Διάδοση ηχητικών κυμάτων στον αέρα. Το ακουστικό κύμα και οι ιδιότητές του. Τυπικές παράμετροι AB

ΑΚΟΥΣΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ (ηχητικά κύματα), διαταραχές ενός ελαστικού υλικού μέσου (αέριου, υγρού ή στερεού), που διαδίδεται στο διάστημα. Οι διαταραχές είναι τοπικές αποκλίσεις της πυκνότητας και της πίεσης στο μέσο από τις τιμές ισορροπίας, μετατόπιση των σωματιδίων του μέσου από τη θέση ισορροπίας. Αυτές οι αλλαγές στην κατάσταση του μέσου, που μεταδίδονται από το ένα σωματίδιο ύλης στο άλλο, χαρακτηρίζουν το ηχητικό πεδίο. Στα ακουστικά κύματα, η μεταφορά ενέργειας και ορμής πραγματοποιείται χωρίς τη μεταφορά της ίδιας της ουσίας.

Σε αέρια και υγρά μέσα με χύδην ελαστικότητα, μόνο διαμήκη ακουστικά κύματα μπορούν να διαδοθούν, στα οποία οι μετατοπίσεις των σωματιδίων συμπίπτουν στην κατεύθυνση με τη διάδοση του κύματος. Η ηχητική πίεση είναι ένα βαθμωτό μέγεθος. Σε απεριόριστα στερεά μέσα, τα οποία εκτός από όγκο έχουν και ελαστικότητα διάτμησης, μαζί με τα διαμήκη, μπορούν να διαδοθούν και εγκάρσια (διατμητικά) ακουστικά κύματα. σε αυτά, οι κατευθύνσεις των μετατοπίσεων των σωματιδίων και της διάδοσης των κυμάτων είναι αμοιβαία κάθετες. Ένα ανάλογο της ηχητικής πίεσης σε στερεά μέσα είναι ο τανυστής μηχανικής τάσης. Με την παρουσία ορίων στα στερεά, προκύπτουν και άλλοι τύποι ακουστικών κυμάτων (βλ. Ελαστικά κύματα).

Τα ακουστικά κύματα μπορεί να έχουν διαφορετικά σχήματα ανάλογα με τον τύπο της χρονικής εξάρτησης των χαρακτηριστικών του ηχητικού πεδίου. Ιδιαίτερη σημασία έχουν τα αρμονικά ακουστικά κύματα, στα οποία τα χαρακτηριστικά του ηχητικού πεδίου μεταβάλλονται σε χρόνο και χώρο σύμφωνα με έναν ημιτονοειδές νόμο (βλ. Κύματα). Τα ακουστικά κύματα οποιουδήποτε σχήματος μπορούν να αναπαρασταθούν ως άθροισμα (στην οριακή περίπτωση, ολοκλήρωμα) αρμονικών κυμάτων διαφορετικών συχνοτήτων. Ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης του κύματος σε απλές αρμονικές συνιστώσες (βλ. Ανάλυση ήχου), προκύπτει ένα φάσμα ήχου.

Το εύρος συχνοτήτων των ακουστικών κυμάτων από κάτω είναι πρακτικά απεριόριστο - στη φύση υπάρχουν ακουστικά κύματα με συχνότητα ίση με τα εκατοστά και τα χιλιοστά του Hertz. Το ανώτερο όριο του εύρους των ακουστικών κυμάτων οφείλεται στη φυσική φύση της αλληλεπίδρασής τους με την ύλη: στα αέρια, το μήκος κύματος πρέπει να είναι μεγαλύτερο από την ελεύθερη διαδρομή των μορίων και στα υγρά και τα στερεά, πρέπει να είναι μεγαλύτερο από τη διαμοριακή ή διατομική απόσταση. Σε αυτή τη βάση, η τιμή των 10 9 Hz λήφθηκε ως το ανώτερο όριο συχνότητας στα αέρια, 10 10 -10 11 Hz στα υγρά και 10 12 -10 13 Hz στα στερεά. Στο γενικό εύρος, τα ακουστικά κύματα διακρίνουν την περιοχή του πραγματικού ήχου που αντιλαμβάνεται ένα άτομο από το αυτί. τα υπό όρους όρια αυτής της περιοχής είναι 16 Hz - 20 kHz (ο όρος "ήχος" χρησιμοποιείται συχνά για ακουστικά κύματα σε ολόκληρο το εύρος συχνοτήτων). Παρακάτω βρίσκεται η περιοχή του υπέρηχου, πάνω - υπερήχων (2·10 4 Hz - 10 9 Hz) και υπερήχων (10 9 Hz - 10 13 Hz). Τα υπερηχητικά κύματα στους κρυστάλλους θεωρούνται μερικές φορές από τη σκοπιά της κβαντικής θεωρίας, συγκρίνοντάς τα με φωνόνια.

Η διάδοση των ακουστικών κυμάτων χαρακτηρίζεται κυρίως από την ταχύτητα του ήχου. Υπό ορισμένες συνθήκες, παρατηρείται ηχητική διασπορά - η εξάρτηση της ταχύτητας των ακουστικών κυμάτων από τη συχνότητα. Καθώς διαδίδεται, παρατηρείται σταδιακή εξασθένηση του ήχου, δηλ. μείωση της έντασης των ακουστικών κυμάτων. Οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην απορρόφηση του ήχου που σχετίζεται με την μη αναστρέψιμη μετάβαση της ενέργειας του ακουστικού κύματος σε θερμότητα. Η διάδοση των ακουστικών κυμάτων θεωρείται με τις μεθόδους της ακουστικής κυμάτων ή της γεωμετρικής ακουστικής. Σε υψηλή ένταση ακουστικών κυμάτων, παρατηρείται παραμόρφωση του σχήματός τους και άλλα μη γραμμικά φαινόμενα (βλ. Μη γραμμική ακουστική).

Τα ηχητικά κύματα του ακουστικού εύρους χρησιμεύουν ως μέσο επικοινωνίας μεταξύ των ανθρώπων, καθώς και ως μια μεγάλη ποικιλία εκπροσώπων του ζωικού κόσμου. Τα ακουστικά κύματα χρησιμοποιούνται για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις ιδιότητες και τη δομή διαφόρων μέσων και για διάφορα αντικείμενα. Με τη βοήθειά τους, μελετώνται τα φυσικά περιβάλλοντα - διευκρινίζονται η ατμόσφαιρα, ο φλοιός της γης, ο Παγκόσμιος Ωκεανός, τα χαρακτηριστικά της δομής της ύλης σε μικροσκοπικό επίπεδο. Στην πρακτική ανθρώπινη δραστηριότητα, τα ακουστικά κύματα χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση ελαττωμάτων σε προϊόντα, χρησιμοποιούνται ως μία από τις μεθόδους ιατρικής διάγνωσης και χρησιμοποιούνται για να επηρεάσουν μια ουσία προκειμένου να αλλάξουν τις ιδιότητές της.

Λιτ.: Krasilnikov V. A. Ηχητικά και υπερηχητικά κύματα σε αέρα, νερό και στερεά. 3η έκδ. Μ., 1960; Isakovich M.A. Γενική ακουστική. Μ., 1973; Skuchik E. Fundamentals of acoustics: In 2 vols. M., 1976. I. P. Golyamina.

Εισαγωγή

Η ελαστικότητα είναι η ιδιότητα των στερεών να επαναφέρουν το σχήμα και τον όγκο τους (και τα υγρά και τα αέρια - μόνο όγκο) μετά τον τερματισμό της δράσης τους εξωτερικές δυνάμεις. Ένα μέσο με ελαστικότητα ονομάζεται ελαστικό μέσο. Οι ελαστικοί κραδασμοί είναι κραδασμοί μηχανικών συστημάτων, ενός ελαστικού μέσου ή μέρους του, που προκύπτουν υπό την επίδραση μηχανικής διαταραχής. Τα ελαστικά ή ακουστικά κύματα είναι μηχανικές διαταραχές που διαδίδονται σε ένα ελαστικό μέσο. Μια ειδική περίπτωση ακουστικών κυμάτων είναι ένας ήχος που ακούγεται από ένα άτομο, εξ ου και ο όρος ακουστική (από το ελληνικό akustikos - ακουστικό) με την ευρεία έννοια της λέξης - το δόγμα των ελαστικών κυμάτων, με τη στενή έννοια - το δόγμα του ήχου. Ανάλογα με τη συχνότητα, οι ελαστικοί κραδασμοί και τα κύματα ονομάζονται διαφορετικά.

Πίνακας 1 - Εύρος συχνοτήτων ελαστικών δονήσεων

Οι ελαστικοί κραδασμοί και τα ακουστικά κύματα, ειδικά στην περιοχή υπερήχων, χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία. Ισχυροί κραδασμοί υπερήχων χαμηλής συχνότητας χρησιμοποιούνται για τοπική καταστροφή εύθραυστων ανθεκτικών υλικών (αυλακώσεις υπερήχων). διασπορά (λεπτή άλεση στερεών ή υγρών σωμάτων σε οποιοδήποτε μέσο, ​​όπως λίπη στο νερό). πήξη (μεγέθυνση σωματιδίων μιας ουσίας, για παράδειγμα, καπνός) και άλλους σκοπούς. Ένας άλλος τομέας εφαρμογής ακουστικών δονήσεων και κυμάτων είναι ο έλεγχος και η μέτρηση. Αυτά περιλαμβάνουν τον ήχο και τον εντοπισμό υπερήχων, ιατρικά διαγνωστικά με υπερήχους, έλεγχο στάθμης υγρού, ρυθμό ροής, πίεση, θερμοκρασία σε πλοία και αγωγούς, καθώς και τη χρήση ακουστικών δονήσεων και κυμάτων για μη καταστροφικές δοκιμές (NDT).

Στην εργασία ελέγχου μου, σκοπεύω να εξετάσω τις ακουστικές μεθόδους για τον έλεγχο των υλικών, τους τύπους και τα χαρακτηριστικά τους.

1. Τύποι ακουστικών κυμάτων

Οι μέθοδοι ακουστικού ελέγχου χρησιμοποιούν κύματα χαμηλού πλάτους. Αυτή είναι η περιοχή της γραμμικής ακουστικής, όπου η τάση (ή η πίεση) είναι ανάλογη με την καταπόνηση. Η περιοχή των ταλαντώσεων με μεγάλα πλάτη ή εντάσεις, όπου δεν υπάρχει τέτοια αναλογικότητα, αναφέρεται σε μη γραμμική ακουστική.

Σε ένα απεριόριστο στερεό μέσο, ​​υπάρχουν δύο τύποι κυμάτων που διαδίδονται με διαφορετικές ταχύτητες: τα διαμήκη και τα εγκάρσια.

Ρύζι. 1 - Σχηματική αναπαράσταση διαμήκων (α) και εγκάρσιων (β) κυμάτων

Κύμα u lπου ονομάζεται γεωγραφικού μήκουςκύμα ή κύμα διαστολής-συμπίεσης (Εικ. 1. α), επειδή η φορά των ταλαντώσεων στο κύμα συμπίπτει με τη φορά διάδοσής του.

Κύμα u tπου ονομάζεται εγκάρσιοςή ένα κύμα διάτμησης (Εικ. 1. β). Η κατεύθυνση των ταλαντώσεων σε αυτό είναι κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος και οι παραμορφώσεις σε αυτό είναι διατμητικές. Στα υγρά και τα αέρια εγκάρσια κύματα δεν υπάρχουν, αφού σε αυτά τα μέσα δεν υπάρχει ελαστικότητα μορφής. Διαμήκη και εγκάρσια κύματα (το γενικευμένο όνομά τους είναι κύματα σώματος)πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο για τον έλεγχο υλικών. Αυτά τα κύματα αποκαλύπτουν καλύτερα από όλα ελαττώματα σε κανονική συχνότητα στην επιφάνειά τους.

διαδίδονται κατά μήκος της επιφάνειας ενός στερεού επιφάνεια (κύματα Rayleigh) και κεφάλι (έρπουσα, σχεδόν ομοιογενής)κυματιστά .

Ρύζι. 2 - Σχηματική αναπαράσταση κυμάτων στην ελεύθερη επιφάνεια ενός στερεού σώματος: a - Rayleigh, b - κεφάλι

Το επιφανειακό κύμα χρησιμοποιείται με επιτυχία για την ανίχνευση ελαττωμάτων κοντά στην επιφάνεια του προϊόντος. Αντιδρά επιλεκτικά σε ελαττώματα ανάλογα με το βάθος εμφάνισής τους. Τα ελαττώματα που βρίσκονται στην επιφάνεια δίνουν τη μέγιστη ανάκλαση και σε βάθος μεγαλύτερο από το μήκος κύματος, πρακτικά δεν ανιχνεύονται.

Το οιονεί ομοιογενές κύμα (κεφαλή) σχεδόν δεν αντιδρά σε επιφανειακά ελαττώματα και ανωμαλίες της επιφάνειας· ταυτόχρονα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση υποεπιφανειακών ελαττωμάτων στο στρώμα, ξεκινώντας από βάθος περίπου 1 ... 2 mm. Ο έλεγχος λεπτών προϊόντων από τέτοια κύματα παρεμποδίζεται από πλευρικά εγκάρσια κύματα, τα οποία ανακλώνται από την απέναντι επιφάνεια του ΟΚ και δίνουν ψευδή σήματα.

Εάν δύο συμπαγή μέσα συνορεύουν το ένα με το άλλο (Εικ. 3, γ), των οποίων οι συντελεστές ελαστικότητας και οι πυκνότητες δεν διαφέρουν πολύ, τότε το κύμα Stoneley(ή Stonesley), Τέτοια κύματα χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της σύνδεσης των διμετάλλων.

Τα εγκάρσια κύματα που διαδίδονται κατά μήκος της διεπαφής μεταξύ δύο μέσων και έχουν οριζόντια πόλωση ονομάζονται Κύματα αγάπης. Προκύπτουν όταν υπάρχει ένα στρώμα στερεού υλικού στην επιφάνεια ενός στερεού ημιδιαστήματος, στο οποίο η ταχύτητα διάδοσης των εγκάρσιων κυμάτων είναι μικρότερη από ό,τι στον μισό χώρο. Το βάθος διείσδυσης του κύματος στο μισό διάστημα αυξάνεται με τη μείωση του πάχους του στρώματος. Ελλείψει στρώματος, το κύμα Αγάπης στον μισό χώρο μετατρέπεται σε κύμα όγκου, δηλ. σε ένα επίπεδο, οριζόντια πολωμένο, εγκάρσιο κύμα. Τα κύματα αγάπης χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ποιότητας των επικαλύψεων (επιμετάλλωσης) που εφαρμόζονται στην επιφάνεια.

Ρύζι. 3 - Κύματα στο όριο δύο μέσων: α - αποσβεσμένος τύπος Rayleigh στο όριο στερεού σώματος - υγρό, β - ασθενώς απόσβεση στο ίδιο όριο, γ - κύμα Stoneley στο όριο δύο στερεών σωμάτων

Εάν ένα στερεό σώμα έχει δύο ελεύθερες επιφάνειες (μια πλάκα), τότε μπορούν να υπάρχουν σε αυτό συγκεκριμένοι τύποι ελαστικών κυμάτων. Ονομάζονται κύματα σε πλάκες ή Κύματα αρνιούκαι ανατρέξτε σε κανονικά κύματα, δηλ.κύματα που ταξιδεύουν (μεταφέρουν ενέργεια) κατά μήκος της πλάκας, του στρώματος ή της ράβδου και ορθοστασία(χωρίς μεταφορά ενέργειας) στην κάθετη κατεύθυνση. Τα κανονικά κύματα διαδίδονται στην πλάκα, όπως σε έναν κυματοδηγό, σε μεγάλες αποστάσεις. Χρησιμοποιούνται με επιτυχία για τον έλεγχο φύλλων, κελυφών, σωλήνων με πάχος 3 ... 5 mm ή λιγότερο.

Υπάρχει επίσης ένας ειδικός τύπος κυμάτων - υπερηχητικόςκυματιστά. Από τη φύση τους, δεν διαφέρουν από τα κύματα της ακουστικής περιοχής και υπακούουν στους ίδιους φυσικούς νόμους. Όμως, ο υπέρηχος έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που καθόρισαν την ευρεία χρήση του στην επιστήμη και την τεχνολογία. Η ανάκλαση, η διάθλαση και η δυνατότητα εστίασης του υπερήχου χρησιμοποιούνται στην ανίχνευση ελαττωμάτων υπερήχων, σε ακουστικά μικροσκόπια υπερήχων, στην ιατρική διαγνωστική, για τη μελέτη μακρο-ομοιογενειών μιας ουσίας. Η παρουσία των ανομοιογενειών και οι συντεταγμένες τους καθορίζονται από τα ανακλώμενα σήματα ή από τη δομή της σκιάς.

2. Διάθλαση, ανάκλαση, περίθλαση, διάθλαση ακουστικών κυμάτων

Διάθλαση- το φαινόμενο της αλλαγής της διαδρομής μιας δέσμης φωτός (ή άλλων κυμάτων) που συμβαίνει στη διεπαφή μεταξύ δύο διαφανών (διαπερατών από αυτά τα κύματα) μέσων ή στο πάχος ενός μέσου με συνεχώς μεταβαλλόμενες ιδιότητες.

Διάθλαση ήχου - αλλαγή κατεύθυνσης διάδοσης ηχητικό κύμαόταν διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων.

Όταν πέφτει στη διεπαφή μεταξύ δύο ομοιογενών μέσων (αέρας - τοίχος, αέρας - επιφάνεια νερού κ.λπ.), ένα επίπεδο ηχητικό κύμα μπορεί μερικώς κατοπτρίζωκαι μερικώς διαθλάται (πέρασμα στο δεύτερο μέσο.

Απαραίτητη προϋπόθεση για τη διάθλαση είναι η διαφορά ταχύτητες διάδοσης του ήχουκαι στα δύο περιβάλλοντα.

Σύμφωνα με το νόμο της διάθλασης, η διαθλασμένη ακτίνα (OL") βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με την προσπίπτουσα ακτίνα (OL) και η κάθετη προς τη διεπαφή του μέσου που σχεδιάζεται στο σημείο πρόσπτωσης O. Ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης α στο ημίτονο της γωνίας διάθλασης β ίση με την αναλογία των ταχυτήτων ηχητικά κύματαστο πρώτο και στο δεύτερο περιβάλλον Γ1Και Γ2(Νόμος του Snell):

sinα/sinβ=C 1 /C 2

Από τον νόμο της διάθλασης προκύπτει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του ήχου σε ένα δεδομένο μέσο, ​​τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία διάθλασης.

Εάν η ταχύτητα του ήχου στο δεύτερο μέσο είναι μικρότερη από το πρώτο, τότε η γωνία διάθλασης θα είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης, αλλά εάν η ταχύτητα στο δεύτερο μέσο είναι μεγαλύτερη, τότε η γωνία διάθλασης θα είναι μεγαλύτερη από τη γωνία πρόσπτωσης. ειδική ακουστική αντίστασηκαι τα δύο μέσα είναι κοντά το ένα στο άλλο, τότε σχεδόν όλη η ενέργεια θα μεταφερθεί από το ένα μέσο στο άλλο.

Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό ενός μέσου είναι η ειδική ακουστική αντίσταση, η οποία καθορίζει τις συνθήκες διάθλασης του ήχου στα όριά του. Όταν ένα επίπεδο κύμα προσπίπτει κανονικά σε μια επίπεδη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, η τιμή του δείκτη διάθλασης καθορίζεται μόνο από την αναλογία των ακουστικών αντιστάσεων αυτών των μέσων. Εάν οι ακουστικές αντιστάσεις των μέσων είναι ίσες, τότε το κύμα διέρχεται από το όριο χωρίς ανάκλαση. Για κανονική πρόσπτωση κύματος στο όριο δύο μέσων, ο συντελεστής μετάδοσης WΤα κύματα καθορίζονται μόνο από τις ακουστικές αντιστάσεις αυτών των μέσων Z 1 \u003d ρ 1 C 1Και Z 2 \u003d ρ 2 C 2. Ο τύπος Fresnel (για κανονική επίπτωση) είναι:

W \u003d 2Z 2 / (Z 2 + Z 1).

Ο τύπος Fresnel για ένα κύμα που προσπίπτει στη διεπαφή υπό γωνία:

W=2Z 2 cosβ/(Z 2 cosβ+Z 1 cosα).

ΑΝΤΑΚΛΑΣΗ ΗΧΟΥ- φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ελαστικών μέσων και συνίσταται στο σχηματισμό κυμάτων που διαδίδονται από τη διεπαφή στο ίδιο μέσο από το οποίο προήλθε το προσπίπτον κύμα. Κατά κανόνα, η ανάκλαση του ήχου συνοδεύεται από το σχηματισμό διαθλώμενων κυμάτων στο δεύτερο μέσο. Μια ειδική περίπτωση ηχητικής ανάκλασης είναι η ανάκλαση από ελεύθερη επιφάνεια. Συνήθως, εξετάζεται η ανάκλαση σε επίπεδες διεπαφές, αλλά μπορεί κανείς να μιλήσει για ανάκλαση ήχου από εμπόδια αυθαίρετου σχήματος εάν οι διαστάσεις του εμποδίου είναι πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος του ήχου. Διαφορετικά, υπάρχει σκέδαση ήχουή ηχητική περίθλαση.

Μετρώντας το πλάτος του ανακλώμενου κύματος, μπορούμε να υπολογίσουμε το μέγεθος του ανακλώμενου αντικειμένου.

Το πλάτος (ενέργεια) που ανακλάται από το όριο δύο μέσων και μεταβιβάζεται σε άλλο μέσο εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά αυτών των μέσων. Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται ακουστική αντίσταση (χαρακτηριστική αντίσταση) και για κάθε μέσο περιγράφεται από την έκφραση

όπου r είναι η πυκνότητα του υλικού και C είναι η ταχύτητα του ελαστικού κύματος σε αυτό το υλικό.

Το πλάτος (ενέργεια) του ανακλώμενου κύματος εξαρτάται επίσης από το σχήμα του ανακλώμενου σώματος και τη θέση του σε σχέση με το κύμα διάδοσης. Οι παράμετροι του ανακλώμενου κύματος καθορίζονται από το σχήμα και τη θέση του ανακλώμενου σώματος. Εξετάζοντας τις παραμέτρους του ανακλώμενου κύματος, μπορούμε να προσδιορίσουμε το σχήμα του ελαττώματος. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για την εκτίμηση του βαθμού επικινδυνότητάς του (συνήθως τα επίπεδα ελαττώματα όπως οι ρωγμές είναι πιο επικίνδυνα από τα στρογγυλεμένα ελαττώματα - πόροι).

Στα στερεά, το σχέδιο ανάκλασης και μετάδοσης των ελαστικών κυμάτων είναι πιο περίπλοκο. Τα κύματα δεν ανακλώνται μόνο από τη διεπαφή, αλλά διαθλώνται και μετασχηματίζονται (μετατρέπονται από τον έναν τύπο στον άλλο). Τι σημαίνει αυτό; Στο σχ. Το Σχήμα 4 δείχνει ένα διάγραμμα της πρόσπτωσης μιας διαμήκους δέσμης κύματος υπό γωνία επί της διεπαφής μεταξύ δύο στερεών μέσων.

Ρύζι. 4 - Μετασχηματισμός (μετασχηματισμός) ελαστικών κυμάτων όταν πέφτουν στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο υλικών

Μπορεί να φανεί ότι όχι ένα αλλά δύο κύματα αντανακλώνται από τη διεπαφή. Η μία είναι διαμήκης και η άλλη διατμητική (εγκάρσια). Επιπλέον, η γωνία ανάκλασης ενός διαμήκους κύματος, όπως στην οπτική, είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης ενός διαμήκους κύματος.

Δύο είναι τα κύματα και τη δεύτερη Τετάρτη. Διαμήκης - με γωνία διαφορετική από τη γωνία πρόσπτωσης και διάτμηση, η γωνία της οποίας διαφέρει επίσης από τη γωνία ανάκλασης του κύματος διάτμησης στο πρώτο στερεό σώμα. Οι γωνίες πρόσπτωσης, ανάκλασης και διάθλασης υπακούουν στο νόμο του Snell (νόμος των ημιτόνων)

Από την έκφραση προκύπτει ότι η γωνία b είναι ίση με τη γωνία gi, αφού η ταχύτητα διάδοσης στο πρώτο μέσο για το διαμήκη κύμα είναι η ίδια. Έχουμε διαπιστώσει προηγουμένως ότι οι ελαστικές ταχύτητες κυμάτων εξαρτώνται από τα ελαστικά χαρακτηριστικά των υλικών και τις πυκνότητες. Αυτό σημαίνει ότι οι γωνίες ανάκλασης και διάθλασης εξαρτώνται επίσης από τις ελαστικές ιδιότητες των υλικών και τις πυκνότητες τους. Σε γωνία πρόσπτωσης ίση με 90 0, ο μετασχηματισμός των ελαστικών κυμάτων δεν συμβαίνει. Ταυτόχρονα, η αξιοσημείωτη ιδιότητα των ελαστικών κυμάτων να ανακλώνται από ανομοιογένειες στο εσωτερικό του υλικού, που διαφέρουν ως προς τα ακουστικά (ελαστικά) χαρακτηριστικά, χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ελαττωμάτων. Όλες οι ανίχνευση ελαττωμάτων με υπερήχους, η ανίχνευση ελαττωμάτων, η μέτρηση πάχους κ.λπ. βασίζονται σε αυτήν την αρχή.

Διάθλαση ήχου- αλλαγή της κατεύθυνσης διάδοσης του ήχου σε ένα ανομοιογενές μέσο (ατμόσφαιρα, ωκεανός, γη), στο οποίο η ταχύτητα του ήχου είναι συνάρτηση συντεταγμένων.

Η διάθλαση ήχου (RS) μπορεί να θεωρηθεί ως συνέπεια της επίδρασης της διάθλασης κύματος για περιπτώσεις όπου οι φυσικές ιδιότητες του μέσου αλλάζουν συνεχώς από σημείο σε σημείο προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Μια ιδιαίτερη περίπτωση ενός τέτοιου μέσου είναι μια μακροανομοιογενής δομή που αποτελείται από πολλά λεπτά ομοιογενή στρώματα s1, s2, ..., sn, και η ταχύτητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων c ποικίλλει από στρώμα σε στρώμα έτσι ώστε c1 > c2 > ... > cn ή c1< c2 < ...< cn. При прохождении волны через границы между соседними слоями имеют место эффекты отражения и преломления волн, в частности, выполняются законы Снеллиуса и соотношения для коэффициентов прохождения и отражения. Результирующей картиной многократного преломления волнового луча в среде c вышеописанными свойствами является изменение направления луча: он искривляется в сторону меньшей скорости звука. При плоско-слоистой неоднородности среды лучи представляют собой плоские кривые, лежащие в плоскостях, перепендикулярных слоям. Согласно закону Снеллиуса, в таких средах выполняется соотношение (cos q)/ c = const, где q - угол скольжения, которое является уравнением луча.

Μια γενικότερη περίπτωση είναι η λεγόμενη. ένα ομαλά ανομοιογενές μέσο στο οποίο η ταχύτητα διάδοσης των ελαστικών κυμάτων είναι συνεχής συνάρτηση των συντεταγμένων. Ένα τέτοιο μέσο δεν είναι πολυεπίπεδο, αφού δεν περιέχει ακουστικά αντίθετα όρια στα οποία ισχύουν οι κλασικοί νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης.

Η διάθλαση του ήχου είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει τη διάδοση του ήχου στην ατμόσφαιρα, τον ωκεανό και το εσωτερικό της Γης. Διαθλαστικά φαινόμενα μπορούν επίσης να παρατηρηθούν κατά τη διάδοση των υπερήχων σε προϊόντα και υλικά, εάν η ταχύτητα του ήχου σε αυτά ποικίλλει σε πάχος, για παράδειγμα, λόγω της επιφανειακής τσιμεντοποίησης. Επομένως, η διάθλαση του ήχου είναι η βάση των ακουστικών μεθόδων για την παρακολούθηση της ποιότητας της τσιμεντοποίησης ογκωδών κατασκευών (φράγματα κ.λπ.) και του βαθμού συμπίεσης του εδάφους υπό το βάρος του και υπό εξωτερικά φορτία.

Η περίθλαση (κύματα που κάμπτονται γύρω από εμπόδια) συμβαίνει όταν το μήκος κύματος υπερήχων είναι συγκρίσιμο (ή μεγαλύτερο) με το μέγεθος του εμποδίου στο δρόμο. Αν το εμπόδιο είναι μεγάλο σε σύγκριση με το ακουστικό μήκος κύματος, τότε δεν υπάρχει φαινόμενο περίθλασης. Με την ταυτόχρονη κίνηση πολλών υπερηχητικών κυμάτων στον ιστό σε ένα ορισμένο σημείο του μέσου, μπορεί να προκύψει υπέρθεση αυτών των κυμάτων. Αυτή η υπέρθεση κυμάτων μεταξύ τους ονομάζεται συλλογικά παρεμβολή. Εάν τα υπερηχητικά κύματα τέμνονται στη διαδικασία διέλευσης από ένα βιολογικό αντικείμενο, τότε σε ένα ορισμένο σημείο του βιολογικού μέσου, παρατηρείται αύξηση ή μείωση των ταλαντώσεων. Το αποτέλεσμα της παρεμβολής θα εξαρτηθεί από τη χωρική σχέση των φάσεων των υπερηχητικών δονήσεων σε ένα δεδομένο σημείο του μέσου. Εάν τα υπερηχητικά κύματα φτάσουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή του μέσου στις ίδιες φάσεις (σε φάση), τότε οι μετατοπίσεις των σωματιδίων έχουν τα ίδια σημάδια και η παρεμβολή υπό τέτοιες συνθήκες αυξάνει το πλάτος των υπερηχητικών δονήσεων. Εάν τα υπερηχητικά κύματα φτάσουν σε μια συγκεκριμένη θέση σε αντιφάση, τότε η μετατόπιση των σωματιδίων θα συνοδεύεται από διαφορετικά σημάδια, γεγονός που οδηγεί σε μείωση του εύρους των υπερηχητικών δονήσεων.

3. Λήψη και εκπομπή υπερήχων

Ο υπέρηχος είναι ελαστικές ταλαντώσεις και κύματα με συχνότητες από περίπου 1,5-2 × 104 Hz (15-20 kHz) και έως 109 Hz (1 GHz), το εύρος συχνοτήτων των υπερήχων από 109 έως 1012-13 Hz συνήθως ονομάζεται υπερήχος. Το εύρος συχνοτήτων των υπερήχων μπορεί να χωριστεί σε τρεις υποπεριοχές: υπέρηχοι χαμηλής συχνότητας (1,5 × 104-105 Hz) - ULF, υπέρηχοι μέσης συχνότητας (105 - 107 Hz) - USCH και υπέρηχοι υψηλής συχνότητας (107-109 Hz) - UHF.

Να δημιουργήσειΟι δονήσεις υπερήχων χρησιμοποιούν μια ποικιλία συσκευών που μπορούν να χωριστούν σε 2 κύριες ομάδες - μηχανικές (η πηγή υπερήχων είναι η μηχανική ενέργεια ροής αερίου ή υγρού) και ηλεκτρομηχανικές (η ενέργεια υπερήχων λαμβάνεται με μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας). Οι μηχανικοί εκπομποί υπερήχων - σφυρίχτρες και σειρήνες αέρα και υγρών - είναι σχετικά απλοί σε σχεδιασμό και λειτουργία, δεν απαιτούν ακριβή ηλεκτρική ενέργεια υψηλής συχνότητας, η απόδοσή τους είναι 10-20%. Το κύριο μειονέκτημα όλων των μηχανικών μετατροπέων υπερήχων είναι το σχετικά μεγάλο εύρος εκπεμπόμενων συχνοτήτων και η αστάθεια της συχνότητας και του πλάτους, που δεν τους επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν για σκοπούς ελέγχου και μέτρησης. χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανική τεχνολογία υπερήχων και εν μέρει ως συσκευές σηματοδότησης.

Η κύρια μέθοδος ακτινοβολίας υπερήχων είναι η μετατροπή των ηλεκτρικών δονήσεων σε μηχανικές δονήσεις με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Στην περιοχή ULF, είναι δυνατή η χρήση ηλεκτροδυναμικών και ηλεκτροστατικών εκπομπών. Σε αυτό το εύρος συχνοτήτων, οι εκπομποί υπερήχων έχουν βρει ευρεία εφαρμογή, χρησιμοποιώντας το μαγνητοσυσταλτικό αποτέλεσμα στο νικέλιο και σε ορισμένα ειδικά κράματα, επίσης σε φερρίτες. Για την ακτινοβολία UHF και UHF χρησιμοποιείται κυρίως το φαινόμενο του πιεζοηλεκτρισμού. Τα κύρια πιεζοηλεκτρικά υλικά για εκπομπούς υπερήχων είναι ο πιεζοκαλλιέργειας, το νιοβικό λίθιο, το δισόξινο φωσφορικό κάλιο και στη σειρά ULF και ULF, κυρίως διάφορα πιεζοκεραμικά υλικά. Οι μαγνητοσυσταλτικοί πομποί είναι ένας πυρήνας σχήματος ράβδου ή δακτυλίου με περιέλιξη μέσω του οποίου ρέει εναλλασσόμενο ρεύμα και οι πιεζοηλεκτρικοί πομποί είναι μια πλάκα (Εικ. 5) ή μια ράβδος από πιεζοηλεκτρικό υλικό με μεταλλικά ηλεκτρόδια στα οποία εφαρμόζεται εναλλασσόμενη ηλεκτρική τάση. Στη σειρά ULF, χρησιμοποιούνται ευρέως σύνθετοι πιεζοπομποί, στους οποίους μια πιεζοκεραμική πλάκα συσφίγγεται μεταξύ μεταλλικών μπλοκ.

Ρύζι. 5 - Ακτινοβολία (λήψη) διαμήκων κυμάτων L από μια πλάκα που ταλαντώνεται σε πάχος σε στερεό σώμα: 1 - πλάκα χαλαζία κομμένη X με πάχος l / 2, όπου l είναι το μήκος κύματος σε χαλαζία. 2 - μεταλλικά ηλεκτρόδια. 3 - υγρό (έλαιο μετασχηματιστή) για ακουστική επαφή. 4 - γεννήτρια ηλεκτρικών ταλαντώσεων. 5 - στερεό

Η περιοριστική ένταση της ακτινοβολίας υπερήχων καθορίζεται από την αντοχή και τις μη γραμμικές ιδιότητες του υλικού των εκπομπών, καθώς και από τα χαρακτηριστικά της χρήσης των εκπομπών. Το εύρος έντασης κατά τη δημιουργία υπερήχων στην περιοχή USCH είναι εξαιρετικά ευρύ: οι εντάσεις από 10-14-10-15 W/cm 2 έως 0,1 W/cm 2 θεωρούνται μικρές. Για πολλούς σκοπούς, είναι απαραίτητο να ληφθούν πολύ υψηλότερες εντάσεις· σε αυτές τις περιπτώσεις, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εστίαση υπερήχων.

Η επιλογή της μεθόδου παραγωγής υπερήχων εξαρτάται από το εύρος συχνοτήτων του υπερήχου, τη φύση του μέσου (αέριο, υγρό, στερεό), τον τύπο των ελαστικών κυμάτων και την απαιτούμενη ένταση ακτινοβολίας.

Λόγω της αναστρεψιμότητας του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου, χρησιμοποιείται ευρέως για λήψη υπερήχων. Η μελέτη του υπερηχητικού πεδίου μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με οπτικές μεθόδους: ο υπέρηχος, που διαδίδεται σε οποιοδήποτε μέσο, ​​προκαλεί μια αλλαγή στον οπτικό δείκτη διάθλασης, λόγω του οποίου μπορεί να οπτικοποιηθεί εάν το μέσο είναι διαφανές στο φως.

4. Υπερηχογράφημα σε διάφορα περιβάλλοντα

Τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται μόνο σε υλικό μέσο. Χαρακτηρίζονται από μήκος κύματος, συχνότητα (f) και ταχύτητα διάδοσης (C). Το μήκος κύματος εκφράζεται ως ο λόγος της ταχύτητας διάδοσης προς τη συχνότητα ταλάντωσης.

Το όριο συχνότητας μεταξύ ηχητικών και υπερηχητικών κυμάτων είναι επομένως υπό όρους. καθορίζεται από τις υποκειμενικές ιδιότητες της ανθρώπινης ακοής και αντιστοιχεί στο μέσο ανώτερο όριο του ακουστικού ήχου. Ωστόσο, λόγω των υψηλότερων συχνοτήτων και, κατά συνέπεια, των μικρών μηκών κύματος, λαμβάνουν χώρα μια σειρά από χαρακτηριστικά της διάδοσης των υπερήχων. Άρα, για την υπερηχητική συχνότητα τα μήκη κύματος στον αέρα είναι 3,4․10 -3 -3,4․10 -5 cm, στο νερό 1,5․10 -2 -1,5․10 -4 cm και στον χάλυβα 5․10 -2 - 5․10 -4 cm. Η απόκριση συχνότητας και το μήκος κύματος καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τα χαρακτηριστικά της διάδοσης του περιβάλλοντος. Εάν οι υπέρηχοι χαμηλής συχνότητας έχουν την ικανότητα να διαδίδονται στον αέρα, τότε οι υπέρηχοι υψηλής συχνότητας πρακτικά δεν διαδίδονται στον αέρα.

Ο υπέρηχος στα αέρια και ειδικότερα στον αέρα διαδίδεται με μεγάλη εξασθένηση. Τα υγρά και τα στερεά (ιδιαίτερα οι μονοκρυστάλλοι) είναι, κατά κανόνα, καλοί αγωγοί των υπερήχων, στους οποίους η εξασθένηση είναι πολύ μικρότερη. Έτσι, για παράδειγμα, στο νερό, η εξασθένηση του υπερήχου, αν και άλλα πράγματα είναι ίδια, είναι περίπου 1000 φορές μικρότερη από ό,τι στον αέρα. Επομένως, οι περιοχές χρήσης των UHF και UHF είναι σχεδόν αποκλειστικά για υγρά και στερεά και μόνο το ULF χρησιμοποιείται στον αέρα και στα αέρια. Λόγω του μικρού μήκους κύματος του υπερήχου, η φύση της διάδοσής του επηρεάζεται από τη μοριακή δομή του μέσου, επομένως, με τη μέτρηση της ταχύτητας του υπερήχου c και του συντελεστή απορρόφησης α, μπορεί κανείς να κρίνει τις μοριακές ιδιότητες της ουσίας. Χαρακτηριστικό γνώρισμα της διάδοσης των υπερήχων σε αέρια και υγρά είναι η ύπαρξη σαφώς καθορισμένων περιοχών διασποράς, που συνοδεύονται από απότομη αύξηση της απορρόφησής του. Ο συντελεστής απορρόφησης του υπερήχου σε έναν αριθμό υγρών υπερβαίνει σημαντικά αυτόν που υπολογίζεται σύμφωνα με την κλασική θεωρία και δεν δείχνει την αύξηση ανάλογη με το τετράγωνο της συχνότητας που προβλέπει αυτή η θεωρία. Όλα αυτά τα αποτελέσματα εξηγούνται στη θεωρία χαλάρωσης, η οποία περιγράφει τη διάδοση των υπερήχων σε οποιοδήποτε μέσο και αποτελεί τη θεωρητική βάση της σύγχρονης μοριακής ακουστικής, και η κύρια πειραματική μέθοδος είναι η μέτρηση της εξάρτησης του c και ιδιαίτερα του α από τη συχνότητα και τις εξωτερικές συνθήκες (πυκνότητα, ελαστικότητα, ιξώδες, θερμοκρασία κ.λπ.). Έτσι, για παράδειγμα, με αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα κατά 1 °, η ταχύτητα αυξάνεται κατά 0,5 m / s.

5. Αντανάκλαση και σκέδαση υπερήχων

Η αντανάκλαση του υπερήχου εμφανίζεται στη διεπαφή μεταξύ μέσων με διαφορετικές ακουστικές σύνθετες αντιστάσεις (σύνθετη αντίσταση, η οποία εισάγεται όταν εξετάζονται οι ταλαντώσεις ακουστικών συστημάτων). Το μέγεθος της ανάκλασης του υπερήχου είναι ευθέως ανάλογο με τη διαφορά στις ακουστικές σύνθετες αντιστάσεις των μέσων. Ο υπέρηχος ανακλάται από αντικείμενα των οποίων οι διαστάσεις είναι τουλάχιστον το 1/4 του μήκους κύματος. Η γωνία πρόσπτωσης του υπερήχου είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης. Όσο πιο κοντά είναι η γωνία πρόσπτωσης στις 90 μοίρες, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του ανακλώμενου υπερήχου. Η ποιότητα της οπτικοποίησής του, κυρίως η αντίθεση της εικόνας, εξαρτάται από την ικανότητα του ιστού να ανακλά. Ο συντελεστής ανάκλασης (CR) προσδιορίζεται από την αναλογία των ακουστικών αντιστάσεων δύο παρακείμενων μέσων ιστού. Ανάλογα με την αναλογία του μήκους κύματος της ακτινοβολίας ανίχνευσης και του μεγέθους των αντικειμένων ανάκλασης, διακρίνονται τρεις τύποι ανακλαστήρων:

Θ) Μονοί ανακλαστήρες, οι διαστάσεις των οποίων μικρότερο από το μήκοςκυματιστά. Αντικατοπτρίζουν τον υπέρηχο σύμφωνα με τη θεωρία Rayleigh της διάχυτης σκέδασης προς όλες τις κατευθύνσεις. Το πλάτος των σημάτων που προέρχονται από διάχυτους ανακλαστήρες είναι ασήμαντο.

II) Ανακλαστήρες των οποίων οι διαστάσεις είναι ανάλογες με το μήκος κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, το πλάτος των σημάτων ηχούς αυξάνεται.

III) Κατοπτρικοί ανακλαστήρες, των οποίων οι διαστάσεις είναι πολύ μεγαλύτερες από το μήκος κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η ανάκλαση γίνεται κατευθυντική και το πλάτος των σημάτων ηχούς αυξάνεται ακόμη περισσότερο. Σε πραγματικά βιολογικά μέσα, συνήθως υπάρχουν και οι τρεις τύποι ανακλαστών.

Εάν υπάρχουν ανομοιογένειες στο μέσο, ​​τότε εμφανίζεται σκέδαση ήχου, η οποία μπορεί να αλλάξει σημαντικά το απλό μοτίβο διάδοσης των υπερήχων και, τελικά, να προκαλέσει επίσης την εξασθένηση του κύματος στην αρχική κατεύθυνση διάδοσης.
6. Ακουστικές μέθοδοι σε μη καταστροφικές δοκιμές

Για την ακουστική μέθοδο μη καταστροφικών δοκιμών, χρησιμοποιούνται δονήσεις του εύρους υπερήχων και ηχητικού με συχνότητα από 50 Hz έως 50 MHz. Η ένταση των διακυμάνσεων είναι συνήθως μικρή, δεν υπερβαίνει το 1 kW/m 2 . Τέτοιες ταλαντώσεις συμβαίνουν στην περιοχή των ελαστικών παραμορφώσεων του μέσου, όπου οι τάσεις και οι παραμορφώσεις σχετίζονται αναλογικά (η περιοχή της γραμμικής ακουστικής).

Εκτός από την ελαστικότητα σε όγκο, υπάρχει ελαστικότητα στο σχήμα σε ένα συμπαγές σώμα, επομένως δύο είδη κυμάτων μπορούν να διαδοθούν στο σώμα: τα διαμήκη και τα εγκάρσια. Τα ακουστικά κύματα στα στερεά χαρακτηρίζονται είτε από μετατόπιση, είτε από ταχύτητες δόνησης, είτε από τανυστές τάσης ή τάσης.

Για χρήση ελέγχου ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ(τρόποι) κυμάτων που διαφέρουν ως προς την κατεύθυνση των ταλαντώσεων των σωματιδίων, την ταχύτητα διάδοσης και άλλα χαρακτηριστικά.

Στον όγκο ενός στερεού σώματος, όπως προαναφέρθηκε, μπορούν να διαδοθούν διαμήκη και εγκάρσια κύματα. ΣΕ διαμήκη κύμαοι ταχύτητες ταλάντωσης των σωματιδίων του μέσου συμπίπτουν με την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος, στην εγκάρσια διεύθυνση είναι κάθετες σε αυτό.

Υπάρχουν πολλές ακουστικές μέθοδοι μη καταστροφικών δοκιμών (Εικ. 5), μερικοίεφαρμόζεται σε διάφορες εκδόσεις. Χωρίζονται σε δύο μεγάλες ομάδες - ενεργητικές και παθητικές μεθόδους.

Οι ενεργές μέθοδοι βασίζονται στην εκπομπή και λήψη ελαστικών κυμάτων, οι παθητικές μέθοδοι βασίζονται μόνο στη λήψη κυμάτων, η πηγή των οποίων είναι το ίδιο το ελεγχόμενο αντικείμενο.

Οι ενεργές μέθοδοι χωρίζονται σε μεθόδους μετάδοσης, ανάκλασης, συνδυασμένες (χρησιμοποιώντας τόσο μετάδοση όσο και ανάκλαση), σύνθετη αντίσταση και μεθόδους φυσικής συχνότητας.

Οι μέθοδοι μετάδοσης (Εικ. 6) χρησιμοποιούν μετατροπείς εκπομπής και λήψης που βρίσκονται σε διαφορετική ή στην ίδια πλευρά του ελεγχόμενου προϊόντος. Εφαρμόστε παλμική ή (σπάνια) συνεχή ακτινοβολία και αναλύστε το σήμα που έχει περάσει από το ελεγχόμενο αντικείμενο.

Οι μέθοδοι μετάβασης περιλαμβάνουν:

1. μέθοδος σκιάς πλάτους.

2. μέθοδος προσωρινής σκιάς.

3. ταχυμετρική μέθοδος.

Ρύζι. 6 - Μέθοδοι διέλευσης: α - σκιά. β - προσωρινή σκιά. c - velosymmetric: 1 - γεννήτρια. 2 - πομπός? 3 - αντικείμενο ελέγχου. 4 - δέκτης? 5 - ενισχυτής? 6 - μετρητής πλάτους. 7 - μετρητής χρόνου ταξιδιού. 8 - μετρητής φάσης

Οι μέθοδοι ανάκλασης (Εικ. 7) χρησιμοποιούν τόσο έναν όσο και δύο μετατροπείς. χρησιμοποιώντας παλμική ακτινοβολία. Αυτή η υποομάδα περιλαμβάνει τις ακόλουθες μεθόδους ανίχνευσης ελαττωμάτων:

1. μέθοδος ηχούς.

2. μέθοδος echo-mirror.

3. μέθοδος δέλτα.

4. μέθοδος περίθλασης χρόνου.

5. μέθοδος αντήχησης.

Ρύζι. 7 - Μέθοδοι προβληματισμού: α - ηχώ. β - καθρέφτης ηχούς. γ - μέθοδος δέλτα. d - χρόνος περίθλασης. e - αντήχηση: 1 - γεννήτρια. 2 - πομπός? 3 - αντικείμενο ελέγχου. 4 - δέκτης? 5 - ενισχυτής? 6 - συγχρονιστής. 7 - δείκτης

Οι συνδυασμένες μέθοδοι (Εικ. 8) χρησιμοποιούν τις αρχές τόσο της μετάδοσης όσο και της ανάκλασης των ακουστικών κυμάτων:

1. μέθοδος καθρέφτη-σκιάς.

2. μέθοδος ηχούς-σκιάς.

3. μέθοδος echo-through.

Ρύζι. 8 - Συνδυασμένες μέθοδοι που χρησιμοποιούν μετάδοση και ανάκλαση: α - καθρέφτης-σκιά. β - ηχώ-σκιά? c - echo-through: 2 - πομπός; 4 - δέκτης? 3 - αντικείμενο ελέγχου

Οι μέθοδοι φυσικών συχνοτήτων (Εικ. 9) βασίζονται στη μέτρηση αυτών των συχνοτήτων (ή φασμάτων) των ταλαντώσεων ελεγχόμενων αντικειμένων. Οι φυσικές συχνότητες μετρώνται κατά τη διέγερση σε προϊόντα τόσο εξαναγκασμένων όσο και ελεύθερων δονήσεων. Οι ελεύθερες δονήσεις συνήθως διεγείρονται από μηχανικό σοκ, εξαναγκασμένους κραδασμούς - από τη δράση μιας αρμονικής δύναμης μιας μεταβαλλόμενης συχνότητας.

Ρύζι. 9 - Μέθοδοι φυσικής συχνότητας. Μέθοδοι ταλάντωσης: εξαναγκασμένη: α - ολοκλήρωμα, β - τοπική. ελεύθερο: γ – ολοκλήρωμα, δ – τοπικό. 1 - γεννήτρια συνεχών ταλαντώσεων μεταβαλλόμενης συχνότητας. 2 - πομπός? 3 - αντικείμενο ελέγχου. 4 - δέκτης? 5 - ενισχυτής? 6 - δείκτης συντονισμού. 7 - διαμορφωτής συχνότητας. 8 - δείκτης? 9 - αναλυτής φάσματος. 10 - δονητής κρούσης. 11 - μονάδα επεξεργασίας πληροφοριών

Οι μέθοδοι σύνθετης αντίστασης (Εικ. 10, α) χρησιμοποιούν την εξάρτηση των σύνθετων αντιστάσεων των προϊόντων κατά τις ελαστικές δονήσεις τους από τις παραμέτρους αυτών των προϊόντων και την παρουσία ελαττωμάτων σε αυτά. Οι παθητικές ακουστικές μέθοδοι βασίζονται στην ανάλυση των ελαστικών ταλαντώσεων των κυμάτων που συμβαίνουν στο ίδιο το ελεγχόμενο αντικείμενο. Η πιο χαρακτηριστική παθητική μέθοδος είναι η μέθοδος ακουστικής εκπομπής (Εικ. 10β). Το φαινόμενο της ακουστικής εκπομπής συνίσταται στο γεγονός ότι τα ελαστικά κύματα εκπέμπονται από το ίδιο το υλικό ως αποτέλεσμα εσωτερικής δυναμικής τοπικής αναδιάταξης της δομής του. Φαινόμενα όπως η έναρξη και η ανάπτυξη ρωγμών υπό την επίδραση εξωτερικού φορτίου, αλλοτροπικοί μετασχηματισμοί κατά τη θέρμανση ή ψύξη και η κίνηση των συστάδων εξάρθρωσης είναι οι πιο τυπικές πηγές ακουστικής εκπομπής. Οι πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς που έρχονται σε επαφή με το προϊόν λαμβάνουν ελαστικά κύματα και επιτρέπουν τον προσδιορισμό της θέσης της πηγής τους (ελάττωμα).

Ρύζι. 10 - Μέθοδοι ελέγχου: α - αντίσταση; β - ακουστική εκπομπή: 1 - γεννήτρια. 2 - πομπός? 3 - αντικείμενο ελέγχου. 4 - δέκτης? 5 - ενισχυτής? 6 - μονάδα επεξεργασίας πληροφοριών με δείκτη

Παθητικές ακουστικές μέθοδοιείναι διαγνωστικά κραδασμών και διαγνωστικά θορύβων. Στην πρώτη περίπτωση, οι παράμετροι κραδασμών οποιουδήποτε μεμονωμένου εξαρτήματος ή συγκροτήματος (ρότορας, ρουλεμάν, πτερύγια στροβίλου) αναλύονται χρησιμοποιώντας δέκτες τύπου επαφής, στη δεύτερη μελετάται το φάσμα θορύβου του μηχανισμού λειτουργίας, συνήθως με τη βοήθεια δεκτών υγρού τηλεφώνου.

Με βάση τη συχνότητα, οι ακουστικές μέθοδοι χωρίζονται σε χαμηλής συχνότητας και υψηλής συχνότητας. Τα πρώτα περιλαμβάνουν ταλαντώσεις στον ήχο και εύρη συχνοτήτων χαμηλής συχνότητας (έως αρκετές δεκάδες kHz), υπερηχητικές περιοχές. Στο δεύτερο - ταλαντώσεις στην περιοχή συχνοτήτων υπερήχων υψηλής συχνότητας: συνήθως από αρκετές εκατοντάδες kHz έως 20 MHz. Οι μέθοδοι υψηλής συχνότητας ονομάζονται συνήθως υπερήχων.

συμπέρασμα

Κατά την παρουσίαση του υλικού έγινε λόγος για την επίτευξη θεωρίας και πράξης στην επίλυση διαφόρων προβλημάτων ακουστικού ελέγχου. Η ανάπτυξη ακουστικών μεθόδων λαμβάνει χώρα κατά μήκος της διαδρομής της εύρεσης νέων τρόπων επίλυσης των θεωρούμενων ακουστικών προβλημάτων, συγκεκριμένα, η ανάπτυξη μεθόδων εκπομπής και λήψης σύντομων παλμών με στενό μοτίβο ακτινοβολίας με μειωμένη απαίτηση για ακουστική επαφή, βελτίωση της αναλογίας σήματος προς θόρυβο κατά τη δοκιμή υλικών με χονδροειδή ανισότροπη δομή. επίτευξη υψηλής ανάλυσης. ανάπτυξη μεθόδων υψηλής πληροφόρησης για την αξιολόγηση του σχήματος και του μεγέθους των ελαττωμάτων· οπτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων ελέγχου.

Μια άλλη προσέγγιση για τον προσδιορισμό των τάσεων ανάπτυξης προέρχεται από τα καθήκοντα που προκύπτουν από τις απαιτήσεις του κλάδου. Εδώ μπορούμε να αναφέρουμε τις απαιτήσεις για τον έλεγχο νέων υλικών όπως τα ενισχυμένα πλαστικά, τα κεραμίδια, τη δημιουργία εξαιρετικά αποτελεσματικών μεθόδων ελέγχου της συγκόλλησης υπό πίεση, τη μέτρηση των εσωτερικών τάσεων στα προϊόντα, την εγγυημένη πρόβλεψη της ασφάλειας των αντικειμένων και μια σειρά άλλων.

Για να λύσουν αυτά τα προβλήματα, βρίσκουν νέες μεθόδους και μεθόδους ελέγχου, προσφέρουν νέα πιεζοϋλικά, επεκτείνουν το εύρος συχνοτήτων, αναπτύσσουν νέο εξοπλισμό με αυξημένη ευαισθησία και αποτελεσματικά μέσαπαρουσίαση πληροφοριών, διεξαγωγή έρευνας για ακτινοβολία, διάδοση, περίθλαση κυμάτων, μέθοδοι επεξεργασίας των αποτελεσμάτων ελέγχου.

Βιβλιογραφία

1. Brekhovskikh L.M., Godin O.A. Ακουστική πολυεπίπεδων μέσων. - Μ.: Nauka, 1989. - 416 σελ.

2. Viktorov I.A. Υπερηχητικά επιφανειακά κύματα σε στερεά. - Μ.: Nauka, 1981. - 288 σελ.

3. Ερμόλοφ Ι.Ν. Θεωρία και πρακτική ελέγχου υπερήχων. - Μ.: Mashinostroenie, 1981. - 240 σελ.

4. Ivanov V.I., Belov V.M. Έλεγχος ακουστικών εκπομπών συγκόλλησης και συγκολλημένων αρμών. - Μ.: Mashinostroenie, 1981. - 284 σελ.

5. Lange Yu.V. Ακουστικές μέθοδοι χαμηλής συχνότητας μη καταστροφικών δοκιμών πολυστρωματικών δομών. - Μ.: Mashinostroenie, 1991.

6. Μέθοδοι ακουστικού ελέγχου μετάλλων / Εκδ. Ν.Π. Aleshin. - Μ.: Mashinostroenie, 1989. - 456 σελ.

7. Potapov A.I. Ποιοτικός έλεγχος και πρόβλεψη αξιοπιστίας κατασκευών από σύνθετα υλικά. - L.: Mashinostroenie, 1980.- 261 σελ.

8. Όργανα για μη καταστροφικές δοκιμές υλικών και προϊόντων. Ευρετήριο. Σε 2 βιβλία. / Εκδ. V.V. Klyuev. - Μ.: Mashinostroenie, 1986. Βιβλίο. 2. - 352 p.

9. Skuchik E. Fundamentals of acoustics. Σε 2 τόμους - Μ.: Μιρ, 1976. Τόμος 2. -546 σελ.

10. Υπερηχογράφημα. Μικρή Εγκυκλοπαίδεια / Εκδ. Ο Α.Π. Galyamina. - Μ.: Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια, 1979. - 400 σελ.

11. Ultrasonic Piezo Transducers for Non-Destructive Testing, Εκδ. ΣΕ. Γερμόλοφ. - Μ.: Mashinostroenie, 1986. - 280 σελ.

12. Φυσική ακουστική. Σε 4 τόμους Εκδ. W. Mason. Τ. 1. Μέθοδοι και συσκευές έρευνας υπερήχων. Χ.Α. - Μ.: Μιρ, 1966. - 592 σελ.

13. Chebanov V.E. Δοκιμή υλικών με υπερήχους με λέιζερ. - Λ.: Από ημερομηνίες. Πανεπιστήμιο Λένινγκραντ, 1986. - 232 σελ.

14. Schreiber D.S. Ανίχνευση ελαττωμάτων με υπερήχους. - Μ.: Μεταλλουργία, 1965. - 392 σελ.

Εφαρμογή

1. Η ιδιότητα των σωμάτων να επαναφέρουν το σχήμα και τον όγκο τους μετά τον τερματισμό της δράσης εξωτερικών δυνάμεων είναι ...

α) ελαστικότητα

β) ερπυσμός

γ) σκληρότητα

2. Οι ταλαντώσεις ενός μηχανικού συστήματος, ενός ελαστικού μέσου ή μέρους του, που προκύπτουν υπό την επίδραση μηχανικής διαταραχής, είναι ...

α) μηχανικές δονήσεις

β) ελαστικές δονήσεις

γ) κυκλικές διακυμάνσεις

3. Ηχητικό εύρος ήχου

α) κάτω από 20 Hz

β) πάνω από 10 9 Hz

γ) 20-20*10 3 Hz

4. Κύματα με συχνότητα ταλάντωσης 20 * 10 3 ... 1 * 10 9 Hz

α) υπερηχητικό

γ) υπέρηχοι

γ) υπερηχογράφημα

5. Κύμα u lονομάζεται ... κύμα ή κύμα διαστολής-συμπίεσης, επειδή η κατεύθυνση των ταλαντώσεων σε ένα κύμα συμπίπτει με τη φορά διάδοσής του.

α) διαμήκης

β) εγκάρσια

γ) Rayleigh

6. Κύμα u tονομάζεται ... ή κύμα διάτμησης.

α) διαμήκης

β) εγκάρσια

γ) Rayleigh

7. Το επιφανειακό κύμα χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ελαττωμάτων ...

α) κοντά στην επιφάνεια του προϊόντος

β) στο βάθος του προϊόντος

γ) δίπλα στο προϊόν

8. Η κύρια μέθοδος εκπομπής υπερήχων ...

α) μετατροπή μηχανικών κραδασμών σε ηλεκτρικούς

β) μετατροπή ηλεκτρικών δονήσεων σε φως

γ) μετατροπή ηλεκτρικών κραδασμών σε μηχανικούς

9. Χρησιμοποιείται ευρέως για λήψη υπερήχων

α) εφέ φωτισμού

β) πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο

γ) πολλαπλής επίδρασης

10. Τα υπερηχητικά κύματα διαδίδονται μόνο σε ... περιβάλλον

α) υλικό

β) άυλο

γ) διαδραστική

11. Ο υπέρηχος διαδίδεται στα αέρια ...

α) χωρίς απόσβεση

β) με μικρότερη εξασθένηση

γ) με μεγάλη εξασθένηση

12. Η ανάκλαση του υπερήχου εμφανίζεται στο όριο με ... ακουστικές αντιστάσεις

α) το ίδιο

β) διάφορα

γ) οποιαδήποτε

13. Για την ακουστική μέθοδο μη καταστροφικών δοκιμών χρησιμοποιούνται κραδασμοί του εύρους υπερήχων και ηχητικών με συχνότητα ....

α) 50 Hz - 50 MHz

β) 10 Hz - 10 MHz

γ) 100 Hz - 100 MHz

14. Τα κύματα μπορούν να διαδοθούν στο σώμα:

α) διαγώνιος και εγκάρσιος

β) γωνιακή και κατά μήκος

γ) διαμήκη και εγκάρσια

15. Μορφοτροπείς ακτινοβολίας και λήψης που βρίσκονται σε διαφορετική ή μία πλευρά του ελεγχόμενου προϊόντος χρήσης ...

α) μέθοδοι αναστοχασμού

β) μέθοδοι επιτυχίας

γ) μεθόδους φυσικής συχνότητας

16. Οι μέθοδοι διέλευσης περιλαμβάνουν:

α) μέθοδος σκιάς πλάτους

β) μέθοδος προσωρινής σκιάς

γ) ταχυμετρική μέθοδος

δ) όλα τα παραπάνω

17. Εφαρμόστε παλμική ακτινοβολία, χρησιμοποιήστε και έναν και δύο μετατροπείς, σε ...

α) μέθοδοι αναστοχασμού

β) τρόποι μετάβασης

γ) μεθόδους φυσικής συχνότητας

18. Οι αρχές τόσο της μετάδοσης όσο και της ανάκλασης των ακουστικών κυμάτων χρησιμοποιούνται σε ...

α) συνδυαστικές μέθοδοι

β) τρόποι μετάβασης

γ) μεθόδους φυσικής συχνότητας

19. Οι παθητικές ακουστικές μέθοδοι είναι:

α) μέθοδοι ανάκλασης και φυσικές συχνότητες

β) μέθοδοι μετάδοσης και αναστοχασμού

γ) κραδασμο-διαγνωστικό και θόρυβο-διαγνωστικό

20. Η αλλαγή της κατεύθυνσης διάδοσης ενός ηχητικού κύματος όταν διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων είναι ...

α) αναστοχασμός

β) διάθλαση

γ) εξασθένηση

21. Το φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει στη διεπαφή μεταξύ δύο ελαστικών μέσων και συνίσταται στο σχηματισμό κυμάτων που διαδίδονται από τη διεπαφή στο ίδιο μέσο από το οποίο προήλθε το προσπίπτον κύμα - αυτό είναι ...

α) αναστοχασμός

β) διάθλαση

γ) εξασθένηση

22. Η αλλαγή της κατεύθυνσης διάδοσης του ήχου σε ένα ανομοιογενές μέσο (ατμόσφαιρα, ωκεανός, γη), στο οποίο η ταχύτητα του ήχου είναι συνάρτηση των συντεταγμένων είναι ...

α) αναστοχασμός

β) διάθλαση

γ) διάθλαση

23. Μπορείτε να προσδιορίσετε το σχήμα του ελαττώματος εξετάζοντας τις παραμέτρους ...

α) διαθλασμένο κύμα

β) ανακλώμενο κύμα

γ) προσπίπτον κύμα

24. Η βάση των ακουστικών μεθόδων για την παρακολούθηση της ποιότητας της αρμολόγησης ογκωδών κατασκευών (φράγματα κ.λπ.) και του βαθμού συμπίεσης του εδάφους υπό το βάρος του και υπό εξωτερικά φορτία είναι ...

α) αναστοχασμός

β) διάθλαση

γ) διάθλαση

25. Όταν το μήκος κύματος υπερήχων είναι συγκρίσιμο (ή μεγαλύτερο) με το μέγεθος του εμποδίου στο δρόμο, υπάρχει ...

α) διάθλαση

β) περίθλαση

γ) παρεμβολές

1.a, 2.b, 3.c, 4.c, 5.a, 6.b, 7.a, 8.c, 9.b, 10.a, 11.c, 12.b, 13.a, 14.c, 15.b, 16.d, 17.a, 2.c, 19. , 23.β, 24.γ, 25.γ.