Краткие теоретические сведения

Содержание

 I. Исследование основных характеристик

Пьезоэлектрических преобразователей

Ультразвуковых импульсных дефектоскопов

Общего назначения

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является исследование основных характеристик (параметров) пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) ультразвуковых импульсных дефектоскопов общего назначения.

Краткие теоретические сведения

Устройство для преобразования электрической энергии в акустическую энергию и обратно, принцип работы которого основан на пьезоэлектрическом эффекте, называется пьезоэлектрическим преобразователем (ПЭП). Ультразвуковые колебания могут быть возбуждены или зарегистрированы в объекте, если между ПЭП и объектом обеспечен акустический контакт, обуславливающий передачу ультразвуковых колебаний из ПЭП в объект и обратно, поэтому их называют «контактными». По конструктивному исполнению различают (рис. 1.1.): прямые ПЭП, наклонные ПЭП, раздельно-совмещенные (РС ПЭП). Основными элементами ПЭП являются, пьезопластина, электроды с проводниками, демпфер, протектор, призма, акустический экран.

Пьезопластина (пьезоэлемент) преобразует электрические колебания в акустические колебания и обратно. Изготавливаются преимущественно из пьезокерамики – цирконата титаната свинца (ЦТС). Пластины из ЦТС при температуре 290^оС теряют пьезоэлектрические свойства

Электроды с проводниками предназначены для подачи и снятия электрического напряжения. Электроды нужны для равномерного распределения по поверхности пластины электрического заряда.

Демпфер служит для гашения свободных колебаний пьезопластины с целью получения коротких импульсов.

Протектор выполняет следующие функции: защита пьезопластины от повреждения; улучшения согласования пьезопластины с объектом контроля; улучшение акустического контакта при контроле контактным способом.

Призма служит для создания необходимого типа волны и требуемого угла ввода ультразвуковых колебаний в контролируемое изделие.

Акустический экран используется в раздельно-совмещенных преобразователях (РС ПЭП) для акустической и электрической изоляции излучающей и приемной частей.

                а) 2                      б)                            в)

           3

           1

           4                               5                              6

Рисунок 1.1. Схема устройства пьезоэлектрических преобразователей.

а) – прямой; б) – наклонный; в) – раздельно-совмещенный.

1– пьезопластина; 2 – электроды с проводниками; 3 – демпфер; 4 – протектор; 5 – призма; 6 - акустический экран

К основным характеристикам ПЭП (Таблица 1) относят: передаточные функции (коэффициент электромеханического преобразования); электрические сопротивления; временные характеристики; параметры акустического поля; общетехнические. Характеристики ПЭП определяют воспроизводимость результатов контроля и подлежат поверке на заводе-изготовителе. При измерении параметров ПЭП следует различать простые методы, которые использует любой дефектоскопист на рабочем месте и дорогостоящие методы, требующие специально оборудованные лаборатории.

Таблица 1

Для оптимизации параметров зондирующего импульса необходимо правильно согласовать ПЭП с выходным сопротивлением генератора импульсов возбуждения (ГИВ). Нужно согласование ПЭП и с входом приемного тракта конкретного дефектоскопа. По этой причине кабель не может иметь произвольную длину. Для согласования в ПЭП встраивают катушку индуктивности. В большинстве отечественных ПЭП нет встроенной катушки индуктивности, она находится в электронном блоке дефектоскопа.