2.1.3. Преобразование электромагнитных волн в акустические

Для возбуждения и приема ультразвуковых колебаний используют ультразвуковые преобразователи (ПЭП).

Рис. 2.5. Конструкции ультразвуковых преобразователей

Различают следующие основные виды преобразователей: прямые, излучающие в контролируемое изделие продольные волны нормально к поверхности, и наклонные, с помощью которых в изделии возбуждаются поперечные, поверхностные, нормальные и продольные волны.

По конструкции преобразователи подразделяют на совмещенные, у которых один пьезоэлемент служит излучателем и приемником, и раздельно-совмещенные (РС), имеющие два пьезоэлемента (излучатель и приемник) в одном общем корпусе.

С позиций направленности поля излучения ПЭП классифицируются на плоские (поршневые), у которых пьезопластина плоская; фокусирующие, обеспечивающие сужение поля в заданной локальной зоне вдоль оси; широконаправленные веерные, формирующие диаграмму направленности, близкую к П-образной с резким переходом на границе свет-тень.

С позиций ширины полосы рабочих частот выделяют узкополосные ПЭП, у которых ширина полосы меньше одной октавы, и широкополосные, у которых ширина полосы пропускания больше одной октавы (отношение максимальной и минимальной частот на уровне 0,5 больше двух).

Число пьезоэлементов в ПЭП также является классификационным признаком (одно- двух- и многоэлементные). Обычно многоэлементные ПЭП называются акустическими системами, или матрицами. К последним также относятся ПЭП в виде фазоуправляемых или, как их чаще называют, фазированных решеток, формирующих заданную направленность акустического поля (например, изменение угла ввода) за счет последовательного возбуждения пьезоэлементов по выбранному временному закону.

Призма в наклонном ПЭП создает наклонное падение продольных волн на границу раздела с изделием. На этой границе происходит трансформация волн, в результате чего в изделие вводится требуемый тип волны, определяемый углом падения и соотношением скоростей звука в призме и изделии по закону Снеллиуса.

В раздельно-совмещенных прямых ПЭП призмы выбираются с углом 5-10° и служат акустическими задержками, что позволяет минимизировать мертвую зону.

Для объективного контроля качества необходимо, чтобы средствами неразрушающего контроля обеспечивались единство и воспроизводимость его результатов.

Поэтому основные характеристики преобразователя нормируются.

Коэффициент преобразования определяется соотношением между взаимосвязанными акустическими и электрическими величинами.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) определяет изменение величины коэффициента преобразования от частоты.

Реверберационно-шумовая характеристика (РШХ) — зависимость амплитуды реверберационных шумов преобразователя от времени — характеризует возможность выявления дефектов, расположенных вблизи поверхности («мертвая зона»), и измеряется длительностью от начала развертки при заданном коэффициенте усиления дефектоскопа. РШХ зависит, прежде всего, от коэффициента затухания волн в демпфере и призме.

С целью уменьшения РШХ применяют раздельно-совмещенные прямые и наклонные преобразователи.

Выбор ПЭП определяется конструкцией объекта, наиболее вероятным местоположением и ориентацией дефекта, наличием ложных сигналов и т. п. Поэтому промышленностью выпускаются различные типы ПЭП.