Toepassing van piëzo-keramiek Gebruikt voor ultrasoon niet-destructief onderzoek

De ontwikkelingsgeschiedenis en kenmerken van echografie

Akoestiek, als tak van de natuurkunde, is een wetenschap die het voorkomen, de voortplanting, de ontvangst en de effecten van geluidsgolven bestudeert. Vóór 1940 waren er alleen piëzo-elektrische materialen met één kristal, waardoor ultrasone golven niet veel werden gebruikt. In de jaren zeventig werd PLZT transparant piëzo-elektrisch keramiek ontwikkeld. De ontwikkeling van piëzo-elektrische materialen heeft de ontwikkeling van het ultrasone veld enorm bevorderd.

De totale frequentie van geluidsgolven is 10-4 Hz tot 1014 Hz. Over het algemeen worden geluidsgolven met een frequentie van 2 × 104 Hz tot 2 × 109 Hz ultrasone golven genoemd. Echografie, als onderdeel van geluidsgolven,die de basiswet van de voortplanting van geluidsgolven volgt, maar piëzo-keramisch schijfkristal heeft ook enkele opvallende kenmerken: ① De richtingsgevoeligheid van ultrasone golven is goed: ultrasone golven hebben dezelfde richtingsgevoeligheid als lichtgolven en kunnen door een speciaal ontwerp directioneel worden overgedragen. Effectieve detectie in het detectieobject, hoe hoger de ultrasone frequentie, hoe beter de directiviteit; ② het is een sterk ultrasoon penetrerend vermogen voor de meeste media, het heeft een sterk penetrerend vermogen; ③ hoge ultrasone energie: de werkfrequentie van ultrasone detectie is veel hoger dan de frequentie van geluidsgolven en heeft een hoge energie; ④ Ultrasone golven hebben korte golflengten en kleine diffractieverschijnselen: vanwege hun hoge frequentie en korte golflengte zijn de reflecties veroorzaakt door objectdefecten gemakkelijk te vinden, daarom worden ze vaak gebruikt voor foutdetectie. Het zijn deze kenmerken die ervoor zorgen dat echografie veel wordt gebruikt bij niet-destructief onderzoek.

Basisprincipes van ultrasoon testen

Ultrasone golven planten zich voort in verschillende media. Wanneer ze het grensvlak tegenkomen, zullen de ultrasone golven reflectie, breking en golfmodusconversie ondergaan. Reflecties treden op op heterogene grensvlakken met verschillende akoestische impedanties. Wanneer ultrasone golven loodrecht invallen van medium 1 op medium 2, neemt de reflectiviteit op het grensvlak R toe. Hoe groter het verschil in akoestische impedantie tussen de twee media, hoe sterker de reflectie van ultrasone golven op het grensvlak. Hoe groter het akoestische impedantieverschil tussen de insluitsels in de Pzt-materiaal piëzo-elektrisch keramiek en het substraat, hoe groter de detectiemogelijkheid.

Detectie-inhoud

Piëzo-keramiek gedetecteerd met behulp van ultrasone methode kan worden onderverdeeld in porositeitsdetectie en detectie van oppervlaktedefecten. Detectieporositeit van piëzo-keramiek De sterkte, elastische modulus en dichtheid van piëzo-keramiek zijn direct gerelateerd aan de porositeit. De porositeit van sommige piëzo-componenten bepaalt of deze kunnen worden gebruikt. Er bestaat ook een bepaalde relatie tussen de transmissiesnelheid van ultrasone golven en de porositeit (of dichtheid) in piëzokeramiek, die kan worden verkregen door daadwerkelijke metingen, en vervolgens kan de porositeit van piëzo-keramiek worden verkregen door vergelijkingen te gebruiken.

De huidmondjes zijn gereduceerd tot willekeurig georiënteerde ellipsoïden, die uniform verdeeld zijn in een isotrope matrix. Met het samengestelde micromechanische model wordt de geluidssnelheid berekend en vergeleken met de meetwaarden. De porositeit wordt berekend. Wanneer de theoretische dichtheid van piëzo-keramische materialen bekend is, kan de porositeit worden berekend op basis van de bulkdichtheid. Er zijn veel methoden om de lichaamsdichtheid te meten. De Archimedes-methode wordt vaak gebruikt. De interne defecten van piëzo-keramiek kunnen ook worden gedetecteerd door middel van de detectiemethode voor fouten door onderdompeling in water. Wanneer de defecten worden gedetecteerd door de longitudinale golf-verticale foutdetectiemethode bij onderdompeling in water, kan het straalpad direct worden gelezen. Om kleine defecten te detecteren, kan in plaats daarvan een sonde met een lagere frequentie worden gebruikt.

 Detectie van oppervlaktedefecten

Bij piëzo-keramiek is de kans groter dat oppervlaktedefecten met dezelfde vorm en grootte schade veroorzaken dan interne defecten, dus de detectie van oppervlaktedefecten is bijzonder belangrijk. De oppervlaktedefecten van piëzo-keramiek worden meestal gedetecteerd door middel van oppervlaktegolfmethode door onderdompeling in water. De ultrasone golf (longitudinale golf) valt schuin in op het oppervlak van het object dat in het water moet worden ondergedompeld. Wanneer de invalshoek θc groter is dan de tweede kritische hoek θC, planten de gebroken geluidsgolven zich allemaal voort langs het oppervlak van het werkstuk, waardoor een oppervlaktegolfvergelijking ontstaat: Cl 1-longitudinaal in water Snelheid van geluid; Cr2——Sonische oppervlaktesnelheid van wateronderdompeling in het werkstuk.

De golflengte van de oppervlaktegolf is korter dan de golflengte van de schuifgolf, en de verzwakking is ook groter dan de schuifgolf. Tegelijkertijd plant het zich alleen langs het oppervlak voort. Wanneer het scherpe hoeken of randen tegenkomt, zullen er sterke reflectie-echo's optreden. Hoe groter de kromming, hoe sterker de reflectie. Wanneer de overstroomde oppervlaktegolf zich voortplant op het oppervlak van het testblok, kan er energie in het water lekken, zodat al na enkele millimeters de hoogte van de gereflecteerde golf van de overstroomde oppervlaktegolf aanzienlijk wordt verminderd. Met het oog op de kleine amplitudekarakteristiek van de transmissieafstand van de gereflecteerde golf, is de piëzo-keramische ringtransducers moeten zo dicht mogelijk bij het defect liggen. Naast de bovenstaande methoden kunnen de kamelektrodetransducermethode, de ultrasone microscoopmethode en de laserscanning ultrasone microscoopmethode worden gebruikt voor de detectie van moderne piëzo-keramische oppervlaktedefecten. Tot nu toe zijn er niet veel onderzoeken naar ultrasone detectie van keramische fouten in het moderne China, de verzamelde gegevens zijn klein en er zijn geen standaardtestblokken met een sterke objectiviteit. De onderzoeksrichtingen die in de toekomst versterkt moeten worden zijn de ontwikkeling en toepassing van nieuwe foutdetectiemethoden en de ontwikkeling van hoogwaardige sondes. Met de snelle ontwikkeling van de informatietechnologie, die wordt belichaamd door computertechnologie, ontwikkelt de moderne ultrasone niet-destructieve testtechnologie zich uiteraard ook in de richting van digitale signaalverwerking en inspectiebeeldvorming.