Акустические свойства сред. Звуковой и ультразвуковой методы контроля. Акустические методы неразрушающего контроля: активные, пассивные методы.

Акустические методы – это методы, основанные на взаимодействии вещества с упругими акустическими волнами. Акустические методы используют частоты колебаний широчайшего диапазона. Диапазон от 20 Гц до 20 Гц – это слышимый диапазон, то, что слышит человеческое ухо. < 20 Гц – инфразвуковой, там где инфразвук, > 20 кГц – ультразвуковой диапазон, т.е. ультразвук.

Поскольку больше частота, тем больше энергии характерно для ультразвукового диапазона. Все акустические методы предполагают использование этого диапазона.

Акустические методы, использующие частоты колебаний от 20 кГц до 100 МГц относятся к ультразвуковым. Они широко используются в практике контроля технических процессов и готовой продукции. Ультразвуковой метод основан на измерении скорости распространения и поглощения ультразвуковой волны в контролируемой среде. Эта скорость зависит от химической природы среды, от концентрации компонентов среды, а также она зависит от плотности и вязкости среды, но еще зависит от температуры. А значит, метод может быть использован для контроля целого ряда свойств – реологических свойств и состава контролируемых систем веществ и материалов. Акустическая волна может претерпевать ослабления в результате поглощения однородной средой или рассеяния и преломления неоднородной средой, т.е. гетерогенной средой.

1) Поглощение ультразвуковой волны однородной, т.е. гомогенной средой.

Ультразвуковая волна ослабляется в результате поглощения при распространении в однородной среде под действием сопротивления этой среды. Для жидких сред уравнение, которое связывает амплитуду ультразвуковой волны со свойствами контролируемой среды, может быть представлено следующим образом: A_l = A₀ * e^-α*l

Где буквами А соответственно обозначены амплитуда ультразвуковой волны на входе в измерительную камеру датчика А_0. И при проникновении в контролируемую среду на глубину l – A_l

α-коэффициент поглощения звука, его величина зависит от частоты колебаний звуковой волны от скорости распространения ультразвуковой волны от вязкости, от плотности среды. А значит, измеряя измерения амплитуды ультразвуковой волны, можно определить коэффициент поглощения и связанные с ним параметры. Именно на этом основано использование ультразвукового метода денситометрическим и вискозиметрическим методами.

2) Рассеяние ультразвуковой волны в неоднородной (гетерогенной) средой.

Ослабление также может происходить в стадии рассеяния или преломления волны при прохождении ее через межфазные границы гетерогенной системы. Эти процессы подчиняются известным законам преломления и отражения. Данный метод может быть использован для контроля дисперсных сред. Появление частицы дисперсной фазы, называет эти явления преломлением, рассеянием, а значит, метод может быть использован для контроля таких дисперсных сред, как эмульсия, дисперсия.

Средства измерения. Важной частью ультразвукового прибора является чувствительный элемент, который в данном случае часто совмещает функции излучателя и приемника. В качестве ЧЭ используют электроакустические преобразователи. Важным достоинством ультразвуковых приборов (и самого метода) является то, что контролю подвергается весь объем пространства, заполненный контролируемой средой, а не только его узкая часть или тонкий слой у поверхности ЧЭ.

Акустические методы неразрушающего контроля (ультразвуковая дефектоскопия).

Этот метод относят к числу традиционных методов неразрушающего контроля. Этот метод используют для обнаружения неоднородности и дефектов, что особенно важно в контроле качества продукции каких-то изделий в процессе их производства и в качестве готовой продукции. Акустические методы неразрушающего контроля делят на 2 группы:

*активные методы

*пассивные методы

Активные – основаны на излучении и приеме ультразвуковой волн.

А пассивные – только на приеме волн, источником которых является СА контролируемый объект.

Активные методы. Самый распространенный среди всех акустических методов – эхо-метод. Более 90% всех измерений, проводящихся с помощью акустических методов, приходится именно на эхо-метод. Схема, которая иллюстрирует ультразвуковой дефектоскопии с использованием эхо-метода.

1-генератор

2-излучатель

3-объект контроля

4-приемник

5-усилитель

6-синхронизатор

7-индикатор

8-дефект

Эхо-метод основан на регистрации отраженных эхо-сигналов от объекта (либо от дефекта, либо от дна изделия). На экране 7 индикатора наблюдают посланный, т.е. зондирующий I импульс, эхо-сигнал, отраженный от противоположной стороны (поверхности), т.е. от дна дефекта, он так и называется донный сигнал III. Время прихода импульса 2 и 3 соответственно пропорционально глубине залегания дефекта II и толщине изделия – это донный импульс. При совмещенной схеме один и тот же преобразователь может выполнять функции как излучателя, так и приемника. В данном случае это и представлено на рисунке. Поэтому 2 и 4 размещены вместе.

Область применения: с помощью данного метода решают задачи дефектоскопии сквозных соединений. Поэтому контролю можно подвергать не только металлические материалы, но также и полимерные и иные материалы.

- В геологии применяют этот метод там, где различные слои обладают разной плотностью, а значит этот метод можно использовать для того, чтобы определить глубину залегания многих полезных минералов, а также нефти и иных полезных ископаемых.

- Метод применяется для контроля толщины изделий, а значит можно определить размеры этих изделий.

- Для измерения расстояний (эхолокации, сонары)

- В авиации, судоходстве и рыболовстве не только для измерения расстояния, но и для того, чтобы определять неоднородность.

- УЗИ исследования в медицине.

Пассивные методы – они основаны на измерении упругих колебаний, волн, возникающих в самом контролируемом месте. Наиболее распространенные – акустико-эмиссионный метод. Явление акустической эмиссии состоит в том, что упругие волны излучаются самим материалом, т.е. каким-то твердым телом, в результате внутренней, динамической, локальной перестройке его структуры при деформации. Это явление называется явлением акустической эмиссии. Эмиссия – это выброс какой-либо энергии (например, магнитной). Ранняя стадия деформирования, т.е. процессовозникновения, зарождения, развития микротрещин в ионосфере распределенных по его объему – это то, что служит источником акустической эмиссии. Схема, которая иллюстрирует ультразвуковую дефектоскопию с использованием акустической эмиссии.

1-объект

2-приемник

3-усилитель

4-блок обработки информации с индикатором

Этот метод используют для контроля и исследования материалов различных конструкций изделий. Преимуществом этого метода перед другими является то, что он позволяет фиксировать только развивающиеся действительно опасные дефекты. С помощью данного метода можно выполнять контроль больших участков, и даже всего изделия без сканирования его преобразователей.