Cтраница 3
В этих приборах ( рис. 79) изменения механического импеданса контролируемого объекта оценивают по изменению электрического импеданса нагруженного на этот объект пьезопреобразователя. [31]
Упрощенная структурная схема прибора, реализующего этот метод, показана на рис. 2.137. Плоский пьезоэлемент 3 преобразователя через слой контактной смазки прижимают к контролируемой многослойной конструкции /, в которой возбуждают продольные волны. Происходящее в зоне дефекта 2 изменение нагружающего преобразователь механического импеданса ZH OK вызывает определенное изменение входного электрического импеданса Z3 пьезоэлемента. Результаты контроля представляют на дисплее 8 в виде изображающей точки на комплексной плоскости. Конец вектора Z3, соответствующего бездефектной зоне, изображается точкой А в центре дисплея. [32]
Сегнетокерамические материалы типа цирконаттитаната свинца имеют сравнительно высокий коэффициент электромеханической связи и обладают заметной чувствительностью вне резонанса, что позволяет их использовать для работы в широкополосном режиме. С учетом высокой диэлектрической проницаемости из этих материалов могут быть изготовлены преобразователи достаточно малых размеров, электрический импеданс которых не будет чрезмерно большим. Значения коэффициента электромеханической связи сегне-тоэлектриков обычно почти на порядок превосходят соответствующие значения для кварца. Поэтому Сегнетокерамические материалы стали широко применяться для генерации и приема акустических волн в медицинских приложениях. [33]
Для возбуждения звуковых частот в диапазоне 50 - 20 000 Гц удобно применять магнитные возбудители. Магнитные возбудители состоят из магнитного стержня диаметром около 3 мм, вокруг которого намотана спираль; электрический импеданс этого устройства составляет от 10 до 100 Ом, так что возбудители легко согласуются с видеоусилитет лем. Предназначенные для работы в роли индуктивных неконтактных датчиков, они также хорошо работают как индуктивные неконтактные возбудители для ферромагнитных объектов. Более крупные из них могут обеспечивать несколько ватт мощности, не сгорая при этом; такой мощности достаточно для создания необходимого уровня возбуждения на видеочастотах для многих структур. Для того чтобы использовать эти датчики в качестве возбудителей, их устанавливают в непосредственной близости от магнитной поверхности, на расстоянии от нее, равном примерно 200 - 300 мкм. Эффективность возбуждения при уменьшении зазора возрастает, но нужно соблюдать осторожность, чтобы сердечник возбудителя ( постоянный магнит) не касался объекта. Немагнитные объекты тоже можно подвергать магнитному возбуждению, подсоединяя к ним ферромагнитную ленту. Если один возбудитель не обеспечивает достаточной амплитуды возбуждения, то можно использовать несколько возбудителей, запитываемых параллельно от одного усилителя. [34]
Формирование стоячей волны происходит в том случае, когда расстояние между преобразователем и отражателем кратно длине полуволны л / 2 и может быть определено соответствующим изменением электрического импеданса преобразователя. Затем при помощи микрометрического винта с большой осторожг ностью перемещают отражатель на расстояние нескольких длин волн так, чтобы сохранить параллельность между преобразователем и отражателем. [35]
Ввиду малости волнового сопротивления воздуха по сравнению с модулями акустических импедансов обоих пьезоэлементов и объекта контроля коэффициенты прохождения на всех четырех границах раздела с воздухом близки к нулю. Поэтому амплитуда сквозного сигнала очень мала. Для ее повышения увеличивают напряжение возбуждения излучающего пьезоэлемента, применяют усилители с малым уровнем шумов, используют согласование акустических импедансов пьезоэлементов с воздухом и электрических импедансов пьезоэлементов с соответствующими импедансами электронного блока. [36]
На частотах, близких к резонансным, эквивалентная схема приводится к виду, показанному на рис. 6.2, где электрический импеданс преобразователя Z представлен в виде собственной емкости С0 преобразователя и сопротивления диэлектрических потерь Яэл. Влиянием последнего обычно можно пренебречь. При V Ф 0 появляется реактивная состав - ляющая тока, эквивалентная изменению эффективной емкости преобразователя. Эквивалентные индуктивность Lm - т / А2, емкость Ст A2 / s и сопротивление Rm r / A2 отражают влияние на электрический импеданс преобразователя эффективной массы т, упругой податливости s и потерь из-за внутреннего трения г соответственно. [37]
Магнитные потери в ферритовых сердечниках определяются в основном гистерезисом при циклическом перемагничивании, поэтому косвенно их можно характеризовать величиной коэрцитивной силы. Механические потери складываются из собственно механических потерь в решетке и из внесенных гистерезисных потерь, возникающих за счет обратного магни-тострикционного эффекта. В зависимости от условий работы преобразователя эти внесенные потери могут быть больше или меньше. Различают величину QH, соответствующую колебаниям магнитно-свободного образца, или режиму холостого хода, когда при механических колебаниях возникает периодическое макроскопическое перемагничивание образца, и величину QB для магнитно-зажатого образца, или режима короткого замыкания, при котором перемагничивания не происходит. На практике первый случай реализуется вблизи частоты резонанса / р, соответствующей максимальному значению модуля электрического импеданса преобразователя, второй - вблизи частоты антирезонанса / а, соответствующей минимуму импеданса. [38]
Существуют и другие возможности использования излучения встроенного пьезоэлемента. Возбуждая его колебания, в материале создают волны Лэмба, которые, распространяясь в листе, отражаются от его дефектов, например расслоений. Кроме того, колебания пьезоэлемента нагревают его и окружающий материал, что регистрируют чувствительным термови-зором. Это позволяет установить место расположения пьезоэлемента и судить о его целостности. Та же задача решается методом вихревых токов, реагирующим на разрушение металлизированных покрытий пьезоэлемента. Наконец, применяют способ измерения электрического импеданса Z, пьезоэлемента в широком диапазоне частот. [39]