Пьезопреобразователь сигналов акустической эмиссии для локализации дефектов

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для локации дефектов методом акустической эмиссии. Задача изобретения - повышение быстродействия локации дефектов при акустико-эмиссионном контроле качества изделий путем сокращения, длительности послезвучания. Преобразователь снабжен элементом акустической задержки, выполненным из материалов с малым запиранием и скоростью распространения звука. Элемент задержки имеет заданные размеры и форму. 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для локализации дефектов методом акустической эмиссии.

Известен преобразователь для измерений различных физических параметров, снабженный согласующей нагрузкой, выполненный в виде четвертьволнового короткозамкнутого отрезка [1] Наиболее близким к предложенному является преобразователь, содержащий пьезоэлемент в виде диска, поляризованный по толщине колебания, с электродами на его рабочей и противоположной ей поверхностях [2] Недостатком данного устройства является большое время послезвучания, большая "мертвая зона".

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Сущность изобретения заключается в том, что известный преобразователь снабжен элементом акустической задержки, выполненным из материала с малой скоростью распространения и затухания звука, основание которого акустически контактирует с поверхностью пьезоэлемента, противоположной рабочей, основание элемента задержки перпендикулярно его оси, а форма основания в плане повторяет форму пьезоэлемента, толщина элемента задержки определяется из соотношения где T₃ суммарная временная задержка прошедших через элемент акустической задержки в прямом и обратном направлении упругих колебаний от пьезоэлемента, совершающего резонансные колебания по толщинной моде, возбужденного одиночным импульсом продольной волны акустической эмиссии; T период резонансных колебаний пьезопреобразователя; C_l скорость распространения продольной волны в элементе акустической задержки; n 2, 4, 6.

На фиг. 1 схематично изображен преобразователь, на фиг. 2 временная диаграмма работы пьезопреобразователя.

Пьезоэлемент 1 в виде диска имеет электроды 3 на его рабочей поверхности и 4 на противоположной ей поверхности. Элемент акустической задержки акустически контактирует с пьезоэлементом.

Преобразователь работает следующим образом.

Продольная волна от акта акустической эмиссии в дефекте контролируемого изделия поступает на рабочую поверхность 3 пьезоэлемента 1, преобразуется в резонансные толщинные колебания пьезоэлемента, которые проходят через элемент акустической задержки 2, отражаются от второго его основания, и отраженная продольная волна в обратной фазе поступает на поверхность пьезоэлемента, противоположную рабочей (электрод 4). Толщина акустической задержки выбирается из условия, чтобы время суммарной задержки продольной волны, прошедшей в прямом и обратном направлениях в элементе акустической задержки было не меньше длительности переднего фронта сигнала с пьезоэлемента 1, возбужденного одиночным импульсом акустической эмиссии и совершающего колебания на толщинном резонансе где T₃ суммарная временная задержка прошедших через элемент акустической задержки в прямом и обратном направлениях упругих колебаний от пьезоэлемента, совершающего резонансные колебания на толщинной моде, возбужденного одиночным импульсом акустической эмиссии;
C_l скорость распространения продольных волн в элементе акустической задержки;
Т_ф длительность переднего фронта резонансных колебаний пьезоэлемента на толщинной моде, возбужденного одиночным импульсом продольной волны акустической эмиссии;
T период резонансных колебаний пьезопреобразователя.

При длительности переднего фронта, равной четырем периодам резонансных колебаний T, суммарная задержка T_з, будет равна T_з 4T. При частоте толщинного резонанса 750 кГц период T 1,333·10^-6C. Толщина h элемента акустической задержки должна соответствовать 1/2 Т_з, т.е.

n 2, 4, 6. четное
где C_l скорость распространения в материале акустической задержки (эбонит) продольной волны, возбужденной пьезоэлементом;
C_l 2405 м/С;
h 1/2·4·1,333·10^-6·2405 6,384 (мм).

Колебания, поступившие на поверхность пьезоэлемента, противоположную рабочей, в противофазе основным толщинным колебаниям пьезоэлемента, ослабляют его основные колебания, и через время, равное 2Т_з, колебания пьезоэлемента полностью подавляются. На первой диаграмме фиг. 2 показан радиосигнал пьезоэлемента, возбужденного одиночным импульсом продольной волны акустической эмиссии, не нагруженного на элемент акустической задержки. Сигнал после формирования переднего фронта радиоимпульса выходит на стационарные колебания, которые условно оборваны. Длительность послезвучания этих колебаний достигает единиц миллисекунд. На второй диаграмме фиг. 2 показан радиосигнал после акустической задержки, поступившей в противофазе основному сигналу пьезоэлемента на его поверхность, противоположную рабочей. После прохождения через элемент задержки в прямом направлении при отражении меняется фаза на π и после прохождения элемента задержки в обратном направлении, в момент поступления отраженного сигнала на сторону пьезоэлемента (Т_з), противоположную рабочей, начинает формироваться передний фронт радиосигнала с элемента задержки на этой поверхности, полностью он сформируется к моменту времени 2Т_з. На третьей диаграмме показан суммарный сигнал с пьезоэлемента как сумма сигналов первой и второй диаграмм.

Таким образом, длительность послезвучания t_п пьезопреобразователя уменьшается до величины, равной двум длительностям переднего фронта колебаний пьезоэлемента
t_п 2Т_ф 2Т_з, t_п 10,664 мкС.

Формула изобретения

Преобразователь сигналов акустической эмиссии для локализации дефектов, содержащий пьезоэлемент в виде диска, поляризованный на толщинные колебания с электродами на его рабочей и противоположной ей поверхностях, отличающийся тем, что он снабжен элементом акустической задержки, выполненным из материала с малой скоростью распространения и затухания звука, основание которого акустически контактирует с поверхностью пьезоэлемента, противоположной рабочей, основание элемента акустической задержки перпендикулярно его оси, а форма основания в плане повторяет форму пьезоэлемента, толщина элемента задержки определяется из соотношения
h 1/2 Т_зc_l при Т_з ≥ n · Т/2,
где Т_з суммарная временная задержка прошедших через элемент акустической задержки в прямом и обратном направлении упругих колебаний от пьезоэлемента, совершающего резонансные колебания по толщинной моде, возбужденных одиночным импульсом продольной волны акустической эмиссии;
Т период резонансных колебаний пьезопреобразователя;
c_l скорость распространения продольной волны в элементе акустической задержки;
n 2, 4, 6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2