Волна объемная в преобразователе

Амплитуда каждого дифрагированного луча в процессе распространения снижается пропорционально (г расстояние от точки ввода вдоль луча), в то время как амплитуда падающей волны остается постоянной. Здесь и далее, где приводятся законы распространения дифракционных волн, подразумевается, что падающая волна имеет плоский фронт. Разумеется, объемные падающие волны, излучаемые акустическими преобразователями конечных размеров, имеют фронты, отличающиеся от плоских, вследствие чего законы распространения волн дифракции отличаются от приводимых. Тем не менее для лучшего понимания свойств волн дифракции целесообразно представлять падающую волну в виде плоской. [c.39]

Возможные области применения волн дифракции. Волны дифракции в контролируемом объекте присутствуют всегда. При отражении от плоскостных либо объемных дефектов возникают краевые волны, или волны обегания —соскальзывания, или головные и боковые волны. Чаще всего возникает совокупность дифрагированных волн нескольких типов. Вблизи свободной поверхности головные и боковые волны также присутствуют всегда, поскольку под каким бы углом волны ни излучались в твердое тело вследствие конечных размеров преобразователей, всегда найдутся лучи, которые направлены вдоль и вблизи свободной поверхности. [c.55]

Резонанс жидкости, заполняющей объемный резонатор, может быть успешно использован в частотной области, где другие методы неприменимы. Рудник и Шапиро [68] измерили с высокой точностью скорость звука вблизи Я-точки гелия на частоте 9,75 кГц, изучая резонансные моды плоской волны жидкости в цилиндрическом резонаторе при этом в качестве источника и приемника использовались два одинаковых электростатических преобразователя. [c.154]

Преобразователь с продольными колебаниями наконечника создает на поверхности твердого тела нормальную колебательную силу, с поперечными колебаниями - касательную силу. Поэтому эти преобразователи излучают продольные, поперечные и поверхностные (рэлеевские) волны. Ориентация вектора смещений точки контакта влияет на диаграммы излучения и приема этих волн. При продольных колебаниях наконечника (рис. 93) излучаются продольные волны с максимумом излучения в направлении оси преобразователя (кривая 2), объемные поперечные волны (кривая 1), а также поверхностные волны Рэлея. У преобразователя поперечных колебаний диаграмма направленности зависит от направления вектора смещений наконечника. В плоскости этого вектора излучаются продольные и поперечные волны (рис. 93, б). Максимум направленности продольных волн (кривая 2) совпадает с поверхностью полупространства, поэтому возбуждается интенсивная головная волна, скорость которой равна скорости объемной продольной волны. [c.277]

Двумерное электрическое поле под преобразователем способствует возбуждению не только ПАВ, но и объемных волн [199]. В общем случае может быть возбуждена одна квазипродольная и две квазипоперечные объемные волны, поляризованные соответственно перпендикулярно и параллельно поверхности. На практике, однако, ввиду симметрии кристалла обычно возникают чистые продольные и поперечные волны. Поперечная волна, поляризованная параллельно поверхности, при определенных граничных условиях может распространяться по поверхности без ограничения. Остальные две объемные волны не удовлетворяют граничным условиям и распространяются вдоль поверхности как затухающие, пока существует связь с одновременно возбуждаемой другой объемной волной, направленной в глубь среды. [c.415]

В неограниченном полупространстве объемная волна, распространяющаяся в глубь среды, не оказывает влияния. Однако в реальном фильтре эта волна отражается от внутренней стороны пластины (рис. 8.37, б). При постепенном увеличении частоты, начиная с предельной, отраженная объемная волна сначала падает на последний электрод, затем на средний и, наконец, на начальный электрод выходного преобразователя. При дальней-щем повышении частоты аналогичным образом может проявляться трижды отраженная объемная волна. [c.416]

Дифракция ПАВ приводит к тому, что часть энергии стоячей волны выходит из полости. Если ширина пучка такая же, как ширина отражателя, то ПАВ проходит в основном через отражатель, а дифракция имеет место лишь в полости. Увеличивая апертуру пучка, можно достичь положения, когда потери энергии, вызванные дифракцией, станут пренебрежимо малы по сравнению с материальными потерями и не будут оказывать существенного влияния на добротность. Из физических причин, рассмотренных в предыдущем разделе при решении проблемы, связанной с объемными волнами в преобразователе, следует, что при резонансной частоте объемная волна не излучается ни преобразователем, ни отражателем. Однако в отражателе вследствие граничных условий на ребрах могут возникать другие типы ПАВ, которые частично излучаются в объем, — просачивающиеся ПАВ (см. разд. 6.4.3). Возникновение этих воли сопровождается дифракционными явлениями. Их можно устранить или ограничить выбором подходящей подложки или ориентации отражателя и преобразователя. [c.418]

Нормированная напряженность электрического поля Напряженность однородного электрического поля в преобразователе объемных волн [c.560]

Принцип действия системы акустического контроля стресс-коррозии состоит в анализе рассеяния упругих волн, возбуждаемых в лэмбовской моде стенки трубы. При распространении по стенке трубы упругая волна рассеивается на дефектах. Амплитуда рассеяния зависит от размера дефекта. Рассеянная волна возбуждает через газовый зазор первичный волновод и регистрируется контактным преобразователем. Длительность отраженного импульса дает информацию о характере дефекта - одиночная трещина, элемент разветвленной сети трещин, объемный дефект и др. Местоположение дефекта по окружности определяется по времени прихода отраженного импульса. Определение амплитуд и длительность отраженных импульсов реализуется в специализированном сигнальном процессоре. [c.96]

Одно из важных преимуществ ЭМА-метода — возможность его использования при высоких температурах (до 1300 °С). Конструкция преобразователя, рекомендуемого для этой цели, описана в 159]. Результаты исследований зависимости амплитуды импульса продольной волны, возбужденной ЭМА-методом, от температуры [16] показали наличие максимумов вблизи точек фазовых превращений а-железа в у-железо, а такл<е вблизи точек Кюри ферромагнитных фаз. Это объясняется резким возрастанием объемной магнитострикции в указанных областях. [c.72]

Формулу (1.71) будем применять при расчете поля излучения в твердое тело продольной волны преобразователем, расположенным на его свободной поверхности, при этом также % г os 0ЛВ. Однако следует иметь в виду, что в действительности этот случай имеет ряд отличий. Каждый элементарный источник, колеблющийся нормально к поверхности, кроме продольной излучает поперечную волну, амплитуда которой при углах 0AB яй 38 больше, чем продольной. Краевые точки преобразователя излучают поверхностные волны, которые, распространяясь вдоль свободной поверхности, порождают объемные волны. Между преобразователем и твердым телом от краевых точек пластины [c.73]

Объемные дефекты (поры, шлаки) дают равновероятное рассеяние падающей волны по всем направлениям. От плоскостных плоских дефектов (расслоений, трещин, непроваров в сварных швах) рассеяние имеет определенную направленность. Ориентация плоскости этих дефектов зависит от технологического процесса. Бывают промежуточные виды дефектов, например паукообразные трещины, некоторые виды непроваров. О емные дефекты удовлетворительно выявляются совмещенным преобразователем независимо от направления падения волны. [c.239]

Признак К,1 (способ 3) основан на озвучивании дефекта поперечной волной, а приеме двух волн - поперечной с амплитудой А, и продольной (трансформированной на дефекте) с амплитудой А1. Для этой цели наклонный преобразователь снабжают дополнительным пьезоэлементом. В качестве опорного используют эхо-сигнал от угла. При переходе от объемного к плоскост- [c.246]

Второй подход связан с использованием эквивалентных электрических схем типа схемы Мэзона или ее модификаций [149—151]. Схема Мэзона была введена для описания упругих колебаний в образцах, где имеется система плоских стоячих объемных волн (одномерное распределение упругого и электрического полей). Поэтому при ее применении к расчету существенно двумерных электродных преобразователей поверхностных волн сразу же возникают принципиальные ограничения, которые не устраняются практически никакими модификациями. Это является основным недостатком данного подхода. [c.176]

Рассчитанное нами электрическое поле преобразователя вследствие пьезоэффекта создает в кристалле упругие напряжения, которые можно рассматривать, как вынуждающие силы в уравнении движения, приводящие к генерации преобразователем поверхностных и объемных звуковых волн. Для нахождения упругого поля, созданного электрическим напряжением (У ехр (— подставим выражения (3.12) в уравнения движения (3.11), учитывая симметрию кристалла, геометрию задачи и известное соотношение [c.184]

Помимо поверхностных рэлеевских волп, рассматриваемый преобразователь излучает объемные волны, которые описываются интегралами по берегам разрезов, идущих от точек ветвления в комплексной плоскости к. Кроме того, в упругое поле излучателя входят синфазные возмущения, монотонно спадающие при удалении от об- [c.189]

Основными трудностями при конструировании излучателей являются аномалии, вызываемые паразитными резонансами в корпусе и в креплении элементов, а также изгибные моды колебаний в керамике. На низких частотах, когда размеры излучателя малы по сравнению с длиной волны в воде и когда источник можно считать точечным, чувствительность преобразователя по напряжению в режиме излучения характеризуется кривой с наклоном 12 дБ/октава. Это происходит из-за того, что амплитуда объемного смещения пьезоэлектрического элемента,, управляемого жесткостью, пропорциональна напряжению. Кривая чувствительности преобразователя по току в режиме излучения имеет наклон 6 дБ/октава. Для изменения наклона этих кривых в некоторых преобразователях используются трансформаторы. [c.286]

Проблема возбуждения объемных волн сравнительно проста. Возбуждающий преобразователь представляет собой пару тонких металлических пластин, нанесенных на всю поверхность пьезоэлектрического образца. Размеры пластин много больше длины волны звуковых волн. Вдали от краев преобразователя в системе возникают только объемные волны, распространяющиеся нормально к поверхности пластин. Объемные же волны появляются и в среде или средах, граничащих с преобразователем, причем эти среды не обязательно обладают пьезоэлектрическими свойствами (рис. IV, 1). [c.162]

Методы расчета преобразователей объемных волн достаточно хорошо развиты [161—163], поэтому мы не будем подробно останавливаться на этой проблеме и рассмотрим в методических целях лишь простейший пример. [c.162]

Закончим на этом изложение простейшей теории преобразователей объемных волн. Многие полезные обобщения и конкретные детали читатель может найти в монографиях [161, 163]. [c.167]

Физический смысл интегрального уравнения (5.9) весьма прост. Первый член описывает электростатическое поле, возбуждаемое падающей волной, второй — электростатическое поле, создаваемое преобразователем и зависящее от параметров внешней цепи. Интегральный член, пропорциональный Av/v, характеризует волновое поле в пьезокристалле, так называемые вторичные объемные и поверхностные волны. [c.202]

Поверхностные волны применяют для обнаружения дефектов, непосредственно выходящих на поверхность или залегающих на глубине не более длины поверхностной волны. Амплитуда поверхностной волны убывает с расстоянием в дальней зоне преобразователя пропорционально г - (если не учитывать затухания ультразвука и рассеяния на неровностях поверхности), а не как для объемных волн, поэтому поверхностные волны хорошо регистрируют дефекты на расстоянии 0,5. .. 1 м от точки ввода. Они следуют всем изгибам поверхности ОК. Затухание в материале — такого же порядка, как для объемных волн. Дополнительное затухание (рассеяние) возникает, если поверхность ввода ОК неровная, загрязненная. [c.187]

Объемные волны (продольные и поперечные) применяют для выявления дефектов в толще и вблизи поверхности массивных изделий, толщина которых значительно превосходит длину волны. Продольные волны используют, если ультразвук необходимо ввести нормально или под небольшим углом к поверхности поперечные — если угол ввода должен быть большим (35° и более). Это обусловлено удобством возбуждения продольных волн — прямым или наклонным преобразователем с небольшим углом, поперечных волн — наклонным преобразователем с углом падения больше первого критического. [c.202]

Суть метода заключается в следующем (схема 10 в табл. 5.7). В контролируемое изделие излучают прямым преобразователем импульсы продольных волн и принимают наклонным преобразователем два импульса трансформированных поперечных волн под углом 7 = 90 —ar sin ( f/ ). Первый импульс соответствует отражению (дифракции) ближайшей к преобразователям точке дефекта, второй импульс —дифракции донного сигнала на удаленной от преобразователя точке дефекта. В случае объемного дефекта амплитуда первого импульса Пц значительно больше амплитуды второго импульса Urt по нескольким причинам. Во-первых, на цилиндрической поверхности наблюдается трансформация волн в соответствии с законом Снеллиуса, 30. .. 40 % энергии падающей на цилиндр волны переходит в энергию поперечной волны. Во-вторых, амплитуда донного сигнала существенно ослабляется поперечным сечением дефекта. В-третьих, амплитуда волны, трансформированной на нижней поверхности дефекта, значительно меньше, чем на верхней, поскольку направление распространения волн на приемник составляет угол Ф = = 125°, в то время как максимум индикатрисы рассеяния лежит в диапазоне углов 20. .. 60°. В связи с изложенным коэффициент [c.269]

Пьезопреобразователи электрических сигналов (резонаторы, фильтры, линии задержки, устройства свертки сигналов и др.) делятся на две основные группы, использующие соответственно объемные и поверхностные акустические волны (ПАВ). В первой группе преобразователей используются резонансные свойства и особенности распространения упругих волн в объеме пьезоэлектрика. Вторая группа преобразователей сигналов основана на амплитудно-фазовых изменениях спектров сигналов, происходящих при возбуждении, распространении и детектировании акустичес- [c.131]

Акустоэлектроника — относительно новая область физической акустики и электроники. Она объединя как фундаментальные вопросы акустики твердого тела, так лх многочисленные приложения, главным образом к системам. работки сигналов и физике твердого тела. Как самостоятельное направление акустоэлектроника оформилась к концу 60-х годов, хотя отдельные работы, посвященные различным аспектам применения акустических волн (главным образом объемных) в электронике, в частности в линиях задержки и электромеханических фильтрах, появлялись и раньше [1—3]. В этих традиционных приложениях использовались, однако, лишь два свойства акустических волн - малая скорость, составляющая лишь / 10 от скорости электромагнитных волн, и относительно низкое затухание на длину волны. Лишь с появлением эффективных методов возбуждения высокочастотных (от 10 М1Гк до 3 ГГц) поверхностных акустических волн (ПАВ), в особенности с изобретением встречно-штыревого преобразователя, позволяющего эффективно возбуждать и принимать ПАВ в пьезоэлектрических кристаллах, стало возможным говорить об акустоэлектронике в том широком смысле, в котором она понимается сейчас. Последнее обусловлено следующими особенностями устройств на ПАВ. Во-первых, это те же малая скорость и затухание поверхностных волн во-вторых, интегральность исполнения большинства устройств на ПАВ, позволяющая использовать для их изготовления готовую технологию, разработанную ранее для интегральных микросхем в третьих, доступность тракта ПАВ, энергия которых сосредоточена вблизи поверхности, и связанная с этим возможность эффективного управления характеристиками этих волн с помощью всевозможных электрических и механических внешних воздействий. Наконец, многие а кустоэлектронные устройства обладают поистине уникальными свойствами. Если еще учесть их хорошую воспроизводимость, высокую надежность, то всеобщий интерес к акустоэлектронике станет вполне понятным. Литература по акустоэлектронике весьма обширна. Ей посвящено свыше пяти тысяч оригинальных статей, множество обзоров (см., например, [4—81), несколько монографий [9—14] и специальных выпусков журналов [151, [16]. Мы, разумеется, не будем пытаться осветить все [c.305]

Из анализа процессов возбуждения ПАВ следуют некоторые качественные соотношения между структурой преобразователя и свойствами ПАВ. Возбуждение, а также детектирование ПАВ происходят лишь между электродами противоположной полярности. Результирующая волна возникает при сложении волн, возбуждаемых отдельными парами электродов, причем волны или суммируются конструктивная суперпозиция), или вычитаются деструктивная суперпозиция). Самое эффективное возбуждение (или детектирование) происходит тогда, когда расстояние между центрами электродов, т. е. период ВШП, равно половине длины волныПоверхностные акустические волны распространяются в обоих направлениях от ВШП, при этом происходят отражения ПАВ от электродов преобразователя, а также возбуждение или детектирование объемных волн. [c.302]

На основании анализа результатов расчетов теоретических спектров моделей дефектов выявлены следующие закономерности. Для объемных дефектов типа сферы и цилиндра характерны монотонные зависимости без осцилляций (криврле J, 2 на рис. 5.42). У плоскостных дефектов, ориентированных перпендикулярно оси преобразователя, наблюдается более быстрый рост амплитуды с повышением частоты (кривые 3, 4). Резкая немонотонность спектра возникает при обнаружении плоскостных дефектов, ориентированных под углом к оси преобразователя. В этом случае основное влияние на результирующий сигнал оказывают дифракционные краевые волны, которые, интерферируя между собой, дают периодически следующие минимумы. Их период зависит от размера и угла наклона дефекта. [c.274]

При ручном контроле листов продольными волнами используют все общие методические приемы контроля объемными волнами, изложенные ранее. Особенность ручного контроля состоит в том, что листы, как правило, прозвучивают только прямым преобразователем для обнаружения дефектов, ориентированных в направлении прокатки. Контроль проводят одновременно эхо-и зеркально-теневым методами (путем наблюдения за амплитудой донного сигнала). [c.308]

Эти данные лежат в основе методик УЗ К стыковых швов сосудов. В них регламентируется контроль по схеме тандем для обнаружения вертикально ориентированных дефектов наклонные совмещенные преобразователи предназначены для выявления наклонных плоскостных и объемных дефектов. С целью компенсации наклона дефектов в горизонтальной плоскости обязателен поворот преобразователя вокруг точки ввода на 10. .. 15°. Выявленные диапазоны угла наклона дефектов лежат в основе требования обязательного контроля с двух сторон шва. По соображениям обеспечения помехоустойчивости швы толщиной свыше 60 мм коитролируют только прямым лучом (в общем случае с четырех сторон шва). Поскольку согласно рис. 6.29 выявляемость при о 38 и 50° практически одинакова, среднюю и нижнюю части шва проавучивают одним из этих преобразователей. Для сокращения мертвой зоны верхнюю часть шва контролируют преобразователем с большим углом ввода (65. .. 70 °С), а при наличии выпуклости — головными волнами. [c.331]

Пьезотехника. Применительно к случаю использования объемных акустических волн в электромеханических преобразователях могут быть выделены следующие группы устройств устройства, работающие в режиме приема устройства, работающие в режиме излучения пьезоэлектрические устройства для стабилизации частоты фильтровые устройства различного назначения пьезоэлектрические трансформаторы тока и напряжения. [c.266]

Аппаратура. Приборы, используемые для контроля методами прохождения, являются измерителями времени (а иногда и скорости) распространения продольных (или обоих типов объемных) волн с цифровым отсчетом и погрешностью измерений не более 1 %. Некоторые приборы снабжены осциллографнческим индикатором, позволяющим наблюдать форму принятого сигнала и измерять его амплитуду, длительность первой полуволны, время затухания и т.д. Большинство этих приборов имеет выносные преобразователи, что позволяет вести контроль с переменной базой от нескольких сантиметров до единиц метров. Питание их, как правило, универсальное или автономное. Масса в пределах 0,5. .. 8 кг. [c.280]

ДЛЯ электродинамических преобразователей, но не для магнитострикционных. Данные характеристики построены в предположении, что размеры элементов преобразователей малы по сравнению с длиной волны в воде. Таким образом, для получения характеристик с плоским участком требуется излучатель небольших размеров, имеющий резонанс в области низких частот. Можно создать электродинамические преобразователи с диаметром диафрагмы в несколько сантиметров и с резонансом около 100 Гц, что соответствует длине волны в воде порядка 15 м. Магнитострикционные преобразователи, как и пьезоэлектрические, Буллет [2] называет преобразователями с объемной силой , потому что в них электромеханические силы действуют во всем объеме материала чувствительного элемента. Следовательно, такие преобразователи резонируют на частотах, обратно пропорциональных их размерам. Несмотря на введение различных конструктивных новшеств, пока еще не удалось создать резонансные магнитострикционные преобразователи с очень малыми размерами и в. то же время с резонансом на очень низких частотах. [c.259]

До начала 60-х годов физики и инженеры, изучавшие пьезокристаллы, основное внимание уделяли поиску новых материалов и исследованию их свойств, совершенствованию пьезоэлектрических резонаторов и преобразователей. В акустике пьезокристаллы применялись для возбуждения объемных ультразвуковых волн и создания ультразвуковых линий задержки радиочастотного диапазона. Исследованию волновых процессов в ньезоэлектриках в этот период уделялось мало впимапия. Отметим лишь две важные работы. Кьяме [7] сделал попытку совместного исследования уравнений ньезоакустикп и электродинамики, а Шапошников [8] рассмотрел взаимодействие электронов проводимости с ультразвуковыми волнами в пьезокристалле. [c.4]

Мы ввели сопротивление излучения преобразователя как коэффициент пропорциональности между Р и 1 /2 в полной аналогии с сопротивлением излучения для преобразователя объемных волн [см. формулу (1.8)]. Формула (4.25) определяет полную мощность излучения как поверхностных, так и объемных волн. Если, как это обычно бывает, нас интересует мощность излучения поверхностных волн, то необходимо воспользоваться формулами (4.1а) и (4.16). На больпшх расстояниях от преобразователя и при больших численных расстояниях ш в ц и ф преобладает вклад поверхностной волны [первые члены в (3.10) и (3.8)]. В результате находим [c.193]

Выбор схемы контроля. Области применения различных методов контроля кратко изложены во введении. Как там отмечено, наиболее часто применяют эхометод. Объемные волны (продольные и поперечные) применяют для выявления дефектов в толще и вблизи поверхности массивных изделий, толщина которых значительно превосходит длину волны. Продольные волны, как правило, используют, когда ультразвук необходимо ввести нормально или под небольшим углом к поверхности поперечные — когда угол ввода должен быть значительным (35° и более). Это обусловлено удобством возбуждения волн одного типа продольных — нормальным или наклонным преобразователем с небольшим углом ввода, поперечных — наклонным преобразователем с углом падения между первым и вторым критическими углами. [c.185]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...