Акустические импульсы

Эхо-зеркальный метод основан на анализе акустических импульсов, зеркально отраженных от донной поверхности [c.197]

Дж, коэффициенте отражения 0,8 и диаметре светового пучка 10 мм удается возбудить акустические импульсы амплитудой 2-10 Па. Сравнение с иммерсионным пьезоэлектрическим способом при напряжении генератора 100 В показывает, что лазерным способом удается возбудить акустические импульсы с амплитудой в 100—1000 раз больше, чем пьезопреобразователем. [c.224]

Применение системы импульсного намагничивания, действующей только в момент излучения и приема акустического импульса, позволяет выполнять ЭМА-преобразователи малогабаритными. [c.227]

Собственно зондирующим импульсом называют акустический импульс, излученный преобразователем в изделие. Амплитудой такого импульса будем называть максимальное значение амплитуды акустического давления или смещения на рабочей частоте. Длительность импульса т определяют на уровне 0,1 его максимального значения. Амплитуда напряжения электрического импульса генератора на рабочей частоте связана с амплитудой акустического импульса через коэффициент преобразования при излучении. [c.241]

Полное изображение типа С образуется при перемещении преобразователя в направлении, перпендикулярном к направлению электронного сканирования. При этом сигналы коорди-, нат строки вырабатываются датчиками координат, как в системе с ручным (механическим) сканированием. Более простое решение этой задачи может быть получено с применением двумерного электронного сканирования. Пьезоэлементы двумерной матрицы (например, с числом элементов 8X8) возбуждаются с задержками, обеспечивающими сложение амплитуд акустических импульсов лишь на определенных направлениях в объекте контроля. Аналогично в тракте приема принятые пьезоэлементами сигналы предварительно задерживаются так, что суммирование амплитуд соответствует направлению излучения. [c.271]

Излучающий вибратор возбуждается импульсным генератором 6. Акустический импульс вводится в контролируемое изделие 7, принимается приемном вибратором и преобразуется им в электрический сигнал. Последний усиливается усилителем 8 и поступает па схему амплитудно-фазовой обработки 9 с выходным индикатором 10. Блок 11 управляет сигнализирующими и регистрирующими устройствами. Изменение механического импеданса Zh изделия в зоне дефекта изменяет амплитуду и фазу колебательной скорости изделия в зоне приема, вызывая регистрируемое аппаратурой изменение амплитуды и фазы принятого сигнала. [c.299]

Согласно результатам экспериментальных исследований при интенсивности лазерного излучения, большей некоторого значения, амплитуда акустических импульсов резко возрастает. Это связано с тем, что начинает дополнительно действовать эффект испарения самого металла. Испаряющиеся частицы оказывают реактивное воздействие на поверхность [81 1. [c.67]

Применяя лазерное излучение с энергией светового потока, равной 4 Дж, удается возбудить акустические импульсы, амплитуда которых в 10. .. 100 раз больше амплитуды импульсов, возбуждаемых пьезопреобразователем. Определенная трудность связана с низкой частотой повторения лазерных генераторов (обычно не более 1. .. 10 импульсов в секунду). Вследствие этого производительность ультразвукового контроля при лазерном возбуждении на два порядка меньше, чем обычных дефектоскопов. [c.68]

Зависимость коэффициента преобразования от частоты называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) преобразователя. В качестве параметров АЧХ принимают следующие величины рабочую частоту /, соответствующую максимальному значению коэффициента преобразования Кии и предопределяющую достижение максимальной чувствительности пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) полосу пропускания Af = h—f , где /i и /а — частоты, при которых Кии уменьшается на 3 дБ (0,707) по сравнению с максимальным значением при излучении либо приеме или на 6 дБ (0,5) в режиме двойного преобразования (совмещенном). Чем больше полоса пропускания, тем меньше искажение формы излученного и принятого акустического импульса, меньше размеры мертвой зоны, выше разрешающая способность и точность определения координат дефектов. Расширить полосу пропускания можно путем уменьшения электрической добротности Qa или увеличения акустической добротности Qa. однако при этом снижается чувствительность. Применяя четвертьволновой просветляющий слой и подбирая оптимальное демпфирование, удается расширить полосу пропускания, одновременно повышая чувствительность, так как протектор снижает акустическую добротность за счет отвода энергии ультразвука в сторону изделия. Высокая чувствительность в сочетании с широкой полосой пропускания достигается при Qg = Q а 2. .. 4. [c.134]

Кроме того, паспорт целесообразно снабжать графиками наиболее часто употребляемых характеристик форма акустического импульса, АЧХ, АРД диаграмма, [c.137]

В табл. 3.4 приведены экспериментальные данные по сравнительной эффективности преобразователей с неоднородным электрическим полем [44]. Все преобразователи обладают широкой полосой пропускания, о чем свидетельствуют форма и длительность акустического импульса, не превышающая, как правило, одного периода. Эффективность преобразователя увеличивается при уменьшении среднего расстояния между торцовым и боковым электродами, что объясняется повышением напряженности электрического доля вблизи торцового электрода. Однако уменьшение площади поперечного сечения пьезоэлементов приводит к возра- [c.162]

Изучение сигналов АЭ дает ценную информацию о развитии усталостных трещин. Степень опасности, обусловленная наличием трещины в детали, находится в прямой зависимости от длины трещины и скорости ее роста (рис. 9.28). Скорость роста трещины определяет амплитуду акустических импульсов (рис. 9.29). [c.447]

Бегущие волны (кроме рассмотренных стоячих волн) характеризуют движение по трубе акустических импульсов и М2 4,х) [14] [c.352]

Тип генера- тора Резонансная частота вибраторов в кгц Частота следования импульсов в кгц Длительность акустического импульса в мк сек Тип замыкателя Мощность, потребляемая генератором, в вт [c.407]

Сверхкороткие акустические импульсы оптические методы генерации [c.159]

Механизмы генерации коротких акустических импульсов разнообразны. Акустические импульсы возбуждаются при лазерном пробое вместе с тем достаточно эффективными оказываются и методы, основанные на неразрушающих воздействиях лазерного излучения на вещество. [c.160]

В экспериментах, описанных в [72, 73], генерация волн деформации происходила за счет давления на образец расширяющейся плазмы, которая образуется при лазерном воздействии на жестко зажатый между оптическими прозрачными пластинами слой поглотителя. Здесь длительность акустического импульса определяется медленными процес- [c.160]

Рис. 3.34. Схема генерации сверхкоротких акустических импульсов. Оптический импульс (слева) падает на поверхность кристалла и поглощается в слое толщиной справа изображен временной профиль колебательной скорости акустического импульса, распространяющегося в глубь кристалла. Полярность акустического импульса определяется знаком деформационного потенциала dn (изображен случай dn<0)

Длительность возбуждаемых импульсов деформации может ограничиваться снизу не только величиной т , но и временем пробега звука по области тепловыделения, а характерный размер области нагрева решетки I определяется либо длиной поглощения света /п б 1, либо длиной теплопроводности — расстоянием, на которое прогреется кристалл за время оптического воздействия за счет переноса энергии электронами, фононами и т. д. Фононная теплопроводность всегда происходит со скоростями, не превышающими звуковую, и поэтому не приводит к уширению акустических импульсов. Движения электронов в металлах и электронно-дырочной плазмы в полупроводниках может существенно увеличить область нагрева решетки, особенно при низких температурах. При комнатных температурах диффузия носителей в значительной мере замедлена из-за сильного рассеяния на тепловых колебаниях решетки. Поэтому для термоупругой генерации сверхкоротких импульсов деформации необходимо одновременно уменьшать длительность лазерного воздействия и длину поглощения света. Наконец, нельзя забывать, что время нагрева решетки может определяться не временем оптического воздействия, а временем передачи энергии от электронов к фононам, что также препятствует укорочению длительности импульсов деформации. [c.162]

Необходимо отметить, что в перечисленных работах [74—76] визуализация акустических импульсов осуществлялась с помощью осциллографов с полосой, не превышающей 1 Ггц, что не позволяет говорить об адекватном воспроизведении формы звуковых импульсов. В целом можно, по-видимому, утверждать, что дальнейшее продвижение в область приема высокочастотных широкополосных акустических сигналов с помощью электрических [c.163]

До настоящего времени все эксперименты по лазерной генерации сверхкоротких импульсов деформации были выполнены при комнатных температурах, что фактически позволяло исследовать распространение акустических волн с частотами Va slO ГГц лишь на микроскопические расстояния. Использование оптически возбуждаемых пикосекундных акустических импульсов для диагностики макроскопических образцов возможно только при низких (гелиевых) температурах. Как теоретически показано в [88], переход к столь низким температурам вносит качественные изменения в процесс термоупругой генерации звука. С одной стороны, исключается возможность генерации сверхкоротких импульсов деформации на поверхности макроскопических металлических образцов. Действительно, с понижением температуры электронная теплопроводность металлов сильно возрастает [89], а при гелиевых температурах электроны могут распространяться, не рассеиваясь в течение интервалов времени, значительно превышающих т [90]. В этом случае характерный размер нагреваемой за время воздействия области (Оф — скорость Ферми электронов проводимости) и [c.165]

С другой стороны, при низких температурах изменяется характер поведения фононной подсистемы кристалла. Во-первых, процессы установления равновесного распределения фононов замедляются настолько, что при сверхкоротких оптических воздействиях фононы являются существенно неравновесными, а процесс термализации поглощенной световой энергии нельзя описать просто через повышение температуры кристалла. В [88] показано, что в этом случае генерация когерентных акустических импульсов — результат нелинейного взаи- [c.165]

Электронный механизм оптической генерации звука в полупроводниках на пути к генерации предельно коротких акустических импульсов. Экспериментальные и теоретические исследования [94—961 выявили ряд важных преимуществ, которые может дать использование полупроводниковых кристаллов для создания оптических генераторов пикосекундных акустических импульсов. С точки зрения оптической генерации акустических волн наиболее существенной особенностью полупроводников является наличие в них наряду с термоупругим дополнительного механизма деформации кристаллической решетки. Речь идет о так называемом электронном или концентрационно-деформационном механизме [94—97], который обусловлен изменением равновесной плотности полупроводников при оптической генерации неравновесных электронно-дырочных пар. [c.166]

Наконец, принципиальное преимущество электронного механизма по сравнению с термоупругим для возбуждения акустических импульсов с Та Ю ПС состоит В ТОМ, ЧТО ОН при поглощении оптического кванта включается безынерционно (при переходе электрона из валентной зоны в зону проводимости). Безынерционное возбуждение фононной подсистемы полупроводника осуществляется лишь при непрямых процессах межзонного поглощения света, однако при этом на нагрев ре- [c.167]

Развитая в [95] теория позволяет оценить характерные временные масштабы акустического импульса, оптически возбуждаемого вблизи свободной поверхности полупроводника (рис. 3.34) за счет электронного механизма. Профиль колебательной скорости на рис. 3.34 представлен для й >0. Длительность переднего фронта Тфр определяется максимальным из трех времен 1) длительности оптического воздействия т , 2) времени пробега звука по области поглощения света т = (бса) 3) характерного времени [c.168]

Изучение распространения акустических волн в объекте осуществляли путем возбуждения акустических импульсов при помощи источника Су-Нилсена. Датчики устанавливали на расстояниях 1,8 3 7 и 12 м. В месте сломов располагали приемник для запуска системы регистрации в момент слома грифеля. Измеряли время распространения сигнала от источника до приемника и его амплитуду. Импульс эмиссии регистрировали, используя прибор РАС-ЗА. [c.201]

Принципиальной особенностью всех разновидностей толстых аьезопреобра-зователей является то, что в режиме приема УЗК их широкополосность реализуется только если выполняется условие RQ) < т , где R — входное сопротивление усилителя, Со — электрическая емкость пьезоэлемента, Ту — длительность принимаемых акустических импульсов. Именно поэтому в приборах, использующих эти преобразователи, применяют усилители импульсов тока (а не напряжения) с = [c.220]

Установка содержит гидромеханическое сканирующее устройство, импульсный толщиномер и осциллограф. Сканирующее устройство вводится внутрь контролируслюй трубы, заполненной водой. Ось преобразователя совпадает с осью трубы и сканирующего устройства. Излученный импульс падает на вращающееся вокруг оси преобразователя зеркало расположенное к ней под углом 45°. Далее акустический импульс попадает на стенку трубы, частично отражаясь обратно, частично рассеиваясь и частично проходя к наружной стенке, от которой часть энергии, отражаясь, возвращается обратно к преобразователю. Импульсный толщиномер установки ИРИС вырабатывает импульсы подсветки луча осциллографа лишь от первого эхо-сигнала (отражение от внутренней стенки) до второго эхо-сигнала. При сканировании луч осциллографа смещается по оси у в соответствии с положением зеркала. В результате получается изображение, показанное иа рис. 82. Одна строка изображения (по горизонтали) соответствует одному зондирующему импульсу. Полная развертка по вертикали соответствует одному обороту зеркала, т, е. соответствует развертке сечения контролируемой трубы. Как видим, вследствие наличия слоя коррозии значительная часть эхо-сигналов пропадает, и в этих случаях обычный толщиномер дает сбои. По изображению на рис. 82 легко измерить толщину стенки или глубину коррозии в любом месте, используя аппроксимацию недостающих точек. [c.273]

В. Ф. Щербинин проанализировал фазовый состав продуктов коррозии, образовавшихся при механическом повреждении защитной оксидной пленки в нейтральном 3 %-ном растворе Ыа01. Оказалось, что продукты коррозии состоят на 50 % из чистого гидрида титана. Таким образом, и на поверхности излома коррозионного растрескивания, по всей вероятности, находятся гидриды титана, придающие ей темный цвет. О появлении гидридов может свидетельствовать и характер развития трещины при статическом и циклическом нагружениях. Измерение электрохимического потенциала при коррозионном растрескивании сплава ВТ5-1 показало, что трещина распространяется скачками и по мере ее углубления и интенсификации процесса коррозионного растрескивания частота скачков потенциала увеличивается. О прерывистом характере развития трещин при коррозионном растрескивании свидетельствует и анализ акустического спектра образца при разрушении. Если в самой начальной стадии роста трещин сигналы акустической эмиссии не регистрируются, то по мере удлинения трещины появляется скачкообразно нарастающее количество сигналов акустических импульсов. [c.64]

При контроле способом, получившим название метода предеф колебания стенки трубы возбуждают акустическим импульсом — кратковременным либо длительным, но модулированным по частоте. После окончания возбуждения стенка изделия продолжает колебаться свободно на частоте, соответствующей полуволновой толщине h = 0,5Х. По частоте этих свободных колебаний измеряют толщину. Для этого выполняют точное измерение интервала времени т, соответствующего определенному числу N (например, N = 10) периодов свободных колебаний. Тогда h = = 0,5 %/N. [c.126]

Чувствительность течеискапия с помощью акустических течеиска-телей может быть повышена, если неплотности смачивать жидкостью, например, водой [441, При этом в местах неплотностей появляются пузырьки, при разрушении которых образуются мощные акустические импульсы, легко улавливаемые приборами. Это явление может быть использовано, например, для дистанционной автоматической проверки герметичности методом аквариума или бароаквариума . [c.123]

Метод акустической эмиссии. Для проведения анализа процессов микротрещинообразования в образцах и изделиях из металлов [14] необходимо применять метод акустической эмиссии, который основан на исследовании акустических параметров (интенсивность акустических импульсов, амплитудный и частотный спектры импульсов и т. д.) при образовании микротрещин под воздействием напряженно-деформированного состояния изделий, конструкций и образцов при приложении нагрузки, уровень которой значительно ниже предельного (разрушающего) значения. Для композиционных материалов метод еще недостаточно изучен [14], однако ему в последнее время уделяется все большее внимание. Значительная эффективность данного метода объясняется тем, что физический процесс микротрещинообразования непосредственно связан с кинетикой разрушения материала как на стадии изготовления, так и эксплуатации. Метод позволяет оценивать состояние изделия в процессе эксплуатации, если наблюдение за режимом трещинообразования в изделии было начато с самого начала эксплуатации изделия. Метод является также эффективным при контроле прочности изделий , который основан на установлении многопараметровой связи акустических параметров микротрещинообразования с прочностью изделия. Метод применяется при контроле изделий из полимерных композиционных материалов в режиме их опрессовки. [c.88]

В гидравлической лаборатории Миннесотского университета Рапкиным и Олсоном для измерения содержания свободного газа в зоне проточной кавитации был применен а сустический метод, в котором концентрация газа измерялась с помощью скорости распространения акустического импульса эта скорость сопоставлялась с аналогичной скоростью для воды, свободной от газа. Источником звука служил специально спроектированный магнитострикционный датчик (гидрофон), дающий импульс выбранной частоты. Сигнальная волна датчика подавалась на стандартный осциллоскоп, по которому определялось время прохождения звуковой волны. Прибор обеспечивал удовлетворительное измерение концентрации свободного газа в диапазоне от 1 до 300 частей на миллион по объему при нормальной температуре и пониженном давлении. [c.116]

Основной трудностью при использовании метода секущей является обнаружение момента страгивания трещины, и доказательство, что в этот момент радиус пластической зоны при плоской деформации меньше 0,02а . Этим двум условиям и трудно удовлетворить одновременно, имея в виду вышеописанные методы. Гораздо легче определить страгивание прямо, используя дополнительные способы, например, пьезоэлектрический датчик (тита-нат бария или титаноцирконат свинца), реагирующий на акустические импульсы, возникающие при развитии трещины. Тогда диаграмма нагрузка—смещение может быть проанализирована и определены нелинейные эффекты. [c.137]

Одним из наиболее ярких достижений лазерной физики последнего времени, несомненно, стала разработка методов генерации и формирования световых импульсов длительностью — фемтосекундных импульсов, под огибающей которых укладывается всего лишь несколько периодов колебаний. Радикальное сокращение временных масштабов сопровождалось впечатляющим прогрессом физики и техники сверхкоротких световых импульсов. В огромной мере расширились возможности спектроскопии быстропротекающих процессов (в этой связи последствия перехода к фемтосекундным импульсам справедливо сравнивают с революционными изменениями в пространственном разрешении оптических приборов, последовавшими за изобрете-,нием микроскопа), прогрессировали физика лазерного воздействия на вещество и техника получения сверхсильных световых полей, возникли новые направления в оптической обработке информации, были сформулированы новые подходы в разработке генераторов сверхкоротких рентгеновских и акустических импульсов, электронных Qry TKOB. Речь идет, таким образом, об очень широкой области, многие разделы которой далеко выходят за рамки традиционной физической и прикладной оптики. [c.7]

Новое и быстро развиваюш,ееся направление волновой нелинейной оптики — использование сверхкоротких оптических импульсов для генерации импульсов иной природы. В 3.8 речь пойдет о генерации сверхкоротких акустических импульсов и некоторых проблемах их распространения в твердых телах. Несомненно, идеи нелинейной оптики сверхкоротких импульсов оказались весьма плодотворными для развития этой области физики. [c.112]

В последние годы значительное число исследований было направлено на разработку оптических методов возбуждения и регистрации все более коротких когерентных импульсов деформации [72—801. Во многом это связано с широкими перспективами практического применения этого бесконтактного, дистанционного метода для экспресс-диагностики различных веществ. Возбуждаемые с помощью лазеров акустические импульсы наносекундной длительности эффективно использовались для определения анизотропии модулей упругости [81] и распределения пространственного заряда в диэлектриках [82]. Создание оптических генераторов пикосекундных акустических импульсов открывает возможность измерения поглощения акустических волн гига- и терагерцевого диапазона частот [76—791, изучения упругих свойств [76, 78, 80], распределений дефектов и остаточных напряжений в пленках, измерения толщин тонких пленок [74, 77, 781. Однако у проводимых исследований, несомненно, есть и более фундаментальные цели. С одной стороны, это создание импульсных акустических спектрометров быстрых нестационарных процессов. С другой — исследования распространения когерентных акустических волн в условиях, когда существенно проявляется дискретная структура кристаллов. [c.160]

Естественно, что если речь идет о субнаносекундных и пикосекундных акустических импульсах, возбуждение должно осуществляться сверхкороткими лазерными импульсами. Последнее, однако, ни в коей мере не гарантирует еще получения близкого по длительности к лазерному акустического импульса. Имеется много причин, приводящих к растяжению последнего, поэтому типична ситуация, когда Тз>Ти. Следует подчеркнуть также характерную черту когерентных импульсов деформации, возникающих при опто-акустических взаимодействиях. Возникновение акустического импульса является, по существу, результатом детектирования ( выпрямления ) светового импульса — ситуация, во многом аналогичная таковой при генерации мощных инфракрасных импульсов за счет оптического детектирования сверхкоротких импульсов в среде с квадратичной нелинейностью ( 3.5). Поэтому возникающий акустический импульс — это видеоимпульс, импульс длительностью в один период, имеющий много общего с импульсом черепковского излучения когерентного сгустка нелинейной поляризации. [c.160]

Оптическое возбуждение и детектирование акустических импульсов обзор экспериментальных данных. Впервые термоупруго возбуждаемые при поглощении оптического излучения субнаносекундные акустические импульсы были зарегистрированы в [74]. Они возбуждались при поглощении в нержавеющей стали лазерных импульсов длительностью Ти=0,5 НС (длина световой волны Х=0,337 мкм) и регистрировались тонкопленочным преобразователем на основе ZnO. В [75] звуковые импульсы длительностью Та=0,5 НС, возбуждаемые термоупруго либо в процессе абляции при воздействии света (т =70 пс, Х= = 1,06 мкм) на графитовые или металлические покрытия, регистриро- [c.162]

Рис. 3.35. Изменение оптического пропускания тонкой пленки а-АзгТез, обусловленное многократным переотражением в пленке фотовозбуждепного акустического импульса параметр кривых — толщина пленки [77]

На рис. 3.36 представлена схема эксперимента [79], в котором осуществлялась оптическая регистрация распространения и затухания гармонических гигагерцевых акустических волн 25 ГГц). Широкополосные акустические импульсы возбуждались при поглощении лазерных импульсов накачки Я 0,2 пс hv =2 эВ, Vn = 110 МГц) в пленках алюминия либо а—Ge Н и распространялись в оптическом стекле. В [80] для регистрации акустических волн, также как и в [791, использовался эффект изменения коэффициента отражения зондирующего излучения от поверхности при выходе на нее звуковой волны (эффект пьезоотражения), но на этот раз в металлах (Ni, Zr, Ti, Pt). Так же как и в [77—79], использование дополнительной низкочастотной акусто-оптической модуляции возбуждающих импульсов и селективного усиления при обработке отраженных сигналов позволяет существенно повысить чувствительность приема, В данном случае при Vf, =250 МГц и частоте модуляции 10 МГц [83] уверенно регистрируются относительные изменения коэффициента отражения на уровне 10 (предельные чувствительности— 10 ). Профили сигналов, представленные в [83], имеют характерные длительности порядка 10 пс. [c.164]

Недавно методы термомодуляционной спектроскопии отражения, разработанные в [80, 83, были перенесены из пико- [84] в фемтосекундную область временного разрешения (т 65 фс) [85]. В ближайшее время следует ожидать появления исследований, в которых для регистрации сверхкоротких акустических импульсов будут использованы [c.164]

Отметим, что сильная зависимость коэффициента поглощения оптического излучения от превышения энергий светового кванта ширины запрещенной зоны Wg позволяет, используя различные (или перестраиваемые) источники света, в широких пределах изменять характерную глубину области фотогенерации носителей В тех случаях, когда длительность акустических импульсов определяется временем пробега звука по области поглощения света (та т = (6 a) i), это должно приводить к эффективной перестройке длительности акустических импульсов. Для генерации сверхкоротких импульсов деформации с важно, что в полупроводниках можно реализовать поглощение оптического излучения в тонком приповерхностном слое (/ 10- —10-1 см-1). [c.167]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...