefladen, vil ultralydsbølgerne gennemgå refleksion, refraktion og bølgetilstandskonvertering. Refleksioner forekommer ved heterogene grænseflader med forskellige akustiske impedanser. Når ultralydsbølger er vinkelret indfaldende fra medium 1 til medium 2, er reflektiviteten ved grænsefladen R. Jo større forskellen er i akustisk impedans mellem de to medier, desto stærkere er refleksionen af ​​ultralydsbølger ved grænsefladen. Jo større akustisk impedansforskel mellem indeslutningerne i Pzt materiale piezoelektrisk keramik og substratet, jo større er muligheden for påvisning.

Registreringsindhold

Piezo-keramik detekteret ved ultralydsmetoden kan opdeles i porøsitetsdetektion og overfladedefektdetektion. Detektionsporøsitet af piezokeramik Styrken, elasticitetsmodulet og densiteten af ​​piezokeramik er direkte relateret til porøsiteten. Porøsiteten af ​​nogle piezokomponenter afgør, om den kan bruges. Der er også et vist forhold mellem transmissionshastigheden af ​​ultralydsbølger og porøsitet (eller tæthed) i piezokeramik. som kan opnås ved faktisk måling, og så kan porøsiteten af ​​piezokeramik opnås ved at bruge ligninger.

Stomata reduceres til tilfældigt orienterede ellipsoider, som er ensartet fordelt i en isotrop matrix. Den sammensatte mikromekaniske model bruges til at beregne lydens hastighed og sammenligne den med måleværdierne. Porøsiteten er beregnet. Når den teoretiske densitet af piezokeramiske materialer er kendt, kan porøsiteten beregnes ud fra rumvægten. Der er mange metoder til at måle kropsdensiteten. Arkimedes-metoden er almindeligt anvendt. De indvendige defekter af piezo-keramik kan også detekteres ved detekteringsmetoden for vandnedsænkning. Når defekterne detekteres ved vandnedsænkning langsgående bølge lodret fejldetektionsmetode, kan strålebanen aflæses direkte. For at detektere små defekter kan der i stedet bruges en sonde med lavere frekvens.

 Detektering af overfladefejl

For piezo-keramik er overfladefejl af samme form og størrelse mere tilbøjelige til at forårsage skade end indre defekter, så påvisningen af ​​overfladefejl er særlig vigtig. Overfladedefekterne af piezo-keramik detekteres normalt ved vandnedsænkningsoverfladebølgemetoden. Ultralydsbølgen (langsgående bølge) falder skråt ind på overfladen af ​​det objekt, der skal nedsænkes i vandet. Når indfaldsvinklen θc er større end den anden kritiske vinkel θC, forplanter de brudte lydbølger sig alle langs overfladen af ​​emnet og danner en overfladebølgeligning: Cl 1-langsgående i vand Lydens hastighed; Cr2——Sonic overfladehastighed af vandnedsænkning i arbejdsemnet.

Overfladebølgelængden er kortere end forskydningsbølgelængden, og dæmpningen er også større end forskydningsbølgen. Samtidig forplanter den sig kun langs overfladen. Når den støder på skarpe hjørner eller kanter, vil der være stærke reflektionsekkoer. Jo større krumning, jo stærkere refleksion. Når den oversvømmede overfladebølge forplanter sig på overfladen af ​​testblokken, kan der lække energi ud i vandet, så efter kun få millimeter er højden af ​​den oversvømmede overfladebølges reflekterede bølge væsentligt reduceret. I lyset af den lille amplitudekarakteristik af den reflekterede bølgetransmissionsafstand, er piezokeramisk ringtransducer skal være så tæt på defekten som muligt. Ud over de ovennævnte metoder kan kamelektrodetransducermetoden, ultralydsmikroskopmetoden og laserscanningsultralydsmikroskopmetoden bruges til påvisning af moderne piezokeramiske overfladedefekter. Indtil videre er der ikke mange undersøgelser af ultralydsdetektion af keramiske fejl i det moderne Kina, de akkumulerede data er små, og der er ingen standard testblokke med stærk objektivitet. De forskningsretninger, der skal styrkes i fremtiden, er udvikling og anvendelse af nye fejldetektionsmetoder og udvikling af højtydende sonder. Selvfølgelig, med den hurtige udvikling af informationsteknologi, som er legemliggjort af computerteknologi, udvikler moderne ultralyds ikke-destruktiv testteknologi sig også hen imod digital signalbehandling og inspektionsbilleddannelse.