Способ контроля качества акустического контакта при ультразвуковом контроле изделий Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и может быть использовано при ультразвуковой дефектоскопии различных материалов и изделий.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля акустического контакта за счет учета величины коэффициента злектромеханичес- кой связи пьезопластины.

На чертеже представлена функцио-, нальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит генератор 1 гармонического сигнала, частота которого равна антирезонансной частоте пьезопластины 2 пьезоэлектрического преобразователя с переключателями S и S дефектоскопа 3, индика- тор 4 напряжения, измеритель 5 отношения напряжений и нагрузочный резистор 6, Позицией 7 обозначено изделие .

Контроль состояния акустического контакта осуществляется следующим образом,

Прсле установки пьезоэлектричес- кого преобразователя дефектоско.па 3 на контролируемое изделие 7 он отк- лючается от приемно-передающего тракта дефектоскопа 3 и подсоединяется к устройству контроля акустического контакта, переключатели S, и S переводятся в положение а. Из гене- ратора 1 на пьезопластину 2 подается возбуждающий сигнал. При этом измеритель 5 отношений фиксирует отношение Ui/U J амплитудных значений напряжений на выходе генератора 1 и нагрузочном резисторе 6, сопротивления R, которое регистрируется индикатором 4 напряжений. Модуль Z входного электрического импеданса на антирезонансной частоте пьезопласти- ны 2 преобразователя может быть определен по измеренному соотношению и ,/и, так как

R(

uj и.

о.

(I)

С другой стороны известно, что измеренный таким образом модуль Z. входного электрического импеданса связан с отношением Z входных акустических сопротивлений контроли- 55 руемого изделия 7 и пьезопластины 2 следующей функциональной зависимостью:I

К,

4К:

где К, - экспериментальное отношение входных акустических сопро- тавлений изделия и пьезо- ппастины;

К - коэффициент электромеханической связи пьезоматериа- ла пьезоппастины; К - коэффициент демпфирования

пьезопластины; х,„- 1/2|Г Д,, . fцИ CQ- соответственно антире- зонансная частота и статическая емкость пьезопластины.

Нарушение акустического контакта между изделием 7 и пьезопластиной 2 преобразователя по характеру воздействия на входной электрический импеданс пьезопластины эквивалентно уменьшению входного акустического сопротивления Zl материала изделия 7 в зоне акустического контакта. Поэтому относительное отклонение (коэффициент 1) экспериментально определенного соотношения К от известного значения отношения Z ,/Z о волновых акустических сопротивлений материала контролируемого изделия 7 и пьезопластины 2 дьезоэлектрическо- го преобразователя может быть представлено в виде

Тк

Zj/Zo - К

z:7z

(3)

что позволяет судить о надежности акустического контакта пьезопреобра- зователь - контролируемое изделие. С учетом (2, вьфажение (3) принимает следующий вид:

. Zo Г 4 к1 1

1. (z;7x;: r- -J

(4)

Коэффициент Ку демпфирования является паспортным параметром пьезо- преобразователя и может быть определен экспериментальным путем.

Признаком отсутствия нарушений акустического отношения ZJ/Z и априорно известного состояния волновых акустических имПедансов исследованного объекта и пьезопластинки преобразователя является fk

Признаком полного отсутствия акусти- -ческого контакта является значение

Значение коэффициента j зависит

только от состояния акустического контакта пьезопластины преобразователя и контролируемого изделия, а также от точности определения параметра Z, , Хсо К, К,, практически не зависит от состояния поверхности и профиля тыпьной стороны изделия 7, Что позволяет повысить достоверность контроля акустического контакта.

Если требуется оценить состояние акустического контакта, например, между пьезопластинкой из пьезокерамнки ЦТС-19 и алюминиевым изделием (Zo/Zj 1,83, kt 0,45, Хсо 25о„ , R « 25ом Ki - 0,1), то, учитывая (2), выражение (4) можно переписать следующим образом:

1-1,83

0,

пг - ЧЧ

0,1 (5)

Таким образом, индикатор 4, подкп ченный к выходу измерителя 5 отношений .напряжений и, и и, при соответ- ствующей градуировке шкапы регистрирует окончательный результат, т.е. коэффициент -уц, позволяющий судить о состоянии акустического контакта. Исследования, проведенные методом АРД-диаграмм при помощи дефектоскопа УД-23УМ на стандартном образце из плексиглаза, показали, что значение УЦ,, соответствующее удовлетворительному контакту, составляет порядка 0,1. соблюдении условия 0,1 доля погрешности за счет нарзтпения контакта составляет порядка 15% от номинального значения рабочей погрешности.

Формула изобретения

Способ контроля качества акустического контакта при ультразвуковом контроле изделий, закпючакщийся в том, что устанавливают пьезоэлектрический преобразователь на изделие, возбуждают ультразвуковые колебания в изделии путем подачи электрического сигнала на пьезопластину преобразователя, измеряют электрические параметры пьезогшастинь, по которым определяют качество акустического контакта, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в качестве электри- ческого параметра пьезопластины измеряют модуль ее входного электрического импеданса на антирезонансной частоте, а качество акустического контакта определяют по величине коэффициента v, определяемого из выражения

4Kt

-zT

где Z

СО

- модуль входного электрического импеданса пьезо- щтасткны пьезоэлектрического преобразователя, установленного на изделии;

к.

где Z

- коэффициент электромеха-г нической связи пьезомате- риала пьезопластины; Zg иZ - волновые акустические сопротивления соответственно материалов пьезопластины и изделия;

Z

-коэффициент демпфирования пьезопластины.,

X

.o l/2Trf GC,; f, Сд- соответственно антирезонансная частота и статическая емкость пьезопластины.

5/

Г

га/ S

-f- 1

S2 J

Изобретение относится к облас- Tii неразрушающего контроля и имеет целью повьппение достоверности контроля акустического контакта (АК) между пьезопреобразователем (П)де- фектоскопа и контролируема изделием. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что о состоянии АК судят по соотношению в зоне АК входных акустических сопротивлений П и контролируемого изделия, причем соотношение входных акустических сопротивлений определяется по измеренному входному электрическому импедансу на антирезонансной частоте с учетом расчетной формулы,.1 ил. i сл