Ультразвуковой преобразователь – устройство, предназначенное для преобразования электрической волны в механические колебания высокой частоты с целью создания ультразвуковых волн. Они не слышны человеку, что обусловлено высоким частотным диапазон свыше 20 кГц. Работа устройств осуществляется по принципу пьезоэлектричества, действие которого направлено на производство электрического заряда при механическом воздействии.
Принцип работы
Ультразвуковые преобразователи работают по принципу пьезоэлектричества. Их действие направлено на преобразование электрического сигнала в механические колебания, которые недоступны для человеческого слуха.
При использовании устройства в качестве передатчика, принцип работы следующий:
- Посылаемый электрический сигнал вызывает изменение электрического поля (магнитного поля) в элементе хранения электрической энергии устройства.
- Изменение влияет на механическую вибрационную систему преобразователя.
- Вибрационное состояние генерируется движущей силой.
Работа в обратном порядке основана на воздействии внешними звуковыми волнами на вибрационную поверхность устройства. Это приводит к появлению вибрации механической вибрационной системы. Далее происходит изменение магнитного поля и электрический выход начинает генерировать напряжение и ток, которые в точности соответствуют акустическому сигналу.
Применение
Устройства ультразвукового типа получили широкое распространение в промышленности, транспортной сфере, жизни, медицинской сфере, военной отрасли и других направлениях деятельности.
Типы преобразователей
Популярные типы ультразвуковых преобразователей: раздельно-совмещенные, контактные, с линией задержки и иммерсионные устройства. Рассмотрим каждый из вариантов подробнее.
Раздельно-совмещенные
Устройства раздельно-совмещенного типа представлены двумя кристаллическими элементами, которые находятся в одном корпусе, но при этом отделены друг от друга акустическим барьером. Это обусловлено тем, что один элемент функционирует в режиме передатчика, другой в режиме приемника.
Как это работает? Активные элементы расположены под углом, что позволяет создать V-образный сигнал. Благодаря чему, при излучении и приеме, лучи пересекаются между собой под измеряемой поверхностью, что создает эффект псевдофокусировки. Повышенная чувствительность от данного эффекта способствует оптимизации анализа шероховатых поверхностей, в результате чего, устройство становится отраслевым стандартом, действие которого направлено на измерение остаточной толщины стенок в случае коррозийного мониторинга.
Устройства раздельно-совмещенного типа используются в различных отраслях с целью:
- Контроля сварки и оценки целостности плакировки.
- Обнаружения дефектов на поковках.
- Обнаружениях дефектов на изделиях цилиндрической формы.
- Контроля объектов, функционирующих при повышенном температурном режиме.
Контактные
Прибор контактного типа работает в непосредственном взаимодействии с объектом исследования. Одноэлементное устройство оснащено твердой износостойкой поверхностью, что позволяет использовать его в неблагоприятных условиях на производственных объектах.
Контактные приборы поставляются в нескольких конфигурациях, что значительно расширяет их сферу деятельности:
- Определение дефектов посредством прямого луча.
- Определение показателя толщины.
- Обнаружение дефектов.
- Контроль металлических и неметаллических материалов.
- Измерение показателя скорости.
С линией задержки
Дефектоскоп с линией задержки относится к одноэлементным приборам, разработанным с целью использования с заменяемыми линиями задержки. Главная функция – введение незначительной временной задержки между излучаемым и отраженным импульсами, что положительно влияет на разрешение.
Разрешающая способность улучшается за счет высокой рабочей частоты, облегчая процесс измерения тонких покрытий и выявления маленьких дефектов контактным методом. Сменная линия задержки значительно расширяет сферу использования устройства, делая его доступным для большинства отраслей промышленности.
Ключевыми направлениями выступают:
- Прецизионное измерение толщины.
- Дефектоскопия на поверхностях материалов.
- Контроль деталей с ограниченной контактной площадью.
- Контроль объектов в условиях повышенных температур.
Иммерсионные
Иммерсионные дефектоскопы относятся к одноэлементным, предназначенным для использования в воде. Прямого контакта с объектом контроля нет, взаимодействие осуществляется через водяной столб или иммерсионную ванну.
Использование метода допустимо во многих сферах. Это обусловлено высокой надежностью и стабильностью акустического контакта. Такой метод направлен на повышение эффективности сканирования. Для того, чтобы увеличить чувствительность к небольшим дефектам, можно использовать сфокусированные приборы.
Применение устройств актуально для анализа движущихся деталей в производственной линии. Что обусловлено обеспечением лучшего акустического контакта.
Использование иммерсионного метода актуально в следующих направлениях:
- Толщинометрия в производственной линии.
- Высокоскоростная дефектоскопия.
- Анализ свойств материалов.
- Определение скорости ультразвука.
- Анализ эхо-теневым методом.
Ультразвуковые преобразователи заявили себя как высокоточное устройство, действие которого направлено на проведение различных мероприятий: от определения дефектов до анализа свойств материалов и преобразования сигналов. При выборе подходящего типа ультразвукового преобразователя, необходимо учитывать не только сферу деятельности, но и требуемый результат.
