Преломление и трансформация ультразвуковых колебаний при наклонном падении волн. Критические углы.

Затухание ультразвука.

Понятие о направленности колебаний

Понятие о резонансе.

Понятие о обратном пьезоэффекте.

Понятие о прямом пьезоэффекте.

Сдвиговые ( поперечные волны).

Продольные волны.

Если колебание частиц упругой среды совпадает с направлением распределения волны, то такая волна называется продольной.

Скорость распределения продольной волны Сl

Металл 5900 м/с

Вода 1450 м/с

Воздух 331 м/с

 

Если колебания направления частиц перпендикулярны направлению распределения волны, то такая волна называется поперечной.

Ct =0,55*Ce

Металл 3260 м/с

Для получения ультразвука частот от 1 – 5 МГц используют преобразователи ( магнитострекционные, пьезоэлектрические).

В ПЭП является активный пьезоэлемент который выаполняется из монокристаллов кварца или из пъезокерамических материалов.

При подведении к электродам пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания.

При воздействии на пьезоэлемент механических колебаний на его электродах возникает знакопеременное электрическое напряжение, которое подобно прилагаемому усилию – оно носит название прямой пьезоэффект.

 

Для получения ультразвука частот от 1 – 5 МГц используют преобразователи (магнитострекционные, пьезоэлектрические).

В ПЭП является активный пьезоэлемент который выаполняется из монокристаллов кварца или из пъезокерамических материалов.

При подведении к электродам пьезоэлемент совершает вынужденные механические колебания.

Амплитуда колебаний пьезоэлементов зависит от напряжения на электродах, также от соотношения подаваемого на него знакопеременного напряжения и собственной частот колебаний. Наибольшая амплитуда колебаний пьезоэлементов достигается при резонансе:

f = c / 2 b

с – скорость 3300 м/с (пьезокерамика)

b – толщина пластины

b = 3300 / 2 f = 3300 / 2*2500000 = 0,7 мм

В зависимости от амплитуды возб – го пьезоэл. колебаний от частоты подаваемого на него переменного напряжения постоянной амплитуды – называется его амплитудно частотной характеристикой.

При подаче знакопеременного электрического напряжений последний начинает совершать механические колебания.

Направленность – количественная характеристика, есть способность его излучать звуковые волны в одних направлениях. Преобразователь создает в окружающей среде акустическое поле.

φр = arcsin 1,22λ / D

φр = 10º -16º

При постоянном значении частоты, чем больше значение D, тем меньше угол.

Z0 прямо пропорционально D2

Z0 = 1 / λ

 

 

 

По мере удаления от излучателя амплитуда колебаний частиц убывает.

r – расстояние пройденное волной

А0 – начальная амплитуды

δ – коэффициент затухания

δ = δр + δп

рассеивания и поглащения

При поглащении энергии происходит выделение тепловой энергии.

Для продольной волны δ :

материал Δ при частоте 2,5 МГц
Вода 0,004
Алюминий 0,01 – 5
Сталь 1 – 8
Орг.стекло
воздух

 

При наклонном падении, продольной волны со скоростью Сl , из твердой среды один в среду два, на границе этих сред происходит: отражение (Сl1) , преломление (Сl2) и трансформация (Сt2) и расцепление волны.

β – угол падения

βt, βl – углы отражения

α – углы ввода

На практике для обеспечения падения продольных волн под углом между пьезоэлементом и контролируемой деталью располагают призму из оргстекла.