अल्ट्रासोनिक गैर-विनाशकारी परीक्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले पीजो सिरेमिक का अनुप्रयोग

अल्ट्रासाउंड का विकास इतिहास और विशेषताएं

ध्वनिकी, भौतिकी की एक शाखा के रूप में, यह एक विज्ञान है जो ध्वनि तरंगों की घटना, प्रसार, स्वागत और प्रभावों का अध्ययन करता है। 1940 से पहले, केवल एकल-क्रिस्टल पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री थी, जिसके कारण अल्ट्रासोनिक तरंग का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता था। 1970 के दशक में, PLZT पारदर्शी पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक विकसित किए गए थे। पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के विकास ने अल्ट्रासोनिक क्षेत्र के विकास को काफी बढ़ावा दिया है।

ध्वनि तरंगों की कुल आवृत्ति 10-4 Hz से 1014 Hz होती है। सामान्यतः 2×104 हर्ट्ज से 2×109 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगों को अल्ट्रासोनिक तरंगें कहा जाता है। अल्ट्रासाउंड, ध्वनि तरंगों के एक भाग के रूप में, जो ध्वनि तरंग प्रसार के मूल नियम का पालन करता है, लेकिन पीजो सिरेमिक डिस्क क्रिस्टल में कुछ उत्कृष्ट विशेषताएं भी हैं: ① अल्ट्रासाउंड तरंगों की दिशा अच्छी है: अल्ट्रासोनिक तरंगों में प्रकाश तरंगों के समान ही दिशा होती है, और एक विशेष डिजाइन के माध्यम से दिशात्मक रूप से प्रसारित किया जा सकता है। डिटेक्शन ऑब्जेक्ट में प्रभावी पहचान, अल्ट्रासोनिक आवृत्ति जितनी अधिक होगी, दिशा उतनी ही बेहतर होगी; ② यह अधिकांश मीडिया के लिए मजबूत अल्ट्रासोनिक मर्मज्ञ क्षमता है, इसमें एक मजबूत मर्मज्ञ क्षमता है; ③ उच्च अल्ट्रासोनिक ऊर्जा: अल्ट्रासोनिक पहचान की कार्य आवृत्ति ध्वनि तरंगों की आवृत्ति से बहुत अधिक है और इसमें उच्च ऊर्जा है; ④ अल्ट्रासोनिक तरंगों में छोटी तरंग दैर्ध्य और छोटी विवर्तन घटनाएं होती हैं: उनकी उच्च आवृत्ति और छोटी तरंग दैर्ध्य के कारण, वस्तु दोषों के कारण होने वाले प्रतिबिंबों को ढूंढना आसान होता है, इसलिए उन्हें अक्सर दोष का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। यह ऐसी विशेषताएं हैं जो अल्ट्रासाउंड को गैर-विनाशकारी परीक्षण में व्यापक रूप से उपयोग करती हैं।

अल्ट्रासोनिक परीक्षण के बुनियादी सिद्धांत

अल्ट्रासोनिक तरंगें विभिन्न माध्यमों में फैलती हैं। इंटरफ़ेस का सामना करते समय, अल्ट्रासोनिक तरंगें प्रतिबिंब, अपवर्तन और तरंग मोड रूपांतरण से गुजरेंगी। विभिन्न ध्वनिक प्रतिबाधाओं के साथ विषम इंटरफेस पर प्रतिबिंब होते हैं। जब अल्ट्रासोनिक तरंगें माध्यम 1 से माध्यम 2 तक लंबवत रूप से आपतित होती हैं, तो इंटरफ़ेस R पर परावर्तन होता है। दोनों मीडिया के बीच ध्वनिक प्रतिबाधा में अंतर जितना बड़ा होगा, इंटरफ़ेस पर अल्ट्रासोनिक तरंगों का प्रतिबिंब उतना ही अधिक मजबूत होगा। में समावेशन के बीच ध्वनिक प्रतिबाधा अंतर जितना बड़ा होगा Pzt सामग्री पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक और सब्सट्रेट, पता लगाने की संभावना जितनी अधिक होगी।

पता लगाने की सामग्री

अल्ट्रासोनिक विधि द्वारा पता लगाए गए पीजो सिरेमिक को सरंध्रता का पता लगाने और सतह दोष का पता लगाने में विभाजित किया जा सकता है। पीजो सिरेमिक की सरंध्रता का पता लगाना पीजो सिरेमिक की ताकत, लोचदार मापांक और घनत्व सीधे सरंध्रता से संबंधित हैं। कुछ पीजो घटकों की सरंध्रता यह निर्धारित करती है कि इसका उपयोग किया जा सकता है या नहीं। पीजोसेरामिक्स में अल्ट्रासोनिक तरंगों की संचरण गति और सरंध्रता (या घनत्व) के बीच एक निश्चित संबंध भी है। जिसे वास्तविक माप के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, और फिर समीकरणों का उपयोग करके पीजोसेरामिक्स की सरंध्रता प्राप्त की जा सकती है।

रंध्र अनियमित रूप से उन्मुख दीर्घवृत्ताभ में कम हो जाते हैं, जो एक आइसोट्रोपिक मैट्रिक्स में समान रूप से वितरित होते हैं। मिश्रित माइक्रोमैकेनिकल मॉडल का उपयोग ध्वनि की गति की गणना करने और मापने वाले मूल्यों के साथ तुलना करने के लिए किया जाता है। सरंध्रता की गणना की जाती है. जब पीजो सिरेमिक सामग्रियों का सैद्धांतिक घनत्व ज्ञात होता है, तो सरंध्रता की गणना थोक घनत्व से की जा सकती है। शरीर के घनत्व को मापने की कई विधियाँ हैं। आर्किमिडीज़ पद्धति का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। पीजो सिरेमिक के आंतरिक दोषों का पता जल विसर्जन दोष पहचान विधि द्वारा भी लगाया जा सकता है। जब जल विसर्जन अनुदैर्ध्य तरंग ऊर्ध्वाधर दोष का पता लगाने की विधि द्वारा दोषों का पता लगाया जाता है, तो बीम पथ को सीधे पढ़ा जा सकता है। छोटे दोषों का पता लगाने के लिए, इसके बजाय कम आवृत्ति जांच का उपयोग किया जा सकता है।

 सतह दोष का पता लगाना

पीज़ो सिरेमिक के लिए, समान आकार और आकार के सतह दोषों से आंतरिक दोषों की तुलना में क्षति होने की अधिक संभावना होती है, इसलिए सतह दोषों का पता लगाना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। पीज़ो सिरेमिक के सतह दोषों का पता आमतौर पर जल विसर्जन सतह तरंग विधि द्वारा लगाया जाता है। अल्ट्रासोनिक तरंग (अनुदैर्ध्य तरंग) पानी में डुबोई जाने वाली वस्तु की सतह पर तिरछी रूप से आपतित होती है। जब आपतित कोण θc दूसरे क्रांतिक कोण θC से अधिक होता है, तो अपवर्तित ध्वनि तरंगें वर्कपीस की सतह के साथ फैलती हैं, जिससे एक सतह तरंग समीकरण बनता है: सीएल 1-पानी में अनुदैर्ध्य ध्वनि का वेग; Cr2--वर्कपीस में पानी के विसर्जन का ध्वनि सतह वेग।

सतह तरंग तरंग दैर्ध्य कतरनी तरंग तरंग दैर्ध्य से कम है, और क्षीणन भी कतरनी तरंग से अधिक है। साथ ही, यह केवल सतह पर ही फैलता है। जब इसका सामना तेज कोनों या किनारों से होता है, तो मजबूत प्रतिबिंब गूँज होगी। वक्रता जितनी अधिक होगी, प्रतिबिंब उतना ही मजबूत होगा। जब बाढ़ की सतह की लहर परीक्षण ब्लॉक की सतह पर फैलती है, तो ऊर्जा पानी में लीक हो सकती है, इसलिए केवल कुछ मिलीमीटर के बाद, बाढ़ की सतह की लहर की परावर्तित लहर की ऊंचाई काफी कम हो जाती है। परावर्तित तरंग संचरण दूरी के छोटे आयाम विशेषता को देखते हुए, पीजो सिरेमिक रिंग ट्रांसड्यूसर यथासंभव दोष के करीब होना चाहिए। उपरोक्त विधियों के अलावा, आधुनिक पीजो सिरेमिक सतह दोषों का पता लगाने के लिए कंघी इलेक्ट्रोड ट्रांसड्यूसर विधि, अल्ट्रासोनिक माइक्रोस्कोप विधि और लेजर स्कैनिंग अल्ट्रासोनिक माइक्रोस्कोप विधि का उपयोग किया जा सकता है। अब तक, आधुनिक चीन में अल्ट्रासोनिक सिरेमिक दोष का पता लगाने पर कई शोध नहीं हुए हैं, संचित डेटा छोटा है, और मजबूत निष्पक्षता के साथ कोई मानक परीक्षण ब्लॉक नहीं हैं। भविष्य में जिन अनुसंधान दिशाओं को मजबूत करने की आवश्यकता है, वे हैं नई दोष पहचान विधियों का विकास और अनुप्रयोग और उच्च-प्रदर्शन जांच का विकास। बेशक, सूचना प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, जो कंप्यूटर प्रौद्योगिकी द्वारा सन्निहित है, आधुनिक अल्ट्रासोनिक गैर-विनाशकारी परीक्षण तकनीक भी डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग और निरीक्षण इमेजिंग की दिशा में विकसित हो रही है।