UA138761U

UA138761U - METHOD OF CAPACITIVE EXCITATION OF ONE-DIRECTIONAL HIGH-FREQUENCY PULSES OF ULTRASONIC SURFACE WAVES IN METALWARE

Info

Publication number: UA138761U
Application number: UAU201905324U
Authority: UA
Inventors: Григорій Михайлович Сучков; Олег Миколайович Петрищев; Катерина Леонідівна Ноздрачова
Original assignee: Національний Технічний Університет "Харківський Політехнічний Інститут"
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2019-12-10

Abstract

Спосіб ємнісного збудження однонаправлених високочастотних імпульсів ультразвукових поверхневих хвиль в металовиробах включає формування в поверхневому шарі металовиробу паралельних ділянок поляризуючого і високочастотного електричних полів. Поляризуюче і високочастотне електричні поля збуджуються в сусідніх ділянках поверхневого шару виробу послідовно від однієї крайньої ділянки в напрямку другої крайньої ділянки з часовим інтервалом t (мкс), який визначається за виразом t=mm/С, де д - довжина ультразвукової хвилі Релея в поверхневому шарі виробу, мм; С - швидкість поширення поверхневої хвилі Релея в матеріалі, який підлягає контролю, мм/мкс; m - ціле число 1, 2, 3…, при цьому відстань між кожними сусідніми ділянками повинна бути кратною довжині ультразвукової поверхневої хвилі.The method of capacitive excitation of unidirectional high-frequency pulses of ultrasonic surface waves in metal products includes the formation in the surface layer of the metal product of parallel sections of polarizing and high-frequency electric fields. Polarizing and high-frequency electric fields are excited in adjacent sections of the surface layer of the product in series from one extreme section in the direction of the second extreme section with a time interval t (μs), which is determined by the expression t = mm / C, product, mm; C is the speed of propagation of the Rayleigh surface wave in the material to be controlled, mm / μs; m is an integer 1, 2, 3…, and the distance between each adjacent sections should be a multiple of the ultrasonic surface wavelength.

Description

Корисна модель належить до техніки контролю якості матеріалів, виробів, обладнання тощо, більш конкретно до техніки виявлення дефектів, визначення фізико-механічних характеристик, вимірювання розмірів високочастотними ультразвуковими поверхневими хвилями Релея з використанням ємнісного методу збудження ультразвукових імпульсів.The useful model belongs to the technique of quality control of materials, products, equipment, etc., more specifically to the technique of detecting defects, determining physical and mechanical characteristics, measuring dimensions with high-frequency ultrasonic Rayleigh surface waves using the capacitive method of excitation of ultrasonic pulses.

Відомий спосіб (1| збудження ультразвукових імпульсів ємнісним методом, який включає формування в поверхневому шарі електропровідного металовиробу імпульсного високочастотного електричного поля заданої частоти і дію на той же поверхневий шар виробу постійним поляризуючим електричним полем.There is a known method (1) of excitation of ultrasonic pulses by a capacitive method, which includes the formation of a pulsed high-frequency electric field of a given frequency in the surface layer of an electrically conductive metal product and the effect of a constant polarizing electric field on the same surface layer of the product.

Суттєвим недоліком даного способу є те, що він не дозволяє збуджувати однонаправлені високочастотні поверхневі хвилі Релея.A significant drawback of this method is that it does not allow to excite unidirectional high-frequency Rayleigh surface waves.

Найближчим аналогом |2| за технічною суттю і за результатом, що заявляється, є спосіб який включає, за допомогою круглого електрода, формування в поверхневому шарі електропровідного металовиробу імпульсного високочастотного електричного поля заданої частоти і дію на той же поверхневий шар виробу постійним поляризуючим електричним полем.The closest analogue of |2| according to the technical essence and the claimed result, there is a method that includes, with the help of a round electrode, the formation of a pulsed high-frequency electric field of a given frequency in the surface layer of an electrically conductive metal product and the effect of a constant polarizing electric field on the same surface layer of the product.

Суттєвим недоліком даного способу є також те, що при використанні круглого електрода в основному збуджуються поздовжні хвилі, які не дозволяють контролювати якість поверхневого шару металовиробу. Збуджені поверхневі хвилі мають незначну амплітуду. При використанні круглих електродів можливо збуджувати лише низькочастотні поверхневі хвилі.A significant disadvantage of this method is also that when using a round electrode, longitudinal waves are mainly excited, which do not allow to control the quality of the surface layer of the metal product. Excited surface waves have a small amplitude. When using round electrodes, it is possible to excite only low-frequency surface waves.

Задачею корисної моделі є збудження однонаправлених високочастотних ультразвукових імпульсів за рахунок складання амплітуд з однаковою фазою ультразвукових імпульсів, послідовно збуджених в локальних ділянках поверхні об'єкта контролю (ОК), які знаходяться на відстані кратній довжині ультразвукової поверхневої хвилі.The task of a useful model is the excitation of unidirectional high-frequency ultrasonic pulses due to the addition of amplitudes with the same phase of ultrasonic pulses, successively excited in local areas of the surface of the object of control (OC), which are at a distance that is a multiple of the length of the ultrasonic surface wave.

Поставлена задача вирішується тим, що за у способі ємнісного збудження однонаправлених високочастотних імпульсів ультразвукових поверхневих хвиль в металовиробах, який включає формування в поверхневому шарі металовиробу паралельних ділянок поляризуючого і високочастотного електричних полів, згідно з корисною моделлю, поляризуюче і високочастотне електричні поля збуджуються в сусідніх ділянках поверхневого шару виробу послідовно від однієї крайньої ділянки в напрямку другої крайньої ділянки з часовим інтервалом Її (мкс), який визначається за виразомThe problem is solved by the fact that in the method of capacitive excitation of unidirectional high-frequency pulses of ultrasonic surface waves in metal products, which includes the formation of parallel areas of polarizing and high-frequency electric fields in the surface layer of the metal product, according to a useful model, polarizing and high-frequency electric fields are excited in adjacent areas of the surface layer of the product sequentially from one extreme section in the direction of the second extreme section with a time interval Her (μs), which is determined by the expression

Ко) і1-тМ/с, де А - довжина ультразвукової хвилі Релея в поверхневому шарі виробу, мм;Ko) i1-tM/s, where A is the length of the ultrasonic Rayleigh wave in the surface layer of the product, mm;

С - швидкість поширення поверхневої хвилі Релея в матеріалі, який підлягає контролю,C is the propagation speed of the surface Rayleigh wave in the material to be controlled,

ММм/мке; т - ціле число 1, 2, 3..., при цьому відстань між кожними сусідніми ділянками повинна бути кратною довжині ультразвукової поверхневої хвилі.MMm/mke; t is an integer 1, 2, 3..., while the distance between each adjacent section must be a multiple of the length of the ultrasonic surface wave.

Забезпечення збудження однонаправлених високочастотних ультразвукових імпульсів забезпечується за рахунок складання амплітуд з однаковою фазою ультразвукових імпульсів, збуджених в локальних ділянках поверхні ОК послідовно в напрямку від однієї крайньої ділянки до другої, які знаходяться на відстані кратній довжині ультразвукової поверхневої хвилі одна від одної.The provision of excitation of unidirectional high-frequency ultrasonic pulses is ensured due to the addition of amplitudes with the same phase of ultrasonic pulses excited in local areas of the surface of the OK in a sequence from one extreme area to the other, which are at a distance multiple of the length of the ultrasonic surface wave from each other.

На кресленні наведено спрощену схему для пояснення принципу реалізації запропонованого способу.The drawing shows a simplified diagram to explain the principle of implementing the proposed method.

На кресленні позначено: 1 - об'єкт контролю (ОК); 2...п - ділянки поверхні ОК, в яких збуджується імпульсне і постійне електричне поле. тА - відстань між сусідніми ділянками поверхні ОК, де необхідно збуджувати ультразвукові поверхневі імпульси. С - збуджені однонаправлені високочастотні імпульси поверхневих хвиль Релея. Стрілкою показано напрямок поширення збуджених ультразвукових імпульсів.The following are marked on the drawing: 1 - object of control (OK); 2...p - sections of the OK surface in which a pulsed and constant electric field is excited. tA is the distance between adjacent sections of the surface of the OK, where it is necessary to excite ultrasonic surface pulses. C - excited unidirectional high-frequency pulses of Rayleigh surface waves. The arrow shows the direction of propagation of excited ultrasonic pulses.

Спосіб реалізується наступним чином. В поверхневому шарі ОК 1, наприклад в крайній ділянці 2, формується постійне поляризуюче електричне поле, наприклад з полярністю (тк), та імпульс високочастотного електричного поля (-). Взаємодія постійного поляризуючого електричного поля (ж) і імпульсного високочастотного електричного поля (-) в ділянці 2 призводить до збудження імпульсів поверхневих хвиль Релея, які поширюються в двох протилежних напрямках. Один з них показано стрілкою. Через час Її, що дорівнює величині кратній періоду високочастотного електричного поля (х), формується постійне поляризуюче електричне поле з полярністю (к) та імпульс високочастотного електричного поля (-) в ділянці З поверхні ОК 1. В ділянці З також збуджуються імпульси поверхневих хвиль Релея, які поширюються в двох протилежних напрямках. Одночасно до ділянки З надходить імпульс, збуджений ділянкою 2. Оскільки вони співпадають за фазою, то їхні амплітуди складуються. бо Аналогічним чином в ділянці 4 складаються збуджений там імпульс з сумарним імпульсом від ділянок 2 і 3. Процес збудження ділянок послідовно повторюється включно до ділянки п.The method is implemented as follows. In the surface layer of OK 1, for example in the extreme area 2, a constant polarizing electric field is formed, for example with polarity (tk), and a pulse of a high-frequency electric field (-). The interaction of a constant polarizing electric field (f) and a pulsed high-frequency electric field (-) in section 2 leads to the excitation of Rayleigh surface wave pulses that propagate in two opposite directions. One of them is shown by an arrow. After a time Her, which is equal to a multiple of the period of the high-frequency electric field (x), a constant polarizing electric field with polarity (k) and a pulse of the high-frequency electric field (-) are formed in the section C of the surface of OK 1. In the section C, pulses of Rayleigh surface waves are also excited , which spread in two opposite directions. At the same time, a pulse excited by section 2 arrives at section C. Since they coincide in phase, their amplitudes add up. because Similarly, in section 4, the pulse excited there is combined with the total impulse from sections 2 and 3. The process of excitation of the sections is successively repeated up to section n.

Сумарний імпульс від ділянок 2...п буде поширюватись тільки в одному напрямку указаному стрілкою і буде мати амплітуду більшу за одиничну в п-1 разів. У всіх циклах збудження поляризуюче електричне поле повинно мати одну полярність. Отже, за рахунок оптимізації відстані між ділянками збудження, ефективність перетворення електричної енергії в високочастотну ультразвукову підвищується.The total pulse from sections 2...n will propagate only in one direction indicated by the arrow and will have an amplitude n-1 times greater than unity. In all excitation cycles, the polarizing electric field must have the same polarity. Therefore, due to the optimization of the distance between the excitation areas, the efficiency of the conversion of electrical energy into high-frequency ultrasound increases.

Таким чином збудження ефективних однонаправлених високочастотних ультразвукових імпульсів поверхневих хвиль Релея забезпечується за рахунок складання з однаковою фазою амплітуд ультразвукових імпульсів, послідовно збуджених в локальних ділянках поверхні металовиробу, які розташовуються на оптимальній відстані одна від одної.In this way, the excitation of effective unidirectional high-frequency ultrasonic pulses of Rayleigh surface waves is ensured by adding the amplitudes of ultrasonic pulses with the same phase, successively excited in local areas of the surface of the metalwork, which are located at an optimal distance from each other.

Джерела інформації: 1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюєва. Т. З:Sources of information: 1. Non-destructive testing: Reference book: In 7 vol. Pod obsch. ed. V.V. Klyueva T. Z:

Ультразвуковой контроль / И.Н. Ермолов, Ю.В. Ланге. - М.: Машиностроение, 2006. - 864 с. 2. Ноздрачева Е.Л Особенности возбуждения ультразвуковьїх импульсов емкостньім преобразователем / Ноздрачева Е.Л., Сучков Г.М., Петрищев О.Н. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Обчислювальна техніка та автоматизація". -Ultrasonic control / I.N. Ermolov, Yu.V. Lange. - M.: Mashinostroenie, 2006. - 864 p. 2. Nozdracheva E.L. Peculiarities of excitation of ultrasonic pulses by a capacitive transducer / Nozdracheva E.L., Suchkov G.M., Petrishchev O.N. // Scientific works of the Donetsk National Technical University. Series: "Computer technology and automation". -

Красноармійськ. - 2015. - Мо 1(28). - С. 165-170.Krasnoarmiysk. - 2015. - Mo 1(28). - P. 165-170.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA The method of capacitive excitation of unidirectional high-frequency pulses of ultrasonic surface waves in metal products, which includes the formation of parallel sections of polarizing and high-frequency electric fields in the surface layer of the metal product, which differs in that the polarizing and high-frequency electric fields are excited in adjacent areas of the surface layer of the product in series from one of the extreme section in the direction of the second extreme section with a time interval y (μs), which is determined by the expression Iy-ts, where Х is the length of the ultrasonic Rayleigh wave in the surface layer of the product, mm; C is the propagation speed of the surface Rayleigh wave in the material to be controlled, mm/μs; t is an integer 1, 2, 3..., while the distance between each adjacent section must be a multiple of the length of the ultrasonic surface wave. и ше Кк 4 В в и и 5 пе ше х Н и Дд и У фен "French nnnnnodnnnnnnnnn in the front nin V xx I tA vyh TA zha. and 0 Computer OverlayB. Matselo 00000000 777 Ministry of Economic Development, Trade and Agriculture of Ukraine, (0000000 12/2 M. Hrushevsky St., Kyiv, 01008, Ukraine SE "Ukrainian Institute of Intellectual Property", Glazunova St., 1, Kyiv - 42, 01601