Излучатели и приемники ультразвуковых волн

1.4 Излучатели и приемники ультразвуковых волн

Пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП) служат для излучения и приема акустических (ультразвуковых) волн в контролируемой среде.

Основной элемент ПЭП – пьезопластина 1, которая приклеена с одной стороны к демпферу, а с другой – к протектору 3. В реально существующих ПЭП пьезопластина (ПП) выполнена круглой или прямоугольной формы из пьезокирамики типа ЦТС-19 (цирконата титана свинца). На обе поверхности ПП нанесены тонкие слои серебра 4, к которым присоединены электроды 5 (рисунок 6,а). Демпфер в ПЭП служит для подавления паразитных колебаний, укорочения длительности импульса колебаний и повышения механической прочности ПП. Протектор предназначен для защиты ПП от механических повреждений, обеспечения электрического согласования с выходом генератора и акустического контакта.

а  б  в

Рисунок 6 – Схема пьезоэлектрического преобразователя

Работа ПЖП основана на явлениях обратного (при излучении) и прямого (при приеме) пьезоэффектов, суть которых состоит в следующем. Если ПП сдавливать или разжимать, то на ее поверхностях возникают электрические заряды, полярность которых определяется направлением действия сжимающих или растягивающих сил. Величина заряда прямо пропорциональна силе, т.е. амплитуде упругой волны. Это прямой пьезоэффект и используется для приема акустических колебаний (рисунок 6,в). Пьезоэффект – явление обратимое, т.е. если на пластину подавать электрическое напряжение, то в зависимости от его полярности пьезопластилина будет сжиматься или разжиматься. Это обратный пьезоэффект, используется для излучения акустических колебаний. Например, если на пьезопластину подавать переменное электрическое напряжение, то она, деформируясь в поперечном направлении, будет как бы «колотить» по поверхности ОК, создавая эффект работы «поршня» и возбуждая при этом в ОК продольные волны (рисунок 6, б).

2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УЛЬТРАЗВУКОВОГО

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Существует множество ультразвуковых дефектоскопов, такие как УД2-12, УД2-70, УДС2-32 и д. р. На железнодорожном транспорте имеют право использования только те дефектоскопы, которые разрешены в соответствующей документации. В данной работе был выбран ультразвуковой дефектоскоп УД2-102, так как он разрешен документацией. Он является одним из последних достижений отечественной промышленности и по своим функциональным возможностям превосходит, такие дефектоскопы УД2-12 И УДС2-32. А также этот дектооп нашел боле лушее применение на предприятиях железнодоржного транспорта.

2. 1 Дефектоскоп УД2-102

Дефектоскоп УД2-102 отличается достаточно гибкой системой программирования операций контроля на базе типовых вариантов, надежностью в эксплуатации, удобством управления и набором дополнительных сервисных функций. Пеленг является наиболее удобным и информативным дефектоскопом, позволяет повысить производительность за счет использования типовых настроек, создания, запоминания их. Эффективность операций по контролю колесных пар определяется уровнем подготовки операторов и качеством аппаратуры, применяемой для контроля.

Дефектоскоп предназначен для ультразвукового контроля осей и ободьев колесных пар, других деталей грузовых и пассажирских вагонов при плановых видах ремонта и освидетельствовании колесных пар в вагонных депо.

«Пеленг» может использоваться для проведения контроля на железнодорожном транспорте, в метрополитенах; на предприятиях городского электротранспорта и других отраслях.

С помощью дефектоскопа обеспечивается ультразвуковой контроль в вагонных депо, вагоноремонтных (вагоностроительных) заводах (далее - заводы) и других объектах.

Дефектоскоп предназначен для выявления дефектов типа нарушения сплошности (трещины, поры и др.) с измерением и регистрацией в памяти дефектоскопа характеристик выявленных дефектов (амплитуда отраженного сигнала и координаты) при контроле вручную и (или) с использованием устройств сканирования в соответствии с типовыми вариантами работы или предварительно созданных и запомненными настройками.

Рисунок 7 - Лицевая панель дефектоскопа УД2-102

В дефектоскопе предусмотрено:

• типовое представление результатов ультразвукового контроля (А-развертка) и визуализация контролируемого сечения элемента колесной пары (В- и W-развертки);

• энергонезависимая память для созданных настроек и записанных результатов контроля (протоколов);

• возможность создания и сохранения в памяти дефектоскопа блоков этапов (для реализации многоэтапного контроля);

• ведение и сохранение в памяти дефектоскопа отчетов о проведении контроля однотипных изделий (например, колесных пар);

• применение эхо и зеркально-теневого методов (ЗТМ) ультразвукового контроля, а также всех необходимых частот ультразвуковых колебаний (УЗК), позволяющих надежно выявлять дефекты в элементах колесных пар;

• использование автоматической регулировки усиления (АРУ) для контроля осей и ободьев колес;

• существенное упрощение процедуры создания настроек, а также повышение их достоверности благодаря наличию типовых вариантов работы;

• возможность подключения дефектоскопа к типовой ПЭВМ.

Методы ультразвукового контроля, реализованные в дефектоскопе:

1.      Эхо-импульсный;

2.      ЗТМ (зеркально-теневой);

3.      Теневой.

Дефектоскоп "ПЕЛЕНГ УД2-102 является переносным одноканальным ультразвуковым дефектоскопом со встроенным микропроцессорным управлением. Дефектоскоп состоит из следующих основных составных частей

• блок электронный;

• сетевой адаптер;

• головные телефоны;

• комплект инструмента и принадлежностей.

Необходимые для нормального функционирования ручные пьезоэлектрические преобразователи ПЭП, кабели для подключения ПЭП, дискета с программный обеспечением (ПО) для ПЭВМ и др. входят в комплект инструмента и принадлежностей.

БЭ предназначен для генерации импульсных УЗК необходимой частоты, приема и усиления отраженных сигналов, их временной и амплитудной селекции и отображения на ЖКД, а также для измерения характеристик дефектов, управления АСД и сохранения/вызова информации в/из памяти дефектоскопа.

В качестве АСД (порогового индикатора) используется световой индикатор дефекта, встроенный в БЭ звуковой индикатор и (или) головные телефоны, которые подключены к соответствующему разъему БЭ. Типовой интерфейс RS232 предназначен для подключения персонального компьютера с принтером.

Автоматическая регулировка чувствительности. Временная регулировка чувствительности. Изменение чувствительности дефектоскопа осуществляется за счет изменения усиления приемного тракта. Значение усиления индицируется в верхней части экрана ЖКД правее символа" ^ ". При этом большему значению " ^ " соответствует большее усиление и наоборот. Для наиболее распространенного эхо-метода большей чувствительности соответствует большее значение усиления " г" и наоборот. Для ЗТМ и теневого метода имеет место обратная зависимость.

Методика настройки чувствительности дефектоскопа основана на том, что значение требуемой чувствительности задано относительно опорного сигнала (сигнала от эталонного отражателя).

В зависимости от конкретного случая контроля значение требуемой чувствительности может быть:

• равным нулю (в этом случае чувствительность определяется положением вершины опорного сигнала на пороге АСД);

• отрицательным (в этом случае для настройки чувствительности необходимо дополнительно увеличить усиление на заданную величину; при этом, чем более отрицательное знамение требуемой чувствительности, тем выше чувствительность дефектоскопа и наоборот).

Настройку чувствительности можно осуществлять двумя способами:

• "классическим" - подводя вершину опорного сигнала к порогу АСД;

• "автоматическим" способом. В этом случае опорный сигнал может иметь любую амплитуду в пределах от 1,5 до 7,5 делений. Для него выполняется операция "СТОП-КАДР" (сигнал запоминается дефектоскопом), далее устанавливается (при необходимости) значение требуемой чувствительности и дается команда на выполнение настройки.

В дефектоскопе предусмотрено:

• индикация фактического значения установленной в данный момент чувствительности. При использовании "автоматического" способа в момент окончания настройки значения требуемой и фактической чувствительностей совпадают. Если после этого изменялось усиление, то синхронно будет изменяться и значение фактической чувствительности. По разности значений требуемой и фактической чувствительности можно определить, на сколько изменена чувствительность;

• быстрое увеличение усиления на заданную величину (параметр "ДОП. УСИЛ.", равный от 0 до 12 дБ), что для эхо-метода соответствует переходу от браковочной чувствительности к поисковой;

Устройство ВРЧ предназначено для подавления шумов ПЭП (в зоне действия зондирующего импульса) с целью обеспечения требуемой мертвой зоны. Кроме того, ВРЧ применяется для выравнивания чувствительности по глубине контролируемой детали (с целью компенсации затухания и рассеяния УЗК), а также подавления сигналов от конструктивных отражателей (например, колец подшипников).

Температура окружающего воздуха должна находиться в пределах:

• от минус 10 до +50° С (для стандартного исполнения дефектоскопа);

• от минус 30 до +50° С (для исполнения дефектоскопа с расширенным температурным диапазоном).