Фокусирование звуковых и ультрозвуковых волн - Каневский И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
§ 11.2. Ультразвуковой контроль с применением фокусирующих устройств
Термин «ультразвуковой контроль» мы применяем в широком смысле, включая в него не только ультразвуковую дефектоскопию, но и другие виды исследования материалов, веществ, тканей, например контроль состоя
314
ПРИМЕНЕНИЯ ФОКУСИРОВАНИЯ
{ГЛ. и
ния скважин — ультразвуковой каротаж, контроль состояния органов в медицине — ультразвуковую диагностику и т. п.
11.2.1. Повышение чувствительности и разрешающей способности. В § 6.2 показано, что фокусирующие излучатели позволяют увеличить чувствительность эхо-лоци-рующей аппаратуры и обнаруживать препятствия в Крим раз меньше по сравнению с плоским излучателем (M = 2 в цилиндрическом и M — 3 в сферическом случае). В настоящем разделе мы рассмотрим возможность применения этого свойства фокусирующих излучателей в дефектоскопии твердых материалов.
11.2.1.1. Обнаружение препятствий. Для выявления возможностей дефектоскопии с помощью фокусирующих систем была поставлена серия экспериментов по эхолокации малых препятствий с помощью плоских и фокусирующих преобразователей. Измерения проводились в иммерсионной ванне. Преобразователь работал в импульсном режиме, причем принятый эхо-импульс через ступенчатый аттенюатор подавался на вход импульсного усилителя, измерение амплитуды эхо-импульсов производилось с помощью осциллографа.
При измерениях применялись плоские излучатели диаметром 30 и 15 мм из комплекта дефектоскопа ДУК-66П на частоты 1,25 и 2,5 МГц и фокусирующие сферические и цилиндрические излучатели из пьезокерамики ЦТС-19 с углами раскрытия ©m = 30, 40, 60 и 90°, с фокусными расстояниями f — 25,40 и 50 мм и собственными частотами 0,8; 1,0 и 2,5 МГц (длина волны в воде X « 2; 1,5 и 0,6 мм). Была исследована зависимость звукового давления в рассеянной волне от величины ka (k — волновое число) цилиндрического препятствия, в качестве которого использовались туго натянутые тонкие проволоки диаметром 2а от 0,03 до 0,4 мм. Проволока помещалась в фокусе сходящихся цилиндрических волновых фронтов с o)m = 30, 60 и 90°. Натяжение проволоки регулировалось до максимальной величины, которая соответствовала максимуму отраженного от проволоки сигнала. Для удобства сравнения результатов, полученных с помощью преобразователей различной формы и размеров, амплитуды принятых эхо-сигналов каждого преобразователя (ру относились к амплитуде эхо-сигнала </w)>
§ 112]
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ
315
отраженного от плоскости больших размеров (по сравнению с размерами преобразователя). На рис. 11.2, а показаны зависимости (p)/(pma*) от ka, из которых следует, что (р)/(рт&х)~ (ka)n, причем для плоского (кривая IJ) и фокусирующих излучателей с com = 30 и 60° величина л = 1,6, а с cuw = 90° величина п= 1,53. Эти
<Рта& 0,6
0,2
с / /
-{ 'к90°
Ад/А0,д5 30
0,05 0J0 0,15
0,20 ка
20 35 50 6 fOd/A. Н,мм
Рис. 11.2.
значения можно считать близкими к теоретическому л = 1,5 [см. (6.2.16) и (6.2.9)]. Лучшее совпадение теории с экспериментом для случая ют = 90° можно объяснить более точной реализацией эксперимента для полуцилиндра.
При использовании плоских излучателей, работающих на частоте 2,5 МГц (X ж 0,6 мм), импульс волны, рассеиваемой проволочкой максимального диаметра — 0,4 мм, не обнаруживался. С помощью фокусирующих излучателей надежно выявлялся импульс от проволочки диаметром 0,03 мм, несмотря »на то что длина волны X была гораздо больше диаметра проволоки did ж « Х/70. Это объясняется тем, что, помимо увеличения амплитуды рассеянной волны в КР раз при использовании фокусирующих излучателей, эта волна приходит к излучателю с одинаковой фазой по всей его поверхности.
316
ПРИМЕНЕНИЯ ФОКУСИРОВАНИЯ
[ГЛ. 11
На этой же установке осуществлялась экспериментальная проверка повышения чувствительности дефектоскопов путем последовательного присоединения ультразвуковых линз из плексигласа (ют = 18°, = 80 мм, /Cp = 7) и дюраля (о)т=19°, / = 31 мм, Kp = 2) к плоскому преобразователю диаметром 40 мм, с рабочей частотой 1,25 МГц. В качестве препятствия использовались те же проволоки, что и в первом эксперименте. Устройство позволяло получать эхо-сигналы от проволок при использовании как одного плоского преобразователя, так и преобразователя с линзами. При этом площадь излучающей поверхности пьезокерамики оставалась неизменной, а удаление и смену линз можно было производить при фиксированном расстоянии между излучателем и отражающим препятствием.
На рис. 11.2, а кривыми /—3 показаны зависимости (рУ1(ртйх) от ka препятствия. В качестве </w> использована максимальная амплитуда эхо-импульса, получаемая на преобразователе с плексигласовой линзой при ka = 1. Кривая / получена с помощью преобразователя без линзы, а кривые 2 и 3 — с линзами из дюраля и плексигласа соответственно. Из сравнения кривых 2 и 3 с кривой / видно, что увеличение амплитуды эхо-сигнала при фокусировке пропорционально Kp9 так как отношение ординат кривых 3 и / примерно равно Kp = 7, а кривых 2 и 1 примерно равно Kp = 2. Эти результаты совпадают с теоретическими, даваемыми формулами (6.2.15).
