ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ультразвуковые волны. Продолжение из "Ультразвук " Теперь следует более подробно рассмотреть свойства ультразвуковых волн, о которых кратко упоминалось в гл. I. Ограничимся при этом только теми из них, которые имеют близкое отно-тенпе к технике ультразвуковой дефектоскопии. [c.35] Форма кривой. Ультразвуковые волны можно представ1ггь графически, причем по оси л обычно откладывается расстояние по направлению распространения волны, а по оси у — смещение частиц от их первоначального положения. [c.35] В случае поперечных волн (волн сдвига) такая кривая де11-ствительно имеет форму, которую принимает тело п )и прохождении ш нему волны в случае продольных волн график является условным — смещение частицы в направлении распространения волны изображается положительным отрезком по оси , а в про-тивоположном — отрицательным отрезком по оси у. [c.35] Волны иногда называют по кривым, изображающим их, например синусоидальная волна, прямоугольная волна и т. п. Этим дается только описательная характеристика волн. Всегда следует помнить, что график отображает лишь характер движения и не дает истинного представления о типе волны. [c.35] Ультразвуковая волна в простейших случаях, независимо от направления движения ее частиц, т. е. независимо от того, является ли она продольной или поперечной волной (волной сдвига), может быть представлена таким выражением. Это выражение (или представляющий его график) не характеризует действительных смещений частиц в среде, оно только указывает на существование этих смещений графики различных волн могут быть одинаковыми, а движение частиц различным. [c.36] За интервал времени I, протекший с момента начала колебательного движения ( = 0) некоторой начальной точки х = 0), волновое движение распространится на расстояние л = с/, где с — скорость волны фаза волны в точке X будет равна (2Т.//7 — 2тгл Д). [c.36] Амплитуда синусоидальной волны представляет собой половину расстояния от вершины до впадины синусоиды в поперечном направлении. Амплитуда характеризует максимальное смещение частиц в среде (фиг. 17). [c.36] Период определяет время распространения волнового движения на расстояние одной длины волны, т. е. время, потребное для изменения фазы на 360°. Частота / указывает число волн, или периодов, пройденных в единицу времени. Частота является обратной величиной периода /= 1/Г. [c.36] Движение волны можно записывать или наблюдать визуально осциллографическими методами. Форма волны может быть очень сложной, если частицы подвергаются одновременному действию нескольких простых волн, особенно в разных направлениях. Ультразвуковые волны часто можно рассматривать как простые гармонические колебания. Однако иногда это лишь приближенно соответствует действительности. [c.36] Осциллографическое исследование ультразвуковых волн может осуществляться путем преобразования их в электрические колебания и синхронизации этих колебаний с выбранной частотой развертки катодного осциллографа. При этом на экране осциллографа получается неподвижное, удобное для наблюдения изображение волны. [c.36] Анализ Фурье. Согласно теореме Фурье, любая сложная волна, например прямоугольная или другая периодическая (с периодом Т) неправильного вида, состоит из ряда простых гармонических волн с различными амплитудами и с частотами, кратными основной частоте 1/Г, т. е. равными п Т. Другими словами, каждую сложную волну можно представить в виде суммы бесконечного числа синусоидальных волн, называемых гармониками. [c.37] Представление о форме сложной волны может быть получено путем исследования первых трех или четырех компонент полного ряда Фурье, который, как упоминалось выше, состоит, вообще говоря, из бесконечного числа членов. Естественно, что учет большего числа членов дает лучшее приближение при описании данной формы волны. Анализ сложных волн можно производить графически или при помощи специальных приборов (гармонических анализаторов). Анализ коротких волновых импульсов, которые применяются в импульсных системах, является довольно сложным делом, поскольку такие волны содержат очень большое число гармоник. Теоретический анализ в этом случае производится редко, но физическое представление о существовании большого числа компонент крайне важно для понимания действия ультразвуковых волн. Фактически почти любая волна является сложной, на практике редко встречаются строго правильные синусоидальные волны они искажаются либо благодаря свойствам среды, в которой эти волны распространяются, либо вследствие искажений формы колебаний при работе генератора. В частности, электромеханические преобразователи не дают столь правильных синусоидальных волн, какие дают возбуждающие их электрические генераторы, поскольку всегда происходит искажение в зависимости от закрепления кристалла или какого-либо другого излучателя ультразвука, от способа егО возбуждения и т, д. [c.37] Таким образом, ультразвуковые волны могут быть подвергнуты анализу Фурье такой анализ особенно важен при работе импульсами или при модуляции, когда колебания содержат большое число гармоник, так как позволяет определить состав гармоник или спектр частот. [c.37] По изменению спектра после прохождения ультразвуковых волн через ту или иную среду можно сделать ряд выводов о физических свойствах этой среды. [c.38] Импульс может иметь пологую форму, напоминающую половину периода синусоидальной волны, или может иметь крутой передний фронт, после которого колебания постепенно затухают (фиг. 20). Эта форма импульса является весьма распространенной. [c.39] Все упомянутые типы волновых импульсов, периодически следующих друг за другом, широко применяются на практике. [c.39] Теоретическое исследование типов ультразвуковых волн и скоростей их распространения. Как уже упоминалось, существует несколько типов волн. Выше было дано краткое описание продольных ( -волн), волн сдвига (5-волн) и поверхностных волн. Теоретическое исследование этих типов волнового движения является весьма важным, так как оно устанавливает связь между отдельными формами упругих колебаний (звук, вибрации, ультразвук и т. д.) и позволяет уяснить характер явлений в области ультразвуковых волн. [c.39] В действительности, однако, несмотря на то, что в основном движение происходит в этом направлении, если тело, в котором распространяются -волны, имеет ограниченные размеры, имеется также некоторое движение частиц в поперечном направлении, т. е. образуются также волны сдвига. [c.40] Условия возникновения поверхностных волн не всегда ясны на практике они часто вызывают определенные ложные эффекты, и необходимо принять меры к тому, чтобы новерхностные волны не возникали в то время, когда возбуждаются другие виды волн. [c.42] Косое падение. Передача ультразвуковой энергии из одной среды в другую при падении звуковой волны под углом, отличающимся от прямого, имеет особенное значение [4], поэтому необходимо вкратце рассмотреть теорию этого вопроса. Случай косого падения широко обсуждался в связи с изучением волн при землетрясениях и излагается в литературе по сейсмологии. При передаче кристаллом ультразвуковой волны в какую-либо определенную среду под углом к ее поверхности волна обычно сначала проходит через промежуточную среду. Это затруднение можно устранить, поместив между кристаллом и данной средой некоторое количество того же вещества в форме клина тогда можно сч.чтать, что передача происходит под прямым углом к поверхности. [c.42] Вернуться к основной статье