Dziś jest środa, 23 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8408 +0.26% 1EUR 4.2792 +0.04% 1GBP 4.97 -0.02%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
5 styczeń 2010.

Nowe rozwiązania w zakresie generowania fal ultradźwiękowych w ośrodkach stałych bez użycia ośrodka sprzęgającego akustycznie.

W artykule zaprezentowano głowice do generowania fal: poprzecznej, podłużnej oraz powierzchniowej w ośrodku stałym bez użycia ośrodka sprzęgającego akustycznie ("na sucho"). Przedstawiono zakres częstotliwości opracowanych głowic. Opisano sposób pomiaru czasu przejścia fali ultradźwiękowej za pomocą opracowanej techniki pomiarowej bez użycia ośrodka sprzęgającego oraz opisano przydatność metody dla badań ultradźwiękowych.

Miernictwo ultradźwiękowe jest podstawową formą badań nieniszczących. Każde badanie ultradźwiękowe rozpoczyna się od rozpoznania ośrodka badanego poprzez pomiar prędkości i wielkości tłumienia fal ultradźwiękowych. Na podstawie uzyskanych informacji można odpowiednio do potrzeb kontroli badanych elementów zaproponować rodzaj badań i zaprojektować właściwe głowice ultradźwiękowe.
Głowice ultradźwiękowe służą do nadawania i odbioru fal ultradźwiękowych. W ultradźwiękowej technice pomiarowej spotykamy najczęściej głowice piezoelektryczne o częstotliwościach powyżej 40 kHz. W zależności od rodzaju nadawanych i odbieranychfal ultradźwiękowych rozróżnia się głowice: fal podłużnych (L), fal poprzecznych (T) i fal powierzchniowych (R). W zależności od wykonania głowice
dzielimy na normalne, wprowadzające fale prostopadle do powierzchni badanego elementu oraz skośne,
wprowadzające fale ukośnie względem tej powierzchni [1, 7].
W całej przeszło 50-letniej historii techniki ultradźwiękowej w Polsce, integralnym elementem ultradźwiękowego systemu pomiarowego była ciekła warstwa sprzęgająca akustycznie badany ośrodek z głowicą defektoskopową, o impedancji akustycznej możliwiezbliżonej do wartości
Ośrodek sprzęgający umożliwiał wprowadzenie fali ultradźwiękowej do badanego materiału częściowo
niwelując straty energii podczas transmisji fali akustycznej przez poszczególne ośrodki [1]. Niekiedy
obecność warstwy sprzęgającej bywa kłopotliwa i uniemożliwia wykonanie pewnej grupy badań ultradźwiękowych np. materiałów porowatych i higroskopijnych.
Opisane niedogodności związane z zastosowaniem warstwy sprzęgającej mogą być pokonane przez zastosowanie opracowanych w 1993 r. metody i urządzenia do generowania fali powierzchniowej w dowolnym ośrodku i bez konieczności używania ośrodka sprzęgającego akustycznie (Patent Polski nr 142739). Ponadto w 2006 r. opracowano metodę i urządzenie do generowania fali poprzecznej i podłużnej bez użycia ośrodka sprzęgającego w dowolnym ośrodku stałym [8].

Konstrukcja impulsowej głowicy ultradźwiękowej
Skonstruowanie głowic nowej generacji jest możliwe w szerokim paśmie częstotliwości, pożądanych w technice impulsowej. Wytłumienie przetwornika elektroakustycznego oraz wykonanie głowicy muszą
zapewnić zamianę krótkich impulsów z postaci elektrycznej na akustyczną i odwrotnie, bez zniekształcenia ich kształtu. Najpowszechniej stosowanymi głowicami impulsowymi są głowice normalne fal podłużnych z przetwornikiem drgającym grubościowo (rys. 1).


Rys. 1. Przekrój normalnej głowicy ultradźwiękowej. 1 - przesłonka przed przetwornikiem - membrana, 2 - przetwornik piezoceramiczny, 3 - obciążnik przetwornika, 4 - układ dopasowujący układ drgający, 5 - oprawa przetwornika - obudowa głowicy, 6 - wtyk koncentryczny

W praktyce przetwornik umieszcza się najczęściej pod płytąmembraną wykonaną z metalu albo z ceramiki o półfalowej grubości. Membrana graniczy zewnętrzną stroną z ośrodkiem, w którym rozchodzą
się fale. Musi być tak wykonana, aby fale ultradźwiękowe przechodziły przez nią z małymi stratami. Zgodnie z zasadami przechodzenia dźwięku przez płytę, dźwięk będzie przechodził bez odbicia wtedy, gdy grubość płyty wynosi n * ?/2. Oprawa i płyty półfalowe nie pozostają bez wpływu na drgania przetwornika, powodując zawsze dodatkowe tłumienie, które wywołuje silniejsze nagrzewanie się przetwornika.
Sprzęgnięte z przetwornikiem płyty wpływają bardzo korzystnie na pole interferencyjne, gdyż na skutek tłumienia mniej uwydatniają się maksima i minima interferencji niż przy swobodnie drgającym przetworniku w kształcie tłoka. Natomiast przy złym wykonaniu układu, natężenie pola wzdłuż osi przetwornika będzie większe niż w przypadku przetwornika swobodnego, co zwiększy nierównomierności wypromieniowanego pola. Niepożądanemu zwiększeniu ulegnie stosunek największego natężenia do średniego natężenia dźwięku w polu [2].

Warstwa sprzęgająca
Poza konstrukcją przetwornika, w badaniach ultradźwiękowych kluczową rolę pełni warstwa sprzęgająca głowicę z badanym ośrodkiem. Praktycznie cała literatura dotycząca badań ultradźwiękowych (np. [1]) wymienia konieczność dopasowania impedancji akustycznej użytej głowicy pomiarowej do badanego ośrodka właśnie za pomocą ośrodka sprzęgającego. Do dzisiaj nieodłącznym elementem badań była więc cienka warstwa oleju, miodu, epidianu bądź innych materiałów o wartości impedancji akustycznej leżącej pomiędzy wartościami impedancji dla piezoceramiki i badanego ośrodka. Było to do tego stopnia związane z miernictwem ultradźwiękowym, że zaprzestano nawet dyskusji na temat niewątpliwych wad warstwy sprzęgającej, nie wspominając już o samej uciążliwości jej aplikacji. Przede wszystkim obecność cienkiej warstwy zmienia de facto właściwości każdego badanego ośrodka, w szczególności materiałów porowatych, higroskopijnych (np. dla kredy nie wyznaczono doświadczalnie prędkości rozchodzenia się fali akustycznej między innymi z tego powodu). Ponadto niektóre próbki materiałów, po zastosowaniu dla nich ośrodka sprzęgającego, nie mogą być ponownie użyte, co znacznie utrudnia wykonanie pomiarów korygujących lub referencyjnych. Uniemożliwia to również wyznaczenie wpływu operatora i/lub techniki pomiarowej na uzyskane wyniki. Kolejną sprawą, o której warto tu wspomnieć, jest sama konieczność gromadzenia ośrodka sprzęgającego niezbędnego do pomiarów. Jest to, dla przykładu, główne ograniczenie zasięgu defektoskopowych składów kolejowych
wykorzystywanych w dynamicznych badaniach jakościowych szyn. Możliwość nawet nieznacznego
zmniejszenia ilości użytego ośrodka (obecnie 2000-3000 litrów/100 km) znacznie zmniejszyłaby
koszty i zwiększyłaby zasięg składu, całkowite zaś wyeliminowanie uciążliwego ośrodka byłoby prawdziwym przełomem w tej dziedzinie.

Zdzisław Pęski

Wyniki badań oraz dalsza część artykułu dostępna jest w czasopiśmie PAR 12/2009.
Zapraszamy do lektury.

Źródło: PAR 12/09
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl