Ультразвуковое погружение преобразователей являются основным оборудованием для промышленного неразрушающего тестирования. Его принцип работы опирается на характеристики распространения звуковых волн в разных средах. В этой статье систематически анализируется основной принцип этой технологии из трех аспектов: физический механизм, обработка сигналов и структура системы.
Основным компонентом преобразователя является пьезоэлектрический керамический кристалл. Когда внешний электрический импульс (обычно 50–100 В) наносится на кристалл, механическая вибрация возникает через обратный пьезоэлектрический эффект. Эта вибрация распространяется как продольные волны через окружающую среду, обычно в пределах диапазона частот 1–20 МГц. Выбор частоты напрямую влияет на производительность:
High-frequency waves (>5 МГц) предлагают более высокое разрешение, подходящее для тонкостенных компонентов.
Низкочастотные волны (<2 MHz) provide higher penetration, ideal for thick materials.
Критическая важность муфты воды
Уникальной особенностью погружного тестирования является использование воды в качестве муфт -среды. После излучения от преобразователя звуковая волна сначала входит в слой воды. Из-за значительного различия в акустическом импедансе между водой (≈1,5 × 10⁶ кг/(м²-S) и воздуха (≈415 кг/(м²-S)), более 99% звуковой волны отражается на границе раздела воды. Точный контроль толщины слоя воды (обычно 5-100 мм) обеспечивает эффективную перенос энергии в испытательный образец.
Механизм акустического распространения и обнаружения дефектов
Звуковые волны входят в материал и распространяются в соответствии с принципом Huygens. Дефекты (например, трещины, пустоты) вызывают отражения интерфейса и рассеяние. Сигнал Echo, полученный преобразователем, состоит из двух основных компонентов:
Эхо задних стен: отражение от нижней поверхности материала.
Эхо дефекта: ранние размышления от дефектных взаимодействий.
Измеряя разницу во времени (ΔT) между этими эхом и скоростью волны «C» в материале (сталь ≈ 5900 м/с, алюминий ≈ 6300 м/с), глубина дефекта может быть рассчитана:
Методы обработки сигналов и визуализации
Современные системы погружения включают процессор цифрового сигнала (DSP) для следующих функций
Компенсация усиления: автоматическая корректировка прочности сигнала к ослаблению.
Шумовая фильтрация: устранение окружающего шума с помощью полосового фильтра.
Анализ формы волны: извлечение функций дефекта с использованием алгоритма БПФ.
Усовершенствованная система может визуализировать местоположение дефекта и морфологию с помощью B-сканирования (2D-поперечное отображение) и C-сканы (3D объемное отображение).