1.2 Ултразвукови преобразуватели
Ултразвуковите трансдюсери (ЕТ) се използват за възбуждане и приемане на ултразвукови вибрации. Има следните основни видове преобразуватели: директни, които излъчват надлъжни вълни нормално към повърхността в контролирания продукт, и наклонени, с помощта на които в продукта се възбуждат напречни, повърхностни, нормални и надлъжни вълни. По дизайн преобразувателите са разделени на комбинирани, при които един пиезоелектричен елемент служи като излъчвател и приемник, и отделно комбинирани (PC), имащи два пиезоелектрични елемента (излъчвател и приемник) в един общ корпус (Фигура 1.2).
От гледна точка на посоката на радиационното поле PET се класифицират на плоски (бутални), при които пиезоелектричната плоча е плоска; фокусиране, осигуряващо стесняване на полето в дадена локална зона по оста; широко насочена ветрилообразна форма, образуваща диаграма на излъчване, близка до U-образна с рязък преход на границата светлина-сянка.
По отношение на честотната лента на работните честоти се разграничават теснолентови PET, при които честотната лента е по-малка от една октава, и широколентова, при която честотната лента е повече от една октава (съотношението на максималните и минималните честоти на ниво 0,5 е повече от две).
Броят на пиезоелектричните елементи в сондата също е класификационен признак (едно-, дву- и многоелементни). Обикновено многоелементните сонди се наричат акустични системи или матрици. Последните също включват PET под формата на фазово контролирани или, както по-често се наричат, фазирани решетки, които формират дадена посока на акустичното поле (например промяна на входния ъгъл) поради последователно възбуждане на пиезоелектрични елементи по избран времеви закон.
Според начина, по който електродът е разположен спрямо пиезоелектричния елемент, сондата се различава с контактен електрод и безконтактен.(разделени). В последния случай пиезоелектричният елемент се възбужда през междина, запълнена с диелектрик.
Според динамиката на сканиране се разграничават сонди и акустични системи с фиксиран и променлив входен ъгъл (люлеещ се лъч), които се управляват автоматично или ръчно.
Фигура 1.2 - Основните видове преобразуватели
Ултразвуковите вълни в мегахерцовия честотен диапазон не се разпространяват във въздуха. Следователно между работната повърхност на сондата и обекта на управление се създава течен слой - акустичен контакт. В насипно състояние се използват контактни сонди, при които дебелината на контактния слой е по-малка от дължината на вълната. За сонди с междинен контакт дебелината на водния слой е 0,5-1 mm; Потопяемите сонди работят в потопяема вана, където водният слой е много по-голям от близката зона и е десетки милиметри.
Призма в наклонена сонда създава косо падане на надлъжни вълни върху интерфейса с продукта. На тази граница вълните се трансформират, в резултат на което в продукта се въвежда необходимия тип вълна, определен от ъгъла на падане и съотношението на скоростите на звука в призмата и продукта според закона на Снел.
При отделно-комбинирани прави сонди призмите са подбрани под ъгъл 5-10° и служат като акустични закъснения, което позволява минимизиране на мъртвата зона.
Разработени и използвани RS-сонди без закъснения (призми), както и с кварцови закъснения. Последните се използват при контрол на продукти с температури до 600 °C.
RS-PEP се използва широко при проверка на заварени тройници и челни съединения с отстранена заваръчна армировка. В допълнение, те се използват за откриване на разслоявания в листове и дефекти при запояване.
Максималната амплитуда се достига, когато дефектът е разположен приблизително в точката на пресичане на акустичните оси. Максимумчувствителността съответства на зоната на пресичане на главните лобове на пиезоелектричните елементи.
За обективен контрол на качеството е необходимо средствата за безразрушителен контрол да гарантират единството и възпроизводимостта на неговите резултати. Следователно основните характеристики на преобразувателя се нормализират.
Коефициентът на преобразуване се определя от съотношението между взаимосвързаните акустични и електрически величини.
Амплитудно-честотната характеристика (AFC) определя промяната в стойността на коефициента на преобразуване от честотата.
Характеристиката на реверберационния шум (RNR) е зависимостта на амплитудата на шума на реверберацията на преобразувателя от времето.Тя характеризира възможността за откриване на дефекти, разположени близо до повърхността („мъртва зона“) и се измерва с продължителността от началото на размаха при дадено усилване на дефектоскопа. RSH зависи основно от коефициента на затихване на вълните в демпфера и призмата.
За да се намали RSHH, се използват отделно комбинирани директни и наклонени преобразуватели.
Изборът на сонда се определя от конструкцията на обекта, най-вероятното местоположение и ориентация на дефекта, наличието на фалшиви сигнали и др. Поради това индустрията произвежда различни видове PEP.