Pietsokeramiikan sovellus Käytetään hajoamattomissa ultraäänitestauksissa

Ultraäänen kehityshistoria ja ominaisuudet

Akustiikka fysiikan osana on tiede, joka tutkii ääniaaltojen esiintymistä, leviämistä, vastaanottoa ja vaikutuksia. Ennen 1940-luvulla oli vain yksikiteisiä pietsosähköisiä materiaaleja, minkä vuoksi ultraääniaaltoa ei käytetty laajalti. 1970-luvulla kehitettiin läpinäkyvää PLZT-pietsosähköistä keramiikkaa. Pietsosähköisten materiaalien kehitys on edistänyt suuresti ultraäänikentän kehitystä.

Ääniaaltojen kokonaistaajuus on 10-4 Hz - 1014 Hz. Yleensä ääniaaltoja, joiden taajuus on 2 × 104 Hz - 2 × 109 Hz, kutsutaan ultraääniaalloiksi. Ultraääni osana ääniaaltoja,joka noudattaa ääniaaltojen etenemisen peruslakia, mutta Pietsokeraamisella kiekkokiteellä on myös joitain erinomaisia ​​ominaisuuksia: ① Ultraääniaaltojen suuntaus on hyvä: Ultraääniaaltojen suuntaavuus on sama kuin valoaalloilla, ja ne voidaan siirtää suunnattuna erityisrakenteen avulla. Tehokas tunnistus tunnistuskohteessa, mitä korkeampi ultraäänitaajuus, sitä parempi suuntaus; ② se on vahva ultraääniläpäisykyky useimmille tietovälineille, sillä on vahva läpäisykyky; ③ korkea ultraäänienergia: Ultraäänitunnistuksen toimintataajuus on paljon korkeampi kuin ääniaaltojen taajuus ja sillä on korkea energia; ④ Ultraääniaalloilla on lyhyitä aallonpituuksia ja pieniä diffraktioilmiöitä: niiden korkean taajuuden ja lyhyen aallonpituuden vuoksi niiden esinevioista johtuvat heijastukset on helppo löytää, joten niitä käytetään usein vikojen havaitsemiseen. Juuri nämä ominaisuudet tekevät ultraäänestä laajan käytön ainetta rikkomattomissa testeissä.

Ultraäänitestauksen perusperiaatteet

Ultraääniaallot leviävät eri väliaineissa. Kun ultraääniaallot kohtaavat rajapinnan, he käyvät läpi heijastuksen, taittumisen ja aaltomuodon muunnoksen. Heijastuksia esiintyy heterogeenisillä rajapinnoilla, joilla on erilaiset akustiset impedanssit. Kun ultraääniaallot tulevat kohtisuorassa väliaineesta 1 väliaineeseen 2, heijastavuus rajapinnassa R. Mitä suurempi ero akustisessa impedanssissa on näiden kahden väliaineen välillä, sitä voimakkaampi ultraääniaaltojen heijastus rajapinnassa on. Mitä suurempi akustisen impedanssin ero on inkluusioiden välillä Pzt materiaali pietsosähköinen keramiikka ja substraatti, sitä suurempi mahdollisuus havaita.

Tunnistussisältö

Ultraäänimenetelmällä havaittu pietsokeramiikka voidaan jakaa huokoisuuden havaitsemiseen ja pintavikojen havaitsemiseen. Pietsokeramiikan havaitsemishuokoisuus Pietsokeramiikan lujuus, kimmomoduuli ja tiheys liittyvät suoraan huokoisuuteen. Joidenkin pietsokomponenttien huokoisuus määrää, voidaanko sitä käyttää. Ultraääniaaltojen siirtonopeuden ja pietsokeramiikan huokoisuuden (tai tiheyden) välillä on myös tietty suhde, joka voidaan saada varsinaisella mittauksella, ja sitten pietsokeramiikan huokoisuus voidaan saada yhtälöiden avulla.

Stomatit pelkistyvät satunnaisesti suuntautuneiksi ellipsoideiksi, jotka jakautuvat tasaisesti isotrooppiseen matriisiin. Komposiittimikromekaanisen mallin avulla lasketaan äänen nopeus ja verrataan sitä mittausarvoihin. Huokoisuus lasketaan. Kun pietsokeraamisten materiaalien teoreettinen tiheys tiedetään, huokoisuus voidaan laskea irtotiheydestä. Kehon tiheyden mittaamiseen on monia menetelmiä. Archimedes-menetelmää käytetään yleisesti. Pietsokeramiikan sisäiset viat voidaan havaita myös vesiupotusvirheiden havaitsemismenetelmällä. Kun viat havaitaan veteen upotuspitkittäisaallon pystysuuntaisen vian havaitsemismenetelmällä, säteen reitti voidaan lukea suoraan. Pienten vikojen havaitsemiseksi voidaan sen sijaan käyttää matalataajuista anturia.

 Pintavirheiden tunnistus

Pietsokeramiikassa samanmuotoiset ja -kokoiset pintavirheet aiheuttavat todennäköisemmin vahinkoa kuin sisäiset viat, joten pintavirheiden havaitseminen on erityisen tärkeää. Pietsokeramiikan pintavirheet havaitaan yleensä vesiimmersiopintaaaltomenetelmällä. Ultraääniaalto (pitkittäisaalto) osuu vinosti veteen upotettavan esineen pintaan. Kun tulokulma θc on suurempi kuin toinen kriittinen kulma θC, taittuneet ääniaallot etenevät kaikki työkappaleen pintaa pitkin muodostaen pinta-aaltoyhtälön: Cl 1-pitkittäinen vedessä Äänen nopeus; Cr2——Äänipintanopeus veteen upotuksessa työkappaleeseen.

Pinta-aallon aallonpituus on lyhyempi kuin leikkausaallon aallonpituus, ja vaimennus on myös suurempi kuin leikkausaalto. Samalla se leviää vain pintaa pitkin. Kun se kohtaa teräviä kulmia tai reunoja, siitä tulee voimakkaita heijastuskaikuja. Mitä suurempi kaarevuus, sitä voimakkaampi heijastus. Kun tulvinut pinta-aalto etenee testilohkon pinnalla, energiaa voi vuotaa veteen, joten jo muutaman millimetrin jälkeen tulvineen pinta-aallon heijastuneen aallon korkeus pienenee merkittävästi. Heijastun aallon lähetysetäisyyden pienen amplitudin ominaisuuden vuoksi Pietsokeraamisen rengasanturin tulee olla mahdollisimman lähellä vikaa. Yllä olevien menetelmien lisäksi voidaan käyttää kampaelektrodianturimenetelmää, ultraäänimikroskooppimenetelmää ja laserkeilaava ultraäänimikroskooppimenetelmää nykyaikaisten pietsokeramisten pintavikojen havaitsemiseen. Toistaiseksi ultraäänikeramiikkavikojen havaitsemisesta ei ole tehty paljon tutkimuksia nykyaikaisessa Kiinassa, kerääntynyt data on pieni, eikä ole olemassa standarditestilohkoja, joilla olisi vahva objektiivisuus. Jatkossa vahvistamista vaativia tutkimussuuntia ovat uusien vikojen havaitsemismenetelmien kehittäminen ja soveltaminen sekä korkean suorituskyvyn antureiden kehittäminen. Tietenkin tietotekniikan nopean kehityksen myötä, joka ilmentää tietokonetekniikkaa, myös moderni ultraääni rikkomaton testaustekniikka kehittyy kohti digitaalista signaalinkäsittelyä ja tarkastuskuvausta.