RU80957U1 - Ультразвуковод - Google Patents

Ультразвуковод Download PDF

Info

Publication number
RU80957U1
RU80957U1 RU2008137752/22U RU2008137752U RU80957U1 RU 80957 U1 RU80957 U1 RU 80957U1 RU 2008137752/22 U RU2008137752/22 U RU 2008137752/22U RU 2008137752 U RU2008137752 U RU 2008137752U RU 80957 U1 RU80957 U1 RU 80957U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasonic
ultrasound
guide
vibrations
polyetheretherketone
Prior art date
Application number
RU2008137752/22U
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Александрович Сясько
Григорий Валентинович Синицкий
Александр Анатольевич Попов
Алексей Андреевич Шелухин
Анатолий Константинович Гурвич
Анатолий Аркадиевич Марков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Радиоавионика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Радиоавионика" filed Critical Открытое акционерное общество "Радиоавионика"
Priority to RU2008137752/22U priority Critical patent/RU80957U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU80957U1 publication Critical patent/RU80957U1/ru

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Полезная модель - ультразвуковод относится к устройствам и материалам, обеспечивающим акустическую связь между источником или приемником ультразвуковых (УЗ) колебаний и объектом контроля и может быть использована, в частности, в приборах для измерения толщин и в дефектоскопии.
Предлагаемый ультразвуковод выполнен из полиэфирэфиркетона, с наполнителем из минеральных волокон, ориентированным в направлении передачи ультразвуковых колебаний.
Указанный материал обладает анизотропией - хорошей проводимостью ультразвука в направлении передачи и демпфированием поперек волокон. Благодаря этому, уменьшается уровень реверберационных шумов и улучшаются условия ультразвуковых измерений в ближней зоне.

Description

Полезная модель - ультразвуковод относится к устройствам и материалам, обеспечивающим акустическую связь между источником или приемником ультразвуковых (УЗ) колебаний и объектом контроля и может быть использована, в частности, в приборах для измерения толщин и в дефектоскопии.
При УЗ исследовании объектов с целью определения их размеров или обнаружения в них дефектов (фиг.1) между пьезоэлементом 1 и поверхностью объекта 2 обычно устанавливают ультразвуководы 3 - акустические призмы или цилиндры (в зарубежных источниках wedge - клины). Ультразвуководы решают следующие задачи:
1. Защищают пьезоэлемент от механических, температурных и других воздействий.
2. Обеспечивают требуемый угол ввода УЗ колебаний 4 в объект (наклонные ультразвуководы).
Ультразвуководы вносят ряд проблем в проведение измерений, поскольку обладают значительной температурной зависимостью затухания проводимых колебаний и скорости передачи УЗ колебаний.
Известно, что скорость распространения УЗ сигналов зависит от материала объекта.
Различие в скоростях распространения УЗ колебаний ультразвуковода и объекта контроля приводит к преломлению 5 и отражению 6 зондирующих УЗ сигналов на границе ультразвуковода 3 и объекта 2. [1] стр.39-42. Углы отражения и преломления подчиняются известному закону Снелиуса.
Известно [2], что с изменением температуры меняется скорость распространения УЗ сигналов в материалах. Для ее расчета обычно используется соотношение C=C0(1+μΔt), где:
С - скорость распространения ультразвука при температуре t, м/сек;
С0 - скорость распространения ультразвука при начальной температуре, м/сек;
Δt - разность температур, °С;
μ - температурный градиент, который зачастую оказывается нелинейной функцией температуры.
При измерениях толщины знание скорости распространения УЗ колебаний в определяющей степени влияет на точность результата.
В дефектоскопии изменение скорости распространения УЗ колебаний меняет углы преломления УЗ сигналов, так, что схемы прозвучивания объектов [1], стр.51 оказываются нарушенными. Это приводит к тому, что зондирующий УЗ сигнал 4 меняет траекторию, фиг.1 и не попадает в приемник 7. При больших углах ввода УЗ колебаний (около 70°) [3], фиг.2 зондирующий сигнал 4 в результате преломления может трансформироваться в поверхностную волну 11 и перестать выполнять возложенную на него функцию.
Известно, что в металлах зависимость скорости распространения УЗ колебаний от температуры относительно невелика, а наибольшее влияние на результаты измерений оказывает разница температурной зависимости скорости распространения УЗ колебаний материала ультразвуковода и объекта контроля.
В [4] показаны пути получения ультразвуководов с малой температурной зависимостью скорости распространения УЗ сигналов. Простейшим путем является поиск материала с малым значением температурного градиента μ.
Отражение УЗ сигналов пьезоэлемента 1 от границы объект исследования 2 - ультразвуковод 3, приводит к тому, что в призме возникает реверберация - наложение излученных УЗ сигналов на отраженные 6, как от указанной границы, так и боковых поверхностей призмы 9. Такие отражения могут приводить к искажениям формы зондирующих импульсов,
накладываться на сигналы, отраженные от дефектов 12 (фиг.2) и существенно затруднять УЗ измерения в ближней зоне объекта исследования - зоне Френеля. Для борьбы с отражениями обычно используются различные конструктивные решения ультразвукопроводов: демпферы [5], [6], срезы на боковых гранях [7], жидкие демпферы и пористые гранулы [8], обеспечивающие, кроме того, температурную компенсацию, специальные формы призм с ловушками и многие другие приемы.
Известно [9], [10], что в качестве ультразвуковода часто используется оргстекло.
Оргстекло - материал, имеющий высокое затухание ультразвука, сильную зависимость скорости распространения УЗ колебаний от температуры и низкие механические свойства.
Известен ультразвуковод [11], где в качестве материала звукопровода используется полимерный материал - полиимид. Полиимид имеет в 3,5-3,7 раз меньшее затухание УЗ колебаний по сравнению с оргстеклом, имеет высокие механические свойства, хорошую смачиваемость, стабильные размеры в широком диапазоне температур.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является [12], в котором в качестве ультразвуковода используется полиэфирэфиркетон (polyetheretherketone или PEEK). Этот материал отличает широкий диапазон рабочих температур, высокая механическая прочность, жесткость и твердость, хорошие характеристики по износу и трению, стабильность размеров.
Недостатком чистого полиэфирэфиркетона является существенная зависимость характеристик передачи УЗ колебаний от температуры.
Кроме того, все перечисленные материалы ультразвуководов обладают изотропными свойствами, что не позволяет снизить интенсивность реверберационных шумов.
Таким образом, задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является подбор материала ультразвуковода, обладающего
термостабильными параметрами в части затухания и скорости звука, а также имеющего собственные демпфирующие свойства по отношению к реверберационным взаимодействиям.
Для решения поставленной задачи в ультразвуковод, выполненный из полиэфирэфиркетона (PEEK), введен наполнитель из минеральных волокон, ориентированных в направлении передачи ультразвуковых колебаний. В качестве такого материала может использоваться, например, PEEK GF-30 [13].
Существенными отличиями заявляемой полезной модели являются:
Использование наполнителя из минеральных волокон повышает температурную стабильность параметров ультразвуковода.
В прототипе не используется наполнитель.
Ориентация ультразвуковода в направлении передачи ультразвуковых колебаний позволяет получить анизотропный ультразвуковод, гасящий УЗ колебания, не совпадающие с направлением излучения.
В прототипе ультразвуковод имеет изотропные характеристики.
Заявляемую полезную модель иллюстрируют следующие графические материалы
Фиг.1. Схема распространения УЗ колебаний с небольшим углом ввода, где:
1. Излучающий пьезоэлемент.
2. Объект исследования.
3. Ультразвуковод.
4. УЗ зондирующий сигнал.
5. УЗ зондирующий сигнал после преломления.
6. Отраженный зондирующий сигнал.
7. Приемный пьезоэлемент.
8. УЗ сигнал искаженный по направлению.
9. УЗ сигнал, отраженный от стенок ультразвуковода.
10. Наполнитель из минеральных волокон.
Фиг.2 - Схема распространения УЗ колебаний с большим углом ввода, где
11. Поверхностная волна.
12. Дефект.
Теоретически свойства материала ультразвуковода описаны в [14]. Экспериментальные исследования полиэфирэфиркетона с наполнителем из стеклянных волокон в качестве минерального наполнителя показали, что такой материал ультразвуковода, сохраняя высокие механическую прочность, жесткость и твердость в широком диапазоне температур, очень высокие характеристики по износу и трению, стабильность размеров, имеет существенно меньшую температурную зависимость характеристик передачи УЗ колебаний.
Так изменение затухания в полиэфирэфиркетоне с наполнителем из стеклянных волокон оказалось на 8 дБ (в 2,5 раза) меньше чем в оргстекле и немного меньше, чем в чистом полиэфирэфиркетоне.
Исследование зависимости скорости распространения УЗ колебаний в диапазоне -40°С÷+50°С показало, что в полиэфирэфиркетоне с наполнителем из минеральных волокон это изменение составляет 3%, а в чистом полиэфирэфиркетоне - 5%.
Разница в затухании ультазуковода вдоль и поперек минеральных волокон составляет 4-6 дб (1,5-2 раза).
Действие ультразвуковода заключается в следующем. УЗ зондирующий сигнал 4, излученный преобразователем 1, поступает в ультразвуковод 3 в направлении, соответствующем направлению минеральных волокон и с малым затуханием доходит до границы объекта исследования 2. В этом месте возникает преломление и отражение. Преломленный УЗ сигнал 5 имеет постоянный угол ввода, благодаря стабильности характеристик ультразвуковода. Отраженные сигналы 6 и 9 направлены частично поперек волокон минерального наполнителя и демпфируются. Степень демпфирования зависит от угла ввода УЗ колебаний.
При вводе УЗ сигналов в объект 2 под большими углами, фиг.2, преломленный сигнал 5 остается в пределах объекта исследования в широком диапазоне температур, благодаря повышенным термостабильным свойствам материала звуковода. Если для УЗ зондирования используется приемо-передающий пьезоэлемент, то сигнал, зеркально отраженный от дефекта 12 и двигающейся по той же траектории 5 - 4, но в обратном направлении, может совпасть по времени с сигналом 6, отраженным от границы объекта исследования 2. Такую реверберацию удается в значительной степени устранить за счет анизотропии материала. Указанное ослабление реверберационных взаимодействий улучшает возможность проведения УЗ измерений в ближней зоне объекта исследования - зоне Френеля.
Экспериментальные исследования УЗ дефектоскопа железнодорожных рельсов с использованием ультразвуководов из полиэфирэфиркетона с наполнителем из минеральных волокон показали, что указанный материал позволяет обеспечить требования ГОСТ 26266-90 для преобразователей с большими углами ввода в температурном диапазоне от минус 40°С до плюс 50°С (в частности, для средств сплошного контроля рельсов с углом ввода УЗ колебаний 70°).
Таким образом, заявляемая полезная модель - полимерный материал для ультразвуковода - полиэфирэфиркетон с наполнителем из минеральных волокон, ориентированных в направлении передачи ультразвуковых колебаний может использоваться в УЗ измерениях и обеспечивает решение поставленной задачи.
Источники информации:
1. Марков А.А. и др. Ультразвуковая дефектоскопия рельсов., СП-б.: «Образование-Культура» 2008.-283 с.
2. Гурвич А.К. и др. Справочные диаграммы направленности искателей ультразвуковых дефектоскопов. - К.: Техника, 1980.-101 с., ил.
3. Гурвич А.К. и др., Осторожно! Угол ввода луча 70 гр.? - В мире Неразрушающего Контроля, 2006, №4.
4. Гурвич А.К. Квазистабилизация угла ввода луча в металл в широком диапазоне температур - В мире Неразрушающего Контроля, 2007, декабрь, №4(38).
5. Патент MD 2507.
6. Патент RU 2209428.
7. Патент RU 2138022.
8. Патент RU 2209428.
9. Патент RU 2264618.
10. Патент RU 2284615.
11. AC СССР SU 1762227.
12. Патент GB 2355528 Ultrasonic sensor assembly for use in logging-while-drilling applications.
13. http://www.elmica.ru/catalog/plastmassy/tekapik/
14. Сясько В.А. и др. Повышение достоверности ультразвукового контроля, проводимого в широком диапазоне температур с использованием наклонных преобразователей., - В мире неразрушающего контроля №4(38) - декабрь 2007.

Claims (1)

  1. Ультразвуковод, выполненный из полиэфирэфиркетона, отличающийся тем, что в полиэфирэфиркетон введен наполнитель из минеральных волокон, ориентированных в направлении передачи ультразвуковых колебаний.
    Figure 00000001
RU2008137752/22U 2008-09-22 2008-09-22 Ультразвуковод RU80957U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137752/22U RU80957U1 (ru) 2008-09-22 2008-09-22 Ультразвуковод

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008137752/22U RU80957U1 (ru) 2008-09-22 2008-09-22 Ультразвуковод

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU80957U1 true RU80957U1 (ru) 2009-02-27

Family

ID=40530281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008137752/22U RU80957U1 (ru) 2008-09-22 2008-09-22 Ультразвуковод

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU80957U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2577093A (en) * 2018-09-13 2020-03-18 Univ Warwick Clamp-on ultrasonic transducer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2577093A (en) * 2018-09-13 2020-03-18 Univ Warwick Clamp-on ultrasonic transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Plona Observation of a second bulk compressional wave in a porous medium at ultrasonic frequencies
JP4938050B2 (ja) 超音波診断評価装置
Ohtsu et al. Principles of the acoustic emission (AE) method and signal processing
US20220018810A1 (en) Characterizing internal structures via ultrasound
RU2604562C2 (ru) Способ ультразвукового измерения упругих свойств
US8468889B2 (en) Apparatus for the non-destructive testing of samples using ultrasonic waves
Fomitchov et al. Extrinsic and intrinsic fiberoptic Sagnac ultrasound sensors
RU80957U1 (ru) Ультразвуковод
Potapov et al. Nondestructive testing of structurally inhomogeneous composite materials by the method of elastic-wave velocity hodograph
Palmer et al. Optical probing of acoustic emission waves
Bayón et al. Estimation of dynamic elastic constants from the amplitude and velocity of Rayleigh waves
Simonetti et al. Ultrasonic interferometry for the measurement of shear velocity and attenuation in viscoelastic solids
Korkh et al. Detection of subsurface microflaws using the high-frequency acoustic microscopy method
Noui et al. Two quantitative optical detection techniques for photoacoustic Lamb waves
JP2008216125A (ja) 超音波探触子
Edwards et al. Non‐contact ultrasonic characterization of defects using EMATs
Chang et al. Development of non-contact air coupled ultrasonic testing system for reinforced concrete structure
İşleyici Effect of surface roughness on ultrasonic testing
Manjunath et al. Topographic metamaterials for ultrasonic non-destructive evaluation
Wan et al. Direct measurement of ultrasonic velocity of thin elastic layers
Tran Characterization of acoustic material properties using broadband through-transmission technique
Khuri‐Yakub et al. Ultrasonic excitation and detection of capillary waves for the measurement of surface film properties
Dewhurst et al. A study of Lamb wave interaction with defects in sheet materials using a differential fibre-optic beam deflection technique
BA et al. A fibre-optic detection system for laser-ultrasound Lamb-wave examination of defects in thin materials
Moore et al. Guidelines for ultrasonic inspection of hanger pins

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20170923