Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Топ:
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Оценка эффективности инструментов коммуникационной политики: Внешние коммуникации - обмен информацией между организацией и её внешней средой...
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
Интересное:
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Дисциплины:
2017-11-21 | 252 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Среда | Длина волны λ, мм, для частот в МГц | |||||||
0,1 | 1,0 | 2,5 | 10,0 | |||||
продольная | поперечная | продольная | поперечная | продольная | поперечная | продольная | поперечная | |
Воздух | 3,3 | – | 0,33 | – | 0,12 | – | 0,03 | – |
Вода | 15,0 | – | 1,5 | – | 0,6 | – | 0,15 | – |
Оргстекло | 26,7 | 11,2 | 2,67 | 1,12 | 1,07 | 0,45 | 0,3 | 0,1 |
Сталь | 5,9 | 32,6 | 5,9 | 3,26 | 2,34 | 1,3 | 0,6 | 0,3 |
Z = ρC, (Н×с/м). (2.6)
Его называют еще удельным акустическим сопротивлением. Если сопротивление Z имеет большее значение, то среда называется «жесткой», акустически твердой, так как колебательные скорости V и смещения ξ частиц малы даже при высоких давлениях Р. Если же импеданс Z невелик, то среда называется «мягкой», податливой: даже при малых давлениях Р достигаются значительные колебательные скорости V и смещения ξ. Таким образом, давление в волне прямо пропорционально акустическому сопротивлению Z и колебательной скорости V движения частиц (2.5).
Фронт волны – граница, отделяющая колеблющиеся частицы от частиц среды, еще не начинавших колебаться. В зависимости от вида поверхности фронта волны последнюю разделяют на плоскую (рис. 2.7, а) – возбуждается колеблющейся плоскостью; сферическую (рис. 2.7, б) – возбуждается точечным источником колебаний; цилиндрическую (рис. 2.7, в) – возбуждается источником колебаний, представляющим собой длинный цилиндр малого диаметра, например нить.
Все волны, кроме плоской, расходящиеся и потому претерпевают в зависимости от пройденного расстояния r уменьшение амплитуды и спад по давлению Р или интенсивности I. Это можно измерить, сравнив давления в приемниках ультразвука на акустической оси в точках А и В (см. рис. 2.7). Формулы спада давлений:
(2.7)
Плоская волна – насколько реальна она? Строго говоря, такой волны не существует, так как для ее излучения требуется бесконечная плоскость, что невозможно. Реальные источники создают сферические волны, но плоская волна удобна для моделирования и анализа процессов ультразвукового контроля. Если использовать точечный источник колебаний, то на расстоянии от него, по крайней мере, превышающем на порядок длину волны, сферическую волну можно считать плоской.
|
Ослабление волн при распространении. По мере удаления фронта ультразвуковой волны от источника ее амплитуда, давление и интенсивность уменьшаются. Причины этого ослабления заключаются в геометрическом расхождении лучей и затухании.
Расхождение лучей приводит к тому, что часть пучка не достигает приемника. Видно из (2.7), что уменьшение , , пропорционально и соответственно для сферической и цилиндрической волн. Наибольшее ослабление претерпевает сферическая волна, т. к. расхождение лучей здесь происходит одновременно по трем координатам, тогда как в цилиндрической волне – по двум. В плоских волнах расхождение лучей отсутствует.
Затухание волны предопределяется физико-механическими характеристиками среды и типом волны и пропорционально , т. е. по мере удаления фронта ультразвуковой волны от источника ее амплитуда, давление и интенсивность падают и убывают по закону экспоненты (рис. 2.8). Учитывается коэффициентом затухания δ, который складывается из коэффициентов поглощения δ п и рассеяния δ р, 1/м:
. (2.8)
При поглощении вследствие неидеальной упругости межмолекулярных сил часть потока звуковой энергии переходит в тепловой поток за счет внутреннего трения и теплопроводности среды. Коэффициент поглощения в твердых телах (металлы, стекло) пропорционален частоте f колебаний волны и температуре среды. Чем больше частота ультразвука, тем больше циклов колебаний в единицу времени, тем больше потерь на переход энергии ультразвука в тепло. С увеличением температуры практически все материалы увеличивают свою вязкость, при этом слабеют их упругие свойства, что влечет к росту δ п.
|
При рассеянии поток звуковой энергии остается звуковым, но уходит из направленно-распространяющегося пучка. Металлы, применяемые на практике, имеют зернистую структуру. Размеры зерен зависят от химического состава, вида механической и термической обработки деталей. Затухание волн в них обуславливается двумя факторами: рефракцией и рассеянием вследствие анизотропии механических свойств. В результате рефракции фронт волны отклоняется от прямолинейного направления распространения, и амплитуда принимаемых сигналов резко падает. Кроме того, волна, падающая на поверхность границы зерна, испытывает частичное отражение и преломление ультразвука и трансформацию, что и определяет механизм рассеяния. Рассеяние в отличие от рефракции приводит не только к ослаблению сигнала, но и к образованию шумов.
Явление рассеяния тем сильнее, чем больше средний размер зерна по сравнению с длиной ультразвуковой волны.
Явления поглощения и рассеяния ослабляют ультразвуковую волну тем сильнее, чем больший путь в среде она проходит. При этом амплитуда колебаний и звуковое давление снижаются в раз на каждую единицу длины пути r, проходимого волной, а интенсивность, как энергетическая характеристика, – в раз:
. (2.9)
Таким образом, ослабление волн при их распространении обусловлено уменьшением ее параметров из-за расхождения лучей, т. е. геометрического спада, и явления затухания, что в итоге иллюстрируется в табл. 2.4.
Интенсивность I является энергетическим параметром волны. Она характеризует количество энергии, которое упругая волна несет в направлении своего распространения в единицу времени (1 с) через поперечное сечение площадью 1 м2 под углом θ к его нормали. Интенсивность I, [Вт/м2], пропорциональна квадрату максимального смещения ξ 0 и импедансу Z среды и связана с давлением Р, (Вт/м2):
. (2.10)
Таблица 2.4
Энергетические параметры различных типов волн
Тип волны | Амплитуда | Давление | Интенсивность |
Плоская | |||
Цилиндрическая | |||
Сферическая |
Децибелы. В акустике, телефонии, радио, автоматике для оценки устройств по их способности к передаче энергии принято использовать отношения величин выходных парметров ко входным независимо от их абсолютной меры. Практичнее, особенно когда велик диапазон изменения рассматриваемого отношения, пользоваться его логарифмом, который измеряют в децибелах. Так, например, отношение давлений Р / Р 0 в звуковой волне в «разах» переводится в децибелы по формуле:
|
. (2.11)
Децибелы (русское обозначение дБ, международное dB) не имеют физического содержания. Они безразмерны и служат для сравнения, например, сигнала на выходе пьезоэлектрического преобразователя к опорному (исходному) уровню напряжения возбуждения его от генератора. Аналогичную оценку проводят и для сигналов неэлектрической природы, например давлений. Если амплитуда измеряемого сигнала U больше опорного (исходного) уровня U 0 в некоторое число раз, то число децибел N положительное. При уровне сигнала U меньше опорного U 0, значение N – отрицательное. Ослабление или увеличение давления Р, амплитуды смещения А или напряжения сигнала U в раз дает соответственно
, .
Ослабление сигнала до уровня 5 % от опорного в децибелах будет
«Обратные» примеры.
1) Абсолютная чувствительность дефектоскопа УД2-12 составляет 103 дБ, Каков резерв его усиления? 103 = (100 + 3) = (20×5 + 3) дБ. Перевод в «разы» дает Þ 105× = 141000.
2) При проверке оси колесной пары на «прозвучиваемость» контрольной цифрой в децибелах брака является ослабление донного сигнала относительно опорного, которое составляет 46 дБ при использовании дефектоскопа УД2-12 и 22 дБ при использовании дефектоскопа УДС2-32. Каковы будут ослабления донных сигналов в разах?
Для УД2-12: – 46 дБ = –(20×2 + 6) Þ (1/102) (1/2) =1/200 Þ в 200 раз.
Для УДС2-32: –22 дБ = –(20 + 2) Þ 1/(10×1,26) = 1/12,6 Þ в 12,6 раза.
Оценку ослабления или усиления в децибелах «мощностных» параметров, например, интенсивности волны I осуществляют в соответствии с формулой:
. (2.12)
Очевидно, что все «замечательные свойства логарифмов» при переводе «разов» в децибелы (логарифмирование) и обратно (потенцирование) при этом используются: умножение заменяется на сложение, деление – на вычитание и т. д.
Перевод децибел в «разы» и наоборот можно осуществлять с помощью калькулятора или таблиц. В табл. 2.5 приведены соответствия децибел и «разов», которую можно использовать в практике неразрушающего контроля.
|
Таблица 2.5
Таблица соответствия децибел и «разов»
Децибелы | Отношение амплитуд колебаний, давлений в волне или напряжений | Отношение интенсивностей волны или мощностей | Нп |
0,2 | 1,02 | 1,05 | 0,023 |
0,4 | 1,05 | 1,10 | 0,046 |
0,6 | 1,07 | 1,15 | 0,069 |
Продолжение таблицы 2.5
0,8 | 1,10 | 1,20 | 0,092 |
1,0 | 1,12 | 1,26 | 0,115 |
1,2 | 1,15 | 1,32 | 0,138 |
1,4 | 1,17 | 1,38 | 0,161 |
1,6 | 1,20 | 1,44 | 0,184 |
1,8 | 1,23 | 1,51 | 0,207 |
2,0 | 1,26 | 1,58 | 0,230 |
2,5 | 1,34 | 1,78 | 0,287 |
3,0 | 1,41 | 1,99 | 0,345 |
3,5 | 1,50 | 2,24 | 0,403 |
4,0 | 1,58 | 2,51 | 0,460 |
4,5 | 1,68 | 2,81 | 0,518 |
5,0 | 1,78 | 3,16 | 0,575 |
5,5 | 1,88 | 3,55 | 0,630 |
6,0 | 1,99 | 3,98 | 0,690 |
6,5 | 2,11 | 4,47 | 0,750 |
7,0 | 2,24 | 5,01 | 0,810 |
7,5 | 2,37 | 5,62 | 0,860 |
8,0 | 2,51 | 6,31 | 0,920 |
8,5 | 2,66 | 7,08 | 0,980 |
9,0 | 2,82 | 7,94 | 1,040 |
9,5 | 2,98 | 8,91 | 1,090 |
10,0 | 3,16 | 10,00 | 1,150 |
11,0 | 3,55 | 12,60 | 1,270 |
12,0 | 3,98 | 15,80 | 1,380 |
Продолжение таблицы 2.5
13,0 | 4,47 | 19,90 | 1,500 |
14,0 | 5,01 | 15,10 | 1,610 |
15,0 | 5,62 | 31,60 | 1,730 |
16,0 | 6,31 | 39,80 | 1,840 |
17,0 | 7,08 | 50,10 | 1,960 |
18,0 | 7,94 | 63,10 | 2,070 |
19,0 | 8,91 | 79,40 | 2,190 |
20,0 | 10,00 | 100,00 | 2,300 |
25,0 | 17,70 | 3,16×102 | 2,880 |
30,0 | 31,60 | 1,00×103 | 3,450 |
35,0 | 56,20 | 3,16×103 | 4,030 |
40,0 | 100,00 | 1,00×104 | 4,600 |
45,0 | 177,00 | 3,16×104 | 5,200 |
50,0 | 316,00 | 1,00×105 | 5,800 |
55,0 | 562,00 | 3,16×105 | 6,300 |
60,0 | 1000,00 | 1,00×106 | 6,900 |
65,0 | 1,77×103 | 3,16×106 | 7,500 |
70,0 | 3,16×103 | 1,00×107 | 8,100 |
75,0 | 5,60×103 | 3,16×107 | 8,600 |
80,0 | 1,00×104 | 1,00×108 | 9,200 |
85,0 | 1,77×104 | 3,16×108 | 9,800 |
90,0 | 3,16×104 | 1,00×109 | 10,400 |
95,0 | 5,60×104 | 3,16×109 | 10,900 |
100,0 | 1,00×105 | 1,00×1010 | 11,500 |
Для удобства пользования средствами ультразвукового контроля возникает потребность связать размеры экрана дефектоскопа со шкалой децибел, т. е. оценить амплитуду сигнала в децибелах.
Если взять за основной уровень (0 дБ) высоту экрана и разделить его на n равных частей, например на 8, как показано на рис. 2.9, то значение одной части составит 1/8 = 0,125. в децибелах это значение будет равно дБ.
В одном из широко применяемых дефектоскопах УД2-102 в качестве базового значения, принят уровень АСД (0 дБ), равный половине высоты А-развертки. Определим, как распределятся уровни в этом случае (т. е. относительно АСД). Если перевести значение границы уровня АСД в относительные единицы (разы), то получим значение равное 1 (т. е. амплитуда сигнала, полученного от отражателя и уровень АСД равны). Отношение высоты А-развертки и уровня АСД равно 2, в децибелах это составляет дБ.
Нижняя половина экрана разделена на 4 части. Аналогично предыдущему случаю, можно определить нижнюю границу (первая часть экрана снизу) дБ. В табл. 2.6 и 2.7 приведено определение уровня сигнала (в дБ) по экрану дефектоскопа.
Таблица 2.6
|
|
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!