Трансформация ультразвуковых волн

Отражение, преломление и трансформация ультразвуковых волн на границах твердых тел [c.214]

Трансформация ультразвуковых волн [c.145]

Рис. 11-7. Трансформация ультразвуковых волн на границе двух сред при скорости С1 < СЦ а — угол падения меньше критического б — угол падения равен первому критическому ад в — угол падения равен второму критическому а/2-

При наклонном падении ультразвуковой волны на границу раздела двух твердых сред I и II (рис. 1.3) происходит отражение, преломление и расщепление (трансформация) волны. Так, если в среду II падает из среды I продольная волна i (см. рис. 1.3, а) под углом р то в общем случае возникают еще четыре волны две отраженные (продольная [c.22]

Сущность механической трансформации звукового давления может быть пояснена на следующем простейшем примере. Пусть ультразвуковое давление р принимается некоторой пластинкой с поверхностью 5. Сила, с которой плоская ультразвуковая волна действует на поверхность 5 при нормальном падении на нее, равна произведению р8. Если пластинка <5 опирается на миниатюрный чувствительный элемент с поперечным сечением 5, то вся сила р8 распределится по поверхности 5 и давление на чувствительном элементе будет во столько раз больше звукового давления, во сколько раз поверхность больше поверхности 5. [c.350]

Трансформация (расщепление и изменение типа) ультразвуковых волн происходит при прохождении ими границы раздела двух сред под некоторым углом. При падении волны на границу раздела сред в общем случае часть энергии проходит во вторую среду, а часть отражается в первую. При нормальном падении (перпендикулярном поверхности раздела) расщепления и изменения типа волны не происходит и та часть энергии, которая проходит во вторую среду, распространяется в ней в том же направлении. [c.145]

Переход ультразвуковой волной границы раздела двз сред под некоторым углом сопровождается как отражением и преломлением, так и трансформацией расщеплением падающей волны и появлением иных типов волн. Так, при падении из первой среды продольной волны С/1 на границу раздела сред под некоторым углом рл в общем случае могут возникнуть еще четыре волны. Схема их образования приведена на рис. 9.2, где Сц — падающая и отраженная продольная волна , отраженная поперечная (трансформированная) волна С/2 — преломленная продольная волна Са — преломленная поперечная волна. [c.146]

Рис, 2.18. Трансформация (а) и вывод закона Снеллиуса (б) ультразвуковой волны на границу раздела двух твердых сред [c.43]

В области углов ввода а 60° волна падает уже на отражатель вблизи 3-го критического угла. В этом случае происходит трансформация поперечных волн в объемную продольную волну и образование двух краевых волн, расходящихся от ребер (действительного и мнимого) отражателя. Поверхность отражателя в рассеянии фактически не участвует. Все это приводит к резкому уменьшению амплитуды отраженной поперечной волны. Поэтому для сопоставления размеров равносигнальных отражателей различного типа (плоскодонных отверстий и зарубок и т. п.) нельзя использовать приближенные расчетные методы, а, учитывая сложность выполнения строгих расчетов, целесообразно использовать экспериментальные данные (рис. 5.4). Если ширина Ьз и высота Нз зарубки больше длины поперечной ультразвуковой волны, а отношение 4>Лз/Ьз 0,5, то, как и плоскодонное отверстие, зарубка обладает крутой и линейной зависимостью амплитуды эхо-сигнала от ее площади. При меньших размерах зарубки эхо-сигнал от нее осциллирует по амплитуде. Для перерасчета предельной чувствительности от плоскодонного отверстия к зарубке можно применить экспериментально найденное соотношение 5з=5п/Л . Коэффициент N определяют по графику Ы=(р 1) (рис. 5.5). Как видно, он практически не зависит от материала. [c.146]

Но не всегда трансформации волн в ультразвуковых линиях задержки являются нежелательным явлением. Трансформации типов волн находят практическое применение в тех случаях, когда излучение продольных волн более эффективно в сравнении с поперечными (например, керамическими преобразователями из титаната бария в сравнении с пьезокварцевыми пластинками У-среза), но в звукопроводе используется распространение поперечных волн. В этом случае в начале звукопровода осуществляется трансформация продольных волн в поперечные при падении продольной волны под углом к отражающей свободной поверхности, и поперечная компонента отраженной волны направляется в звукопровод. В конце звукопровода обратная трансформация осуществляется аналогично, а на приемной стороне ста- [c.503]

Свободная граница твердого тела. В ультразвуковой дефектоскопии весьма часто приходится встречаться с отражением от поверхностей волны, распространяющейся внутри твердого тела. При отражении продольной и вертикально поляризованной поперечной волн происходит трансформация типов волн. [c.41]

Решение. Происходит последовательное отражение акустических (ультразвуковых) волн от граней под углами Р и (90°—Р), после чего волна возвращается назад к преобразователю. Решение выполним с помощью графиков рис. 7 и 8 Приложения. Из них видно, что при углах р = 0 и 90° поперечная волна отражается полностью / = 1. Также полностью отражается поперечная волна, когда углы р и (90°—Р) больше третьего критического. Это достигается в интервале углов от 33,5 до 56,5°. Между этим интервалом и значениями Р = 0 и Р = 90° отражение не полное, в связи с трансформацией поперечной волны в продольную. Минимум достигается при 30 и 60°, здесь / =0,1. Продольная волна полностью отражается также при углах О и 90°, хотя экспериментально этого не наблюдают, так как, распространяясь вдоль одной из граней угла, продольная волна будет являться головной и сильно ослабляться за счет излучения боковых поперечных волн. Экспериментально полное отражение при углах О и 90° можно наблюдать, если двугранный угол образован не плоскими поверхностями, а поверхностями двух соосных цилиндров, пересекающихся под углом 90°. [c.46]

Коническая верхняя часть пьезокерамики служит демпфером. Ультразвуковые волны испытывают в этой части многократные отражения, в результате которых путь ультразвука увеличивается, происходит трансформация и рассеяние ультразвуковых волн. В целом обратный сигнал от такого демпфера практически отсутствует. [c.56]

Колебательная система для обработки металлов давлением состоит из одного или нескольких преобразователей электрических колебаний в упругие, волноводной системы для трансформации, преобразования и усиления колебаний, заготовок и рабочего инструмента, соединенных в один технологический узел. Преобразователи колебаний в установках используют как стандартные, так и специального исполнения. В некоторых случаях элементы колебательной системы могут быть совмещены. Так, например, рабочий инструмент может служить звеном для трансформации и усиления колебаний. Все элементы колебательной системы должны быть строго увязаны по акустическим, механическим и конструктивным параметрам. Колебательную систему называют замкнутой, если она изолирована и при работе во всех ее звеньях возбуждается стоячая ультразвуковая волна. Если резонансный режим работы обеспечивается только в части технологического узла, то такую колебательную систему называют разомкнутой. [c.112]

Так как волновое сопротивление изгибного волновода зависит от скорости распространения волны, то практические возможности выбора величины этого сопротивления больше, чем для волноводов продольных колебаний, у которых эта величина определяется только их материалом и площадью поперечного сечения. Выбором величины волнового сопротивления и длины изгибного волновода можно легко осуществить необходимую (из условий отбора мощности от преобразователя) трансформацию сопротивления нагрузки, связанной с концом волновода, в его начало. Существенной особенностью применения изгибных волноводов в сочетании с волноводами продольных колебаний является возможность построения разнообразных рациональных схем ультразвукового оборудования. При применении продольных колебаний обычное расположение основных узлов — это прямая линия преобразователь — волновод — излучатель — объект обработки. В ряде случаев такое расположение оказывается неудобным. Например, нельзя магнитострикционный преобразователь, помещенный в охлаждаемый водой бак, располагать над кристаллизатором с расплавленным металлом (если необходима ультразвуковая обработка расплава сверху, через его зеркало). Горизонтально расположенный изгибный волновод, возбуждаемый на одном своем конце продольными колебаниями, создаваемыми преобразователем, дает возможность расположить этот преобразователь рядом с кристаллизатором. Второй конец волновода ока- [c.248]

Из явлений, возникающих при электрогидравлическом разряде в жидкости (ионизация и разложение молекул в плазме канала, световое, магнитное и ультразвуковое излучение, пульсация парогазового пузыря и возникновение ударной волны), наиболее полное технологическое использование получила трансформация электрической энергии в энергию механическую. Это процессы электрогидравлической штамповки, диспергирования, очистки, поверхностное упрочнение металлов путем ударной термомеханической обработки и т. д. [c.454]

При измерениях коэффициента поглощения поперечных волн ) (см. рис. 289) дополнительно к потерям на отражение необходимо учитывать потерн энергии при трансформации ) из продольных волн в поперечные и обратно (при отражениях) и то обстоятельство, что часть пути в образце волны распространяются как продольные. Описанная методика измерения коэффициента поглощения в твердых телах позволяет учесть потери при многократных отражениях ультразвуковых импульсов в образце и тем самым значительно повысить точность измерений. Разумеется, что при этом не исключаются всевозможные погрешности, которые могут быть внесены, например, недостаточно точной юстировкой образца, неточностью определения амплитуд импульсов и т. д. Существенную роль играют дифракционные эффекты и влияние боковых стенок образца, в особенности когда исследуемые образцы имеют малое затухание. [c.475]

Существенное влияние на характер распространения волнового пакета, каковым является ультразвуковой импульс, оказывает форма звукопровода. В твердых звукопроводах ограниченного сечения обычно используют поперечные волны, на распространение которых не оказывают влияния боковые стенки. Действительно, как об этом уже говорилось выше, поперечная волна при падении на границу раздела под углом, большим критического, не испытывает расщепления, следовательно, скольжение поперечной волны вдоль свободной границы не будет сопровождаться трансформациями. [c.503]

Измерение длины с помощью ультразвука целесообразно, когда требуется непрерывно измерять расстояния порядка 100... 1000 мм. Например, рационально применять ультразвук для непрерывного контроля износа резца в процессе механообработки. Такие измерения нужны при автоматической обточке деталей. Преобразователь приклеивают на плоский торец резца и расстояние до режущей кромки контролируют по времени прихода ультразвукового импульса. Лучшие результаты дает применение поперечных волн, так как в этом случае затруднена трансформация волн и не возникают ложные сигналы, показанные на рис. 2.22, в. [c.246]

В ультразвуковой дефектоскопии весьма часто приходится встречаться с отражением от свободной поверхности волны, распространяющейся внутри твердого тела. Амплитуду возникающих продольных и поперечных волн определяют из условий равенства нулю на границе нормальных и тангенциальных напряжений. Углы и коэффициенты отражения для стали показаны в работе [65, стр. 172]. Максимумы коэффициентов отражения по амплитуде смещения на этих графиках для трансформированных волн больше единицы. Однако с учетом того, что при трансформации происходит изменение плоскости колебаний и скорости распространения волн, законы сохранения импульса и энергии при этом не нарушаются. [c.33]

Поглощение — это процесс перехода энергии колебаний в тепловую, обусловленный трением колеблющихся частиц. Поглощение будет тем больше, чем больше частота колебаний. При рассеянии происходят преломление и трансформация ультразвуковых волн. Рассеяние обусловлено кристаллической структурой металлов и сплавов. При прохождении ультразвуковой волны через границь кристаллов волна частично отражается, преломляется и трансформи- [c.143]

Металлы, применяемые на практике, имеют поликристалли-ческое строение, и затухание волн в них предопределяется дву.мя основными факторами рефракцией и рассеянием ультразвука вследствие анизотропии механических свойств металла. В результате рефракции фронт ультразвуковой волны отклоняется от прямолинейного направления распространения и амплитуда принимаемых сигналов резко падает. Помимо рефракции волна, падающая на границу кристаллов (.зерен), испытывает частичное отражение, преломление ультразвука и трансформацию, что и определяет механизм рассеяния. Рассеяние в отличие от рефракции приводит не только к ослаблению сигнала, но и образованию [c.21]

Рис. 1,10. Схема трансформации (а) и схема к выводу закона Снел-лиуса (б) при падении ультразвуковой волны на границу раздела двух твердых сред

Одним из важных элементов, определяющих эксплуатационные характеристики наклонных преобразователей является призма. При разработке этих ПЭП размеры, форму и материал призмы надо выбирать таким образом, чтобы она имела наилучшую реверберационно-шумовую характеристику и по возможности удовлетворяла следующим требованиям обеспечивала эффективное затухание колебаний, переотраженных от границы раздела призма — изделие и распространяющихся в призме, и в то же время не сильно ослабляла ультразвуковые волны на коротком участке пути от пьезоэлемента до изделия (см. рис. 3.4). Скорость звука в материале призмы по возможности должна быть минимальной, так как чем меньше скорость продольных волп в материале призмы, тем выше коэффициент преломления (трансформации) п и меньше вероятность образования поверхностной волны при прозвучивании нижней части шва прямым лучом. Призмы с малой скоростью звука обеспечивают более поздний приход полезного сигнала по сравнению с реверберационными помехами. Кроме того, малая скорость звука увеличивает путь, по которому акустические помехи попадают на пьезоэлемент. [c.147]

До сих пор мы рассматривали распространение ультразвуковых волн в среде без границ. На границах раздела сред волна частично отражается, интерферируя с падающей волной, частично проникает во вторую среду. В этой главе мы выявим критерии отражения и прохождения плоских волн при различных условиях косого и нормального их падения на границы раздела сред, а также рассмотрим структуру интерференционного поля, образующегося при сложении отраженной волны с падающей. При этом ограничимся пока рассмотрением сред, в которых могут распространяться только продольные волны, т. е. жидкостей и газов, имея в виду отмеченную ранее общность полученных результатов для разных типов волн. На границах раздела твердых сред наряду с отражением и преломлением происходит еще и трансформация волн из одного вида в другой (см. далее), однако общий энергетический баланс и законы отражения и преломления для каждой волны остаются теми же. Далее мы ограничимся рассмотрением монохроматических плоских волн бесконечно малой амплитуды, учтя роль немонохроматич-ности, нелинейных эффектов, а также затухания волны в граничащих средах дополнительно. Результаты, которые мы получим для этих волн, в общих чертах сохраняют свое значение и для волн других конфигураций (сферических, цилиндрических и т. д.) по отношению к их лучам, т. е. нормалям к фронту волны. Поэтому специально прохождение сферических, цилиндрических и волн других конфигураций через границы раздела мы рассматривать не будем, учтя те возможные поправки, которые могут быть связаны с различием в углах падения. Анализ прохождения плоских волн через границы раздела сред начнем с наиболее простых случаев, обобщая их затем па более сложные ситуации. [c.141]

Рассмотренные процессы раюпространения ультразвуковой волны соответствуют случаю нормального ее падения на границу раздела двух сред. При наклонном падении (под углом Р) продольной волны из одной твердой среды на границу с другой твердой средой на границе раздела происходят отражение, преломление и трансформация (расщепление) волны и в общем случае возникают еще четыре волны две преломленные (продольная l и поперечная t) и две отраженные (продольная Си и поперечная il) (рис. 7,а). Углы преломления и отражения воли, связаны с углом падения выражением Снеллиуса [c.18]

Узел акустического прпбора для неразрушающего контроля, содержащий преобразователь (преобразователи) электромагнитных колебаний в упругие и обратно, называют искателем. Ниже описаны конструкции типовых пьезоэлектрических искателей, получивших наибольшее распространение. На рис. 25, а представлен нормальный совмещенный искатель. ГГьезопластина (пьезоэлемент) 1 приклеена илп прижата к демпферу 2. Между пьезопластпной и средой 5, в которую производится излучение УЗК, может располагаться несколько тонких промежуточных слоев — один или несколько протекторов 3 и прослойка контактной смазки 4. Искатель размещен в корпусе 6. Выводы 7 соединяют пьезопластину с электронным блоком дефектоскопа. Для ввода ультразвуковых волн под углом к поверхности пли возбуждения сдвиговых, поверхностных, нормальных волн путем трансформации из падающей продольной волны в конструкцию введена призма 8 (рис. 25, б). В зависимости от назначения можно использовать различные конструктивные варианты основных типов искателей. [c.179]

Структурная реверберация, в частности, в бетоне, представляет собой многократные переотражения ультразвуковых волн между элементами крушого заполнителя, сопровождающиеся взаимной трансформацией продольных колебаний в поперечные и обратно. Как правило, размеры отдельных элементов заполнителя и расстояния между ними соизмеримы с длиной УЗ-волны, поэтому энергия зондирующего импульса, излученная в бетон, в основном рассеивается на неоднородностях. [c.637]

Наибольшие интенсивности колебаний в настоящее время получены с помощью твердых стержневых концентраторов в 3ByitoBOM и ближнем ультразвуковом диапазоне частот. Схема такого концентратора показана на рис. 82. К электрическому преобразователю 1 (это может быть как магнитострикцион-ный, так и пьезоэлектрический преобразователь) крепится трансформатор (концентратор) 2. Сечение концентратора меняется по определенному закону. В зависимости от закона изменения образующей концентратора меняется коэффициент трансформации. Приведем данные для некоторых типов концентраторов, полученные в предположении, что в концентраторе распространяется идеальная плоская волна. [c.366]

Предлагаемая книга посвящена распространению ультразвуковьЕх волн в жидкостях, газах и твердых телах, рассматриваемых как сплошные среды с разными характеристиками упругости. В ней систематизированы вопросы, имеющие непосредственное отнощение к специфике ультразвука возможности генерирования направленных пучков плоских волн, высокой интенсивности ультразвукового излучения и т. д. В связи с этим основное внимание в книге уделено различным аспектам распространения плоских волн их общим характеристикам, затуханию, рассеянию на неоднородностях, отражению, преломлению, прохождению через слои, интерференции, дифракции, анализу нелинейных явлений, пондеромоторных сил, краевых и других эффектов в ограниченных пучках. Рассматриваются также сферические волны, которые формируются при пульсационных колебаниях сферических тел, в дальней зоне излучателей малых размеров, в ультразвуковых фокусирующих системах. Большинство из этих вопросов обсуждается применительно к продольным волнам для сред, обладающих объемной упругостью, а для других типов волн, в частности для сдвиговых волн в жидкостях и твердых телах, дополнительно рассматриваются те вопросы, которые составляют их специфику. К ним относятся граничные и нелинейные эффекты в твердых телах, трансформация волн, их дисперсия, поверхностные волны, соотношения между скоростями звука и модулями упругости в кристаллах, в том числе в пьезоэлектриках. [c.2]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...