6. Излучение и прием ультразвука. Материалы, используемые для изготовления пьезопластин. Характеристики пьезопластин.

В настоящее время наибольшее применение для излучения и приема ультразвука в дефектоскопии находит пьезоэлектрический эффект. Эффект заключается в том, что деформация кристаллов некоторых материалов (пъзоэлектриков) вызывает появление на его гранях электрических зарядов. Если на пластинку из такого материала нанести электроды и с помощью проводников подсоединить их к чувствительному прибору, то окажется, что при сжатии пластины между электродами возникает электрическое напряжение определенной величины и знака. При растяжении пластины также возникает напряжение, но противоположного знака. Явление возникновения электрических зарядов на поверхностях пластины при ее деформации называют прямым пьезоэлектрическим эффектом. Существует также обратное явление, заключающееся в том, что если к электродам пластины подвести электрическое напряжение, размеры ее уменьшатся или увеличатся в зависимости от полярности приложенного напряжения. При изменении с определенной частотой знака приложенного напряжения пластина сжимается и растягивается с такой же частотой. Это явление изменения размеров пластины под действием электрического поля называют обратным пьезоэлектрическим эффектом. Таким образом, оказывается возможным при помощи пьезопластины преобразовывать электрические колебания в ультразвуковые (обратный пьезоэффект – для излучения ультразвука) и, наоборот, ультразвуковые в электрические (прямой пьезоэффект – для приема ультразвуковых колебаний). При этом еще раз важно отметить, что амплитуда электрического сигнала на электродах (при прямом и обратном пьезоэффекте) пропорциональна амплитуде механических колебаний частиц, что и позволяет измерять (сравнивать) интенсивности ультразвука. Для возбуждения и регистрации (излучения и приема) ультразвуковых колебаний применяют пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) в которых активными являются пьезоэлементы – пластины, выполненные из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами с нанесенными на их поверхности металлическими электродами. Пьезоэлементы для ультразвуковой дефектоскопии чаще всего изготавливают из пьезокерамики: цирконата титаната свинца (ЦТС-19) и титаната бария (ТБК). Пластины из пьезокерамики дешевле и обладают большим коэффициентом преобразования по сравнению с природными кристаллами типа кварца. Температура, при нагреве выше которой пластины теряют свои пьезоэлектрические свойства, называется температурой (точкой) Кюри. Пластины из ЦТС-19 теряют пьезоэлектрические свойства при температуре 290⁰С, а из ТБК при температуре 120⁰С. Основные эксплуатационные характеристики преобразователей: собственная резонансная частота, добротность, длина ближней зоны, угол аскрытия, диаграмма направленности определяются геометрическими размерами и формой пластины. Собственная резонансная (рабочая) частота тонкой пьезопластины определяется скоростью звука в пьезоматериале и ее толщиной.

7. Конструкция прямых, наклонных, рс и комбинированных преобразователей. Структура их условного обозначения.

Для излучения и приема ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП). Основные элементы ПЭП: 1 – пьзоэлемент, 2 – демпфер и заливная масса, 3 – подводящие провода, 4 – разъем, 5 – корпус, 6 – протектор, 7 – призма, 8 – контролируемый объект, 9 – электроакустический экран. Пьезоэлемент (1) служит для преобразования электрических колебаний в акустические при возбуждении ультразвука и (или) обратно при его приеме. У прямого ПЭП (и в некоторых конструкциях раздельно-совмещенных (РС)) ПЭП он отделен от контролируемого изделия (8) протектором (6), который служит для защиты пьзоэлемента от истирания и механических повреждений. В наклонных и некоторых конструкциях РС ПЭП роль протектора выполняет призма (7), которая одновременно задает угол падения, то есть определяет угол ввода ультразвука в изделие. Пьезоэлемент соединен с разъемом (4) подводящими проводами (3). Демпфер (2) служит для создания коротких импульсов. Кроме того, вместе с заливной массой он придает преобразователю дополнительную механическую прочность. Все элементы ПЭП обычно помещаются в корпус (5). Прямые ПЭП служат для ввода в изделие продольных волн, а наклонные как продольных (при углах призмы до первого критического), но чаще поперечных или поверхностных волн. В комбинированных ПЭП имеется более двух пьезоэлементов с различными углами ввода УЗ. Маркируется пьезопреобразователь буквой П и набором цифр, например П 121-2,5-50. При этом первая цифра показывает способ ввода ультразвука в изделие и может быть: 1– контактный, 2 – иммерсионный, 3 – контактно-иммерсионный, 4 – бесконтактный. Вторая цифра относится к конструкции ПЭП и может быть: 1 – прямой, 2 – наклонный, 3 – комбинированный. Третья цифра показывает способ подключения ПЭП к дефектоскопу и может быть: 1 – совмещенная схема, 2 – раздельно-совмещенная, 3 – раздельная. Далее следует значение рабочей частоты в мегагерцах, угол ввода (для прямых может не указываться) и дополнительная информация изготовителя об особенностях конструкции, применяемых материалах, номере модели. На любом ПЭП обязательно указывается заводской номер