Nieuws

U bevindt zich hier: Thuis / Nieuws / Basisprincipes van piëzo-elektrische keramiek / Niet-destructieve testtechnologie en de toepassing ervan (1)

Niet-destructieve testtechnologie en de toepassing ervan (1)

Bekeken: 0 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 20-09-2019 Herkomst: Locatie

Informeer

Geluidsgolven zijn een soort longitudinale golven die door het menselijk oor kunnen worden gevoeld. Het frequentiebereik is 16 Hz ~ 2 KHz. Wanneer de frequentie van geluidsgolven lager is dan 16 Hz, wordt dit een infrageluidsgolf genoemd, en wanneer deze hoger is dan 2 kHz, wordt dit een ultrasone golf genoemd. Over het algemeen hebben geluidsgolven een frequentie in het bereik van 2 kHz tot 25 MHz, ultrasone golven genoemd. Het is een mechanische trillingsgolf die wordt opgewekt door een mechanische trillingsbron in een elastisch medium. De essentie ervan is het overbrengen van trillingsenergie in de vorm van spanningsgolven. De noodzakelijke voorwaarde is dat een trillingsbron en een elastisch medium dat mechanische trillingen kan overbrengen (in feite inclusief bijna alle gassen, vloeistoffen en vaste stoffen) in het inwendige van het object kunnen doordringen en zich door het object kunnen verplaatsen. Gebruikmakend van verschillende voortplantingskenmerken van piëzo-elektrische keramische transducers in een object, zoals reflectie en breking, diffractie en verstrooiing, verzwakking, resonantie en geluidssnelheid, het is mogelijk om de grootte, oppervlakte- en interne defecten, weefselveranderingen, enz. van veel objecten te detecteren, en is dus een toepassing. De meest uitgebreide en belangrijkste niet-destructieve testtechnologie is de ultrasone testtechnologie. Bijvoorbeeld voor medische ultrasone diagnose (zoals B-echografie), sonar in oceanografie, visdetectie, zeebodemtopografie, oceaanpeiling, geologische structuurdetectie, defectdetectie op industriële materialen en producten, hardheidsmeting, diktemeting, microstructuurevaluatie, inspectie van betoncomponenten, vochtmeting van piëzkeramiek, analyse van gasmediumeigenschappen, dichtheidsmeting, enz.

Ultrasoon geluid heeft de volgende kenmerken:
1) Ultrasone golven kunnen effectief worden voortgeplant in media zoals gassen, vloeistoffen, vaste stoffen en vaste stoffen oplossingen.
2) Ultrasone golven kunnen zeer sterke energie overbrengen.
3) Ultrageluid produceert reflectie, interferentie, superpositie en resonantie. 4) Wanneer de ultrasone golf zich voortplant in het vloeibare medium, kan het bereiken van een bepaald niveau van geluidsvermogen een sterke impact hebben op het grensvlak van het object in de vloeistof (gebaseerd op 'cavitatiefenomeen') - wat leidt tot de 'power ultrasonic application'-technologie - bijvoorbeeld 'ultrasoon reinigen', 'ultrasoon boren', 'ultrasoon ontbramen' (gezamenlijk aangeduid als 'ultrasone verwerking') en dergelijke. Het kan ook zijn gebruikt voor 'ultrasoon lassen' van materialen zoals kunststoffen door de trilling van ultrasone golven met hoog vermogen.
~!phoenix_var121_6!~

Ultrasoon testen (UT), dat wordt toegepast in de industriële niet-destructieve testtechnologie, is de snelst groeiende en meest gebruikte niet-destructieve testtechnologie in de NDT-technologie en speelt een zeer belangrijke rol. De methode die wordt gebruikt voor het genereren en ontvangen van ultrasone golven in de ultrasone testtechnologie, waarbij voornamelijk gebruik wordt gemaakt van het piëzo-elektrische effect van kristallen, dat wil zeggen: pizo-elektrische keramische schijfkristallen (zoals kwartskristal, bariumtitanaat en piëzo-elektrische keramiek zoals loodzirkonaattitanaat). Wanneer er onder de actie vervorming optreedt, zal er een elektrisch fenomeen optreden, dat wil zeggen dat de ladingsverdeling zal veranderen (positief piëzo-elektrisch effect). Omgekeerd, wanneer een lading wordt aangebracht op het piëzo-elektrische kristal, zal het piëzo-elektrische keramische kristal onder spanning komen te staan, dat wil zeggen elastisch vervormen. (omgekeerd piëzo-elektrisch effect). Daarom wordt een ultrasone transducer (sonde) vervaardigd door gebruik te maken van een piëzo-elektrisch kristal, en wordt een hoogfrequente elektrische puls daaraan ingevoerd, en de sonde genereert ultrasone golven met dezelfde frequentie om te worden uitgezonden in het te inspecteren object, en wanneer de ultrasone golf wordt ontvangen, genereert de sonde dezelfde frequentie. Het hoogfrequente elektrische signaal wordt gebruikt om het display te detecteren. Naast het gebruik van het piëzo-elektrische effect, in sommige gevallen, het magnetostrictieve effect (het fenomeen dat het sterke magnetische materiaal wordt vervormd tijdens magnetisatie, dat kan worden gebruikt als trillingsbron of voor rekmetingen), en het gebruik van elektrodynamische methoden (bijvoorbeeld elektromagnetisch-akoestische of wervelgeluidsmethoden die later in dit hoofdstuk worden beschreven.

Wanneer de ultrasone golf zich voortplant in het elastische medium, kan de ultrasone golf, afhankelijk van de relatie tussen het trillingspatroon van het steunpunt van het medium en de voortplantingsrichting van de ultrasone golf, in de volgende typen worden verdeeld

(1) Longitudinale golf (L-golf, ook wel compressiegolf, dunne golf genoemd) - Het kenmerk van longitudinale golf is dat de trillingsrichting van het deeltje van het geluidsmedium dezelfde is als de voortplantingsrichting van de ultrasone golf (zie de figuur rechts)

(2) Shear Wave (ook wel S-golf genoemd, ook wel transversale golf genoemd, T-golf genoemd, ook wel shear wave of shear wave genoemd) - Het kenmerk van transversale golf is de trillingsrichting van het deeltje van het geluidsmedium en de voortplantingsrichting van de ultrasone golf. en de relatie tussen het trillingsvlak van het beeldpunt en de voortplantingsrichting van de ultrasone golf is verder onderverdeeld in een verticaal gepolariseerde transversale golf (SV-golf, de meest gebruikte transversale golf bij industriële ultrasone tests) en horizontaal gepolariseerde transversale golf (SH-golf, ook bekend als Love Wave-le Libo is eigenlijk de trillingsmodus van seismische golven).

Het ene uiteinde van de sensorstaaf in de longitudinale golfsonde is bevestigd met een stijf lichaam met een grote massa en het andere uiteinde is ingelegd met een diamant. Wanneer het indringlichaam niet in contact is met het proefstuk (links a), bevindt het indringlichaam zich in een vrije staat. Nadat de longitudinale trilling is gevormd, is het vaste uiteinde van de sensorstaaf het golfknooppunt van de trilling en wordt het kopeinde het tegenknooppunt van de trilling vanwege de grootste amplitude, zodat de lengte van de staaf gelijk is aan 1/4 van de trillingsgolflengte, en de frequentie is dat de sensor zich in de vrije toestand op de resonantiefrequentie bevindt. Wanneer het uiteinde van de sensor volledig is vastgeklemd door het teststuk en het stijve lichaam met grote massa, is het ideaal dat beide uiteinden van de sensorstaaf trillingsgolfknooppunten worden, en de lengte van de staaf is gelijk aan de trillingsgolflengte is 1/2, en de resonantiefrequentie is op dit moment gelijk aan tweemaal de initiële frequentie wanneer het indenteruiteinde zich in de vrije toestand bevindt.

Wanneer de piëzo-elektrisch keramiek wordt op het proefstuk gedrukt, dit bevindt zich doorgaans tussen de bovenstaande waarden. Onder de vaste belasting, voor het teststuk met dezelfde elastische modulus, als de hardheid van het teststuk lager is, geldt: hoe groter het contactoppervlak tussen het indenter en zijn oppervlak, hoe groter de mate van klemming van het indenteruiteinde van de sensorstaaf, zodat de trillingsamplitude van het uiteinde kleiner is en het overeenkomstige vibrerende antinodepunt naar het vaste uiteinde van de staaf beweegt. Daarom geldt: hoe kleiner de trillingsgolflengte, hoe hoger de resonantiefrequentie van de staaf. De hardheid van het proefstuk kan worden bepaald door de verandering in de resonantiefrequentie van de sensorstaaf te meten. De elastische modulus van het proefstuk zal ook het contactoppervlak beïnvloeden, dat wil zeggen de verandering van de resonantiefrequentie van de sensorbalk. Daarom is de ultrasone hardheidstestmethode een vergelijkende meetmethode en is het noodzakelijk om de invloed te elimineren door een teststuk te gebruiken met dezelfde elasticiteitsmodulus en het teststuk als een kalibratieteststuk. In de sonde bevindt zich een sensorstaaf met magnetostrictief effect, het ene uiteinde is aan een stalen cilinder gelast, de cilinder is veel groter dan de sensor, het andere uiteinde is bezet met een piramidevormige indenter van 136 diamanten, de excitatiespoel bevindt zich rond de sensorstaaf, een piëzo-elektrisch kristalstuk is bevestigd nabij de kruising van de sensorstaaf en de cilinder.