Методика виконання роботи

Установка для дослідження ультразвукових хвиль у твердих тілах наведена на рис. 1. На цій схемі 1 – генератор імпульсів, 2 – генератор радіоімпульсів, 3 – випромінюючий (збуджуючий) перетворювач, 4 – твердотільний зразок, 5 – прийомний (реєструючий) перетворювач, 6 –осцилограф. Для збудження і реєстрації акустичних хвиль у роботі використовуються п’єзоперетворювачі. П’єзоперетворювач - це пластина, вирізана певним чином з п'єзокристала чи п'єзоелектричної (поляризованої) кераміки. При електричному полі, направленому вздовж полярної осі п'єзоелектрика, у ньому виникають механічні зміщення (розтягу і стиску) взжовж цієї осі; це - зворотний п'єзоефект. Змінне електричне поле в такому напрямку збуджуватиме повздовжні акустичні хвилі. При електричному полі, направленому перпендикулярно до полярної осі п'єзоелектрика, в ньому виникає деформація зсуву, і таким чином можна збудити поперечні хвилі. Вирізавши відповідним чином пластини з п'єзоелектрика, отримаємо п'єзоперетворювачі для повздовжніх хвиль. При збудженні механічних коливань у п'єзоелектрика відбувається його електрична поляризація (прямий п'єзоефект), а на електродах з'являється змінна різниця потенціалів. До електродів випромінюючого перетворювача – “випромінювача” - підводиться змінна напруга, обмежена в часі (так званий радіоімпульс) від генератора, а з електродів прийомного перетворювача напруга знімається.

Рис. 1. Блок-схема експериментальної установки для дослід­ження пружних хвиль у твердих тілах

1. Генератор імпульсів

2. Генератор неперервних коливань

3-5. Ультразвуковий тракт

6. Осцилограф

Для збудження повздовжніх хвиль у зразках у вигляді стержнів та їх приймання перетворювачі притискають (або приклеюють) до торців зразка.

Розглянемо суть методу визначення швидкості ультразвуку в середовищі: осцилограма напруги, що знімається з прийомного перетворювача (при роботі установки в імпульсному режимі), має вигляд, що показаний на рис. 2. електричний імпульс, величина якого пропорційна ультразвуковому сигналу, а його затримка на час обумовлена запізненням ультразвукової хвилі відносно збуджуючого імпульсу, що збігається з початком розгортки осцилографа (t=0). - електричний імпульс, пов'язаний з триразовим проходженням ультразвукового імпульсу у зразку: затримка другого імпульсу відносно першого , тобто рівна часу дворазового проходження ультразвуку зразком. Вимірючи та довжину зразка l, знаходимо швидкість пружних хвиль:

(8)

Для порівняно слабопоглинаючих матеріалів використовується метод визначення коефіцієнта затухання пружних хвиль за характером спадання багаторазових відбитих імпульсних сигналів (див. рис. 2). Суть методу така: амплітуда кожного ультразвукового імпульсу відрізняється від попереднього А:

(9)

Рис 2 Осцилограф імпульсів на приймальному перетворювачі

де коефіцієнти відбиття ультразвуку від торців зразка. та при хорошій обробці торців можна вважати рівним одиниці. Якщо порівнювати сигнали, між якими в n відбиттів, тоді маємо:

(10)

Із цього виразу одержимо формулу для визначення через експериментальні значення :

(11)