Исследование частотного преобразования акустического сигнала
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
оказывается импедансный метод, основанный на измерениях механического импеданса" участка поверхности ОК, с которым взаимодействует пьезопреобразователь.
Об изменении импеданса судят по характеристикам колебаний преобразователя: частоте, амплитуде, фазе.
Как правило, в импедансных дефектоскопах преобразователь имеет форму стержня, массивность стержня ограничивает реализацию этого метода на ультразвуковых частотах (рис.1.5). Понятно, что вносимый в колеблющийся стержень механический импеданс - есть реакция небольшой области ОК. Поэтому импедансный метод применяют только для контроля качества поверхностного слоя и для обнаружения дефектов, прилегающих к поверхности ОК.
Рисунок 1.5 - Эхо-сквозной метод
Отметим определенную схожесть метода механического импеданса" по принципу действия с вихретоковым методом, при котором в электрический контур, накладываемый на поверхность ОК, вносится проводящей поверхностью омическое сопротивление за счет чего и контролируется ее качество.
К активным методам контроля относятся также методы, основанные на использовании стоячих акустических волн в ОК, если ОК возбуждается целиком, то это интегральный метод. Если же ОК возбуждается частично, то это локальный метод. При этом внешнее возбуждение как при интегральном, так и при локальном методах может быть свободным (например, за счет механического удара) и тогда в ОК возникают свободные колебания, определяемые его механическими свойствами; или вынужденные, т.е. воздействием гармонической силы, интенсивность и частота которой могут изменяться.
Состояние ОК оценивается по собственной частоте свободных колебаний, либо по резонансным вынужденных колебаний. На использовании стоячих волн в ОК основаны следующие активные методы.
Методы свободных колебаний. При применении локального метода свободных колебаний в ОК возбуждаются колебания с помощью удара механического вибратора и анализируется спектр возбужденных частот.
В дефектных областях ОК спектр собственных колебаний, как правило, смещается в высокочастотную область. Этим же методом контролируются отдельные участки стенок изделий, которые после внешнего механического воздействия продолжают колебаться в свободном режиме. По частоте этих колебаний с высокой точностью измеряют геометрическую толщину контролируемого участка стенки, а по уходу частоты - отклонения по толщине и наличие дефектов в материале стенки.
В интегральном методе посредством ударов возбуждаются свободные вибрации во всем объеме ОК, а результаты спектрального анализа и его сравнение со спектром эталонного изделия, позволяют сделать заключение о том, - годное оно или бракованное.
Методы вынужденных колебаний. Локальный резонансный метод.
Эти методы обычно применяются для контроля тонкостенных изделий. На контролируемом участке стенки с помощью пьезопреобразователя возбуждают ультразвуковые волны. Модулируют частоту вынужденных колебаний и фиксируют частоты, на которых возникают акустические резонансы (т.е. когда по толщине стенки укладывается целое число полуволн ультразвука). По резонансным частотам определяют толщину стенки, а дефекты в стенке фиксируют по резкому изменению измеряемой толщины, или по пропаданию резонанса.
Интегральный резонансный метод применяется для определения модулей упругости материала по резонансным частотам продольных, изгибных или крутильных колебаний образцов простой геометрической формы. Появление дефектов или изменение свойств материалов определяется по отклонениям резонансных частот образцов. Понятно, что
возможны различные модификации и комбинации активных методов акустического контроля - все определяется конкретными техническими задачами, которые необходимо решить.
Пассивные акустические методы. Метод акустической эмиссии.
Этот метод основан на фиксации акустических колебаний, возникающих в материале ОК в результате локальных динамических перегрузок или в результате локальных изменений структуры материала под влиянием, например, термообработки или полимеризации.
Кроме того, наиболее характерными источниками акустической эмиссии - это возникновение и развитие трещин, движение дислокаций и т.п.
Поэтому метод акустической эмиссии чаще всего применяется для контроля качества высокопрочных изделий, находящихся в процессе изготовления. Контактирующие с ОК пьезопреобразователи, работающие на прием, воспринимают собственные упругие колебания ОК и позволяют установить источники эмиссии в ОК, и, если это необходимо, то и скорректировать технологический процесс его изготовления.
Вибрационно-диагностический и шумодиагностический методы. В первом пассивном методе анализируются параметры вибраций изделий или отдельные узлы с помощью специальной вибродиагностической аппаратуры. Типовая структура этой аппаратуры такая: пьезопреобразователь, работающий на прием, усилитель, анализатор, записывающее устройство. По результатам измерений и диагностируется ОК по интересующим признакам качества.
Во втором, т.е. в шумодиагностическом методе, анализируется спектр шумов, образующихся при работе ОК (например, двигателя внутреннего сгорания), и устанавливаются возможные отклонения от режима нормальной работы. Здесь структура применяемой акустической аппаратуры та же, что и в первом методе.
Оба пассивных метода - вибрационно-диагностический и шумодиагностический относятся к н