Преобразователи ультразвуковые

Для решения многих задач неразрушающего контроля используются ультразвуковые приборы. Их действие основано на различных свойствах ультразвуковых волн. Составным элементом всех этих устройств является ультразвуковой преобразователь, купить необходимое оборудование вы можете на нашем сайте. Действие преобразователя может быть основано на магнитострикционном эффекте либо пьезоэлектрическом преобразовании.

Магнитострикционные преобразователи

Некоторые металлы (никель, железо, кобальт) и их сплавы под действием магнитного поля деформируются. Стержни, изготовленные из этих материалов, расположенные вдоль силовых линий переменного магнитного поля попеременно удлиняются и сокращаются. Это свойство носит название магнитоупругого эффекта. Частота механических колебаний, испытываемых стержнем, совпадает с частотой поля, а амплитуда пропорциональна индукции поля. При нахождении такого магнитоупругого стержня в жидкой или твердой среде механические колебания вызывают в этой среде возникновение ультразвуковых волн той же частоты.

Обычно для работы преобразователя используется магнитное поле, частота которого совпадает с резонансной частотой механических колебаний. В этом случае работа преобразователя протекает наиболее эффективно.

Магнитострикционные преобразователи обеспечивают уз колебания большой мощности. Однако они сильно нагреваются, поэтому их действие не возможно без применения системы принудительного водяного охлаждения. Это свойство ограничивает сферу их использования, делает невозможным их употребление при создании малогабаритных, компактных приборов.

Пьезоэлектрические преобразователи

Действие ПЭП основано на использовании обратного пьезоэлектрического эффекта. Он состоит в возникновении в некоторых кристаллах деформаций, при воздействии на них электрического поля. Наиболее эффективно данное свойство проявляется у монокристалла кварца (искусственно выращенного или природного) и у некоторых керамических материалов. Из пьезоэлектрика вырезается  образец, кристалл определенной формы. На металлические электроды, расположенные на противоположных гранях кристалла подается переменное электрическое поле. Возникающие механические колебания в сопредельной среде (твердой или жидкой) возбуждают ультразвуковые волны.

Из керамических пьезоэлектриков отливают, прессуют, вырезают или выдавливают преобразователи разнообразных форм и размеров. Они позволяют фокусировать узконаправленные пучки ультразвуковых волн большой интенсивности.

Рабочая температура пьезоэлектрических материалов может достигать 200°С, поэтому для их работы не требуется принудительное охлаждение. А современные пьезоэлектрические материалы позволяют создавать преобразователи, не уступающие по своим мощностям магнитострикционным. Пьезоэлементы, изготавливаемые из пьезокерамических материалов, могут иметь любую форму: кольца, диски, квадратные пластины и так далее. Современные компактные (переносные) приборы оснащаются именно пьезоэлектрическими ультразвуковымий преобразователями.

Классификация пьезопреобразователей

ПЭП, используемые в ультразвуковых приборах в качестве элементов, возбуждающих и принимающих УЗ волны, могут быть квалифицированы различными способами.

1. В зависимости от ширины полосы частот волн их подразделяют на узкополосные (с шириной полосы меньше октавы) и широкополосные (с шириной больше октавы).
2. По числу пьезоэлемнтов, использованных при создании ПЭП выделяют одно-, двух- и многоэлементные преобразователи. В последнем случае ПЭП носят название акустических систем.
3. На ПЭП с контактным и бесконтактным (разнесенным) электродом преобразователи подразделяются по расположению электрода и пьезоэлемента. В случае бесконтактного размещения, зазор заполняется диэлектриком.
4. Основываясь на динамике сканирования ПЭП (акустические системы) делят на модели, имеющие фиксированный угол ввода и переменный (качающийся луч). В последнем случае угол луча может регулироваться либо вручную, либо автоматически.
5. Разделение на прямые и наклонные ПЭП производят по направлению ввода (приема) луча.
6. Способ излучения и приема УЗ сигнала подразделяет преобразователи на два вида.

• Совмещенные, имеющие один пьезоэлемент и для излучения и для приема. Среди их достоинств наличие одной точки контакта и простота исполнения. Недостаток – в режиме холостого хода инерционная нагрузка наконечника и приемного пьезоэлемента приводит к возбуждению дополнительного сигнала;
• У раздельно-совмещенных ПЭП две различные зоны контакта с исследуемым телом: одна на излучение, другая на прием. Раздельная схема сокращает мертвую зону контроля, убирает реверберационные помехи.

Выбирая ультразвуковой преобразователь, нужно учитывать не только цену, но и такие его характеристики, как материал, толщина, форма, рабочая температура и так далее.