Primjena piezo keramike Koristi se za ultrazvučno ispitivanje bez razaranja

Povijest razvoja i karakteristike ultrazvuka

Akustika, kao grana fizike, znanost je koja proučava pojavu, širenje, prijem i učinke zvučnih valova. Prije 1940. postojali su samo monokristalni piezoelektrični materijali, zbog čega ultrazvučni valovi nisu bili široko korišteni. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća razvijena je PLZT prozirna piezoelektrična keramika. Razvoj piezoelektričnih materijala uvelike je pospješio razvoj ultrazvučnog polja.

Ukupna frekvencija zvučnih valova je 10-4 Hz do 1014 Hz. Općenito, zvučni valovi s frekvencijom od 2 × 104 Hz do 2 × 109 Hz nazivaju se ultrazvučni valovi. Ultrazvuk, kao dio zvučnih valova, koji slijedi osnovni zakon širenja zvučnih valova, ali piezo keramički disk kristal također ima neke izvanredne značajke: ① Usmjerenost ultrazvučnih valova je dobra: Ultrazvučni valovi imaju istu usmjerenost kao svjetlosni valovi i mogu se usmjereno prenositi kroz poseban dizajn. Učinkovita detekcija u objektu detekcije, što je veća ultrazvučna frekvencija, to je bolja usmjerenost; ② ima jaku ultrazvučnu sposobnost prodiranja za većinu medija, ima snažnu sposobnost prodiranja; ③ visoka ultrazvučna energija: radna frekvencija ultrazvučne detekcije puno je viša od frekvencije zvučnih valova i ima visoku energiju; ④ Ultrazvučni valovi imaju kratke valne duljine i male difrakcijske pojave: zbog njihove visoke frekvencije i kratke valne duljine lako je pronaći njihove refleksije uzrokovane oštećenjima objekta, pa se često koriste za otkrivanje nedostataka. Upravo te karakteristike čine ultrazvuk širokom primjenom u nerazornom ispitivanju.

Osnovni principi ultrazvučnog ispitivanja

Ultrazvučni valovi se šire u različitim medijima. Kada naiđe na sučelje, ultrazvučni valovi će doživjeti refleksiju, lom i pretvorbu oblika valova. Refleksije se javljaju na heterogenim sučeljima s različitim akustičnim impedancijama. Kada ultrazvučni valovi padaju okomito s medija 1 na medij 2, refleksija na sučelju R. Što je veća razlika u akustičnoj impedanciji između dva medija, to je refleksija ultrazvučnih valova na sučelju jača. Što je veća razlika akustične impedancije između uključaka u Pzt materijal piezoelektrična keramika i podloga, veća je mogućnost detekcije.

Sadržaj detekcije

Piezo keramika otkrivena ultrazvučnom metodom može se podijeliti na detekciju poroznosti i detekciju površinskih defekata. Detekcija poroznosti piezo keramike Čvrstoća, modul elastičnosti i gustoća piezo keramike izravno su povezani s poroznošću. Poroznost nekih piezo komponenti određuje mogu li se koristiti. Također postoji određena veza između brzine prijenosa ultrazvučnih valova i poroznosti (ili gustoće) u piezokeramici. koja se može dobiti stvarnim mjerenjem, a zatim se poroznost piezo keramike može dobiti pomoću jednadžbi.

Stomati su svedeni na nasumično orijentirane elipsoide, koji su ravnomjerno raspoređeni u izotropnoj matrici. Kompozitni mikromehanički model služi za izračunavanje brzine zvuka i usporedbu s mjernim vrijednostima. Izračunava se poroznost. Kada je poznata teorijska gustoća piezo keramičkih materijala, poroznost se može izračunati iz nasipne gustoće. Postoje mnoge metode za mjerenje tjelesne gustoće. Arhimedova metoda se obično koristi. Unutarnji nedostaci piezo keramike također se mogu detektirati metodom detekcije grešaka uranjanjem u vodu. Kada se nedostaci otkriju metodom vertikalnog otkrivanja grešaka s uzdužnim valom uranjanja u vodu, putanja zraka može se očitati izravno. Za otkrivanje malih nedostataka, umjesto toga može se koristiti sonda niže frekvencije.

 Detekcija površinskih defekata

Za piezo keramiku veća je vjerojatnost da će površinski defekti istog oblika i veličine uzrokovati štetu nego unutarnji defekti, stoga je otkrivanje površinskih defekata posebno važno. Površinski defekti piezo keramike obično se otkrivaju metodom površinskog vala uranjanja u vodu. Ultrazvučni val (longitudinalni val) pada koso na površinu predmeta koji se uranja u vodu. Kada je upadni kut θc veći od drugog kritičnog kuta θC, svi lomljeni zvučni valovi šire se duž površine obratka, tvoreći jednadžbu površinskog vala: Cl 1-uzdužno u vodi Brzina zvuka; Cr2——Sonična površinska brzina uranjanja vode u obratku.

Valna duljina površine je kraća od valne duljine smicanja, a slabljenje je također veće od smicanja vala. Istodobno, širi se samo duž površine. Kada naiđe na oštre kutove ili rubove, pojavit će se jaki odjeci refleksije. Što je veća zakrivljenost, to je refleksija jača. Kada se poplavljeni površinski val širi po površini ispitnog bloka, energija može iscuriti u vodu, pa se već nakon nekoliko milimetara visina reflektiranog vala poplavljenog površinskog vala značajno smanjuje. S obzirom na malu amplitudu karakterističnu za udaljenost prijenosa reflektiranog vala, piezokeramička prstenasta sonda treba biti što je moguće bliže defektu. Uz gore navedene metode, metoda pretvarača češljaste elektrode, metoda ultrazvučnog mikroskopa i metoda laserskog skenirajućeg ultrazvučnog mikroskopa mogu se koristiti za otkrivanje modernih defekata površine piezo keramike. Do sada nema mnogo istraživanja o ultrazvučnoj keramičkoj detekciji grešaka u modernoj Kini, akumulirani podaci su mali, a ne postoje standardni testni blokovi s jakom objektivnošću. Istraživački pravci koje treba ojačati u budućnosti su razvoj i primjena novih metoda detekcije grešaka i razvoj visokoučinkovitih sondi. Naravno, s brzim razvojem informacijske tehnologije, koju utjelovljuje računalna tehnologija, moderna ultrazvučna tehnologija nerazornog ispitivanja također se razvija prema digitalnoj obradi signala i pregledu slika.