Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница
О системе
Технические требования
Синтез
Обучающий модуль
Справка по системе
Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов
Дефектоскоп-толщиномер резонансный
Прибор для неразрушающего контроля и определения толщины изделий на основе явления акустического резонанса

Анимация

Описание

В резонансном дефектоскопе-толщиномере (ДТ) пьезоэлектрический излучатель, запускаемый частотно-модулированным генератором 1 (рис. 1), излучает в изделие 7 ультразвуковые (УЗ) волны непрерывно меняющейся частоты.

 

Блок-схема резонансного дефектоскопа-толщиномера

 

 

Рис. 1

 

Обозначения:

1 - генератор частотно-модулированных колебаний;

2 - генератор развертки;

3 - фильтр;

4 - усилитель;

5 - экран ЭЛТ;

6 - искатель;

7 - изделие;

8 - резонансные пики.

 

В моменты резонанса, когда по толщине измеряемого сечения укладывается целое число полуволн, что соответствует совпадению частоты внешней возмущающей силы с частотой собственных колебаний системы, образуются стоячие волны. При этом уменьшается входной импеданс контролируемого изделия, являющийся сопротивлением нагрузки для преобразователя (его реактивная составляющая обращается в нуль), амплитуда упругих колебаний в изделии резко возрастает, изменяется сила тока в цепях генератора, что отмечается индикатором (ЭЛТ) 5 в виде резонансных пиков 8.

Каждой точке на линии развертки соответствует определенная частота генератора, поэтому шкала, нанесенная на экран ЭЛТ, позволяет отсчитать расстояние от начала развертки до соответствующего пика и может быть проградуирована в МГц или мм. Если толщина изделия приблизительно известна и параметры генератора подобраны так, что отсчет производится для одного резонансного пика, соответствующего основной частоте f0, то толщина изделия B определяется как:

 

B = l/2 = c/2f0,

 

где l - длина волны;

с - скорость звука в изделии.

 

Однако, если примерная толщина изделия неизвестна, то резонанс отмечается не только на основной частоте, но также и на гармониках. Поэтому отсчет усложняется, и повышаются требования к девиации (т.е. отклонения от среднего значения) частоты; она должна обеспечить перекрытие частотного диапазона в пределах трех - четырех октав. Чтобы резонанс пьезоэлемента не влиял на показания, его собственная частота должна быть выше верхнего значения частоты генератора. Тогда:

 

B = mc/(fm+n - fn),

 

где fn и fm+n - частоты, соответствующие двум произвольно взятым пикам;

m - число промежутков между этими пиками (разность номеров гармоник).

 

Чувствительность ДТ возрастает с увеличением коэффициента стоячей волны и повышением добротности всех элементов устройства.

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Используемые естественнонаучные эффекты

Возникновение электрической поляризации в анизотропных средах, обладающих определенной кристаллической структурой и симметрией при растяжении и сжатии в определенных направлениях (Пьезоэлектрический эффект)

 

Разделы естественных наук используемых естественнонаучных эффектов

1Электрическая поляризация вещества
1Твердые тела

 

Применение эффекта

Резонансные ДТ используются для измерения толщины изделий (при возможности доступа только к одной поверхности) из металлов, стекла, фарфора, керамики и других материалов с достаточно высокой добротностью. Также ДТ применяютдля обнаружения зон коррозионного поражения на недоступной поверхности, расслоений в тонких листах и т.д.

Реализации эффекта

Резонансный дефектоскоп-толщиномер

В резонансном дефектоскопе-толщиномере (ДТ) пьезоэлектрический излучатель, запускаемый частотно-модулированным генератором 1 (рис. 1), излучает в изделие 7 ультразвуковые (УЗ) волны непрерывно меняющейся частоты. В моменты резонанса, когда по толщине измеряемого сечения укладывается целое число полуволн, что соответствует совпадению частоты внешней возмущающей силы с частотой собственных колебаний системы, образуются стоячие волны. При этом уменьшается входной импеданс контролируемого изделия, являющийся сопротивлением нагрузки для преобразователя (его реактивная составляющая обращается в нуль), амплитуда упругих колебаний в изделии резко возрастает, изменяется сила тока в цепях генератора, что отмечается индикатором (ЭЛТ) 5 в виде резонансных пиков 8.

 

Литература

1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская энциклопедия, 1979.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина