ежного знака - виникає прямий п'єзоефект; навпаки, при подачі на поверхню пластин змінних електричних зарядів пластина починає стискатися і розтискати - має місце зворотний п'єзоефект. Такими властивостями володіє ряд природних і штучних матеріалів: кварц, турмалін, сегнетова сіль, титанат барію, цирконат-титанат свинцю (ЦТС) та ін. Схема виникнення прямого і зворотного п'єзоефекту наведена на рис. 1.
При реалізації зворотного п'єзоефекту механічно вібруюча пьезопластінкі грає роль «молоточка», що посилає пучок пружних коливань в контрольований матеріал. Одночасно та ж платівка під дією прямого п'єзоефекту може служити перетворювачем механічних коливань в електричні сигнали. Пьезопластінкі є основним елементом п'єзоелектричних перетворювачів (ПЕП), призначених для збудження і прийому ультразвукових коливань. Основні переваги ПЕП, що зумовлюють їх широке застосування, - висока ефективність перетворення (висока чутливість) і простота конструкції. Використовують три основні схеми конструктивного виконання контактних ПЕП (рис. 2): прямі, похилі, роздільно-суміщені.
Малюнок 1. Схема роботи п'єзопластини: а-прямий ефект, б - зворотний ефект.
Малюнок 2. Основні типи пьезообразователей: а - прямий, б-похилий, в - роздільно-суміщений.
На поверхні п'єзопластини 1 методом осадження або напилення наносять срібні або мідні електропровідні покриття, одне з яких за допомогою провідника 7 підключається до електричного роз'єму ПЕП, а інші - до металевого корпусу 5. Товщина п'єзопластини приймається рівною половині довжини хвилі в п'єзоматеріалів на робочій частоті ПЕП. У прямих ПЕП (рис. 2, а) п'єзопластини однією стороною приклеєна до демпфера 6, а іншою стороною - до протектору 2. Протектор служить для захисту п'єзопластини від механічних пошкоджень і повинен володіти високою зносостійкістю. Демпфер у свою чергу служить для гасіння вільних коливань п'єзопластини та отримання коротких імпульсів.
Похилий ПЕП (рис. 2, б) відрізняється від прямого наявністю призми 8, що служить для введення пружних хвиль під кутом до поверхні виробу. Кут призми похилого перетворювача вибирають таким, щоб у виріб проходили хвилі одного типу в інтервалі між першим і другим критичними кутами. Призму зазвичай виготовляють з плексигласу, капролона або інших матеріалів з високим загасанням ультразвуку, що забезпечує швидке загасання не вкорінений у виріб хвилі.
Роздільно-суміщений ПЕП (рис. 2, в) являє собою здвоєний похилий ПЕП з малим кутом призми (звичайно не більше 10 °). Одна половина роздільно-суміщеного ПЕП працює на випромінювання, а друга на прийом. Для попередження прямої передачі сигналів від випромінювача до приймача мається акустичний розділовий екран 9. Кут призми 8 вибирається в діапазоні від 0 ... 100, що дозволяє вводити в виріб хвилі одного типу без їх трансформації. Змінюючи кути призми, їх висоту і відстань між ними, изменя?? т мінімальну і максимальну глибину прозвучування вироби. Роздільно-суміщені ПЕП складніше по конструкції, не є універсальними (призначені для конкретних глибин прозвучування), але мають значно нижчий рівень перешкод.
Крім розглянутих вище існує велика кількість різних спеціальних п'єзоперетворювачів. Так, наприклад, для контролю труб (особливо з малою товщиною стінки) застосовують роздільно-суміщені п'єзоперетворювачі «хордової» типу. Їх використання дозволяє істотно підвищити надійність контролю зварних стиків труб, що є для нафтогазової галузі досить актуальним.
Використовують різні способи введення ультразвукових коливань від ПЕП в об'єкт контролю: безконтактний повітряний спосіб, контактний спосіб і іммерсійний спосіб. Безконтактний повітряний спосіб іноді застосовують для контролю виробів з пластмаси і композитних матеріалів; для контролю металів цей спосіб не використовується через великої різниці хвильових опорів. Іммерсійний спосіб передбачає створення акустичного контакту через шар рідини. Для цього контрольований виріб необхідно помістити у ванну з рідиною (водою) або застосувати струменевий контакт через струмінь рідини.
У переважній більшості випадків використовують контактний спосіб із застосуванням контактної змащення (рідини). Контактна мастило 4 (див. Рис. 2) служить для забезпечення акустичного контакту і передачі ультразвукових коливань в об'єкт контролю 3 і назад. Товщина мастила повинна бути менше довжини хвилі ультразвуку в ній. Це досягається шляхом притиснення ПЕП до поверхні об'єкта контролю. Зміна товщини контактної мастила впливає на кількісні результати контролю, тому для підвищення стабільності результатів при контактному способі контрольовану поверхню попередньо зачищають до шорсткості не гірше Rz40.
Ультразвуковим хвилям притаманні загальні закономірності поширення відповід...
