Независимая Экспертиза Волгоград

4 . АКУСТИЧЕСКИЙ НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ

4.1 . Механические характеристики

4.1.1 . Однородная среда ( Homogeneous medium ) - среда, свойства которой в любом выделенном объеме одинаковы.

4.1.2 . Упругость ( Elasticity ) - свойство тел восстанавливать свою форму после прекращения действия вызывающих деформацию сил.

4.1.3 . Упругое тело ( Elastic body ) - тело, обладающее свойством упругости.

4.1.4 . Упругая среда ( Elastic medium ) - среда, любой выделенный объем которой обладает свойством упругости.

4.1.5 . Изотропный материал (изотропная среда) ( Isotropic material , isotropic medium ) - материал (среда), свойства которого (которой) во всех направлениях одинаковы.

4.1.6 . Упругая анизотропия ( Elastic anisotropy ) - зависимость упругих свойств материала от направления.

4.1.7 . Линейный элемент тела ( Linear element of a body ) - выделенный и целиком расположенный в твердом теле отрезок прямой.

4.1.8 . Деформация твердого тела, деформация ( Deformation of solid ) - изменение размеров и (или) формы твердого тела.

4.1.9 . Деформация растяжения-сжатия ( Tension - compression strain ) - деформация, характеризующаяся относительным изменением длины линейного элемента тела.

4.1.10 . Деформация сдвига ( Shear strain ) - деформация, при которой происходит поворот линейного элемента тела без изменения его длины. При малых деформациях определяется углом поворота линейного элемента (в радианах). Деформация сдвига не сопровождается изменением объема тела.

4.1.11 . Деформация упругая ( Elastic deformation ) - деформация, исчезающая после прекращения действия вызвавших ее внешних сил [ 15 ].

4.1.12 . Деформация пластическая ( Plastic deformation ) - деформация, сохраняющаяся после прекращения действия вызвавших ее внешних сил [ 15 ].

4.1.13 . Тензор деформации ( Tensor of deformation ) - тензор второго ранга, компоненты которого являются деформациями растяжения-сжатия и сдвига элементарного объема (составленного из декартовых координатных плоскостей) твердого тела и определяются через производные векторы смещения по пространственным координатам.

4.1.14 . Сила обобщенная ( Generalized force ) - мера взаимодействия тел. Является причиной возникновения или изменения характера движения.

Примечание. В механических и акустических колебательных системах обобщенными силами могут быть сосредоточенная и распределенная сила, момент сил и другие воздействия.

4.1.15 . Сила механическая, сила ( Mechanical force ) - мера механического взаимодействия тел. Является вектором. Единица измерения Н.

4.1.16 . Сила внешняя ( External force ) - сила, действующая на рассматриваемое тело со стороны других тел. Единица измерения Н.

4.1.17 . Сила внутренняя ( Internal force ) - сила взаимодействия между частями рассматриваемого тела. Единица измерения Н.

4.1.18 . Сила упругая ( Elastic force ) - внутренняя сила, возникающая в упругом теле (упругой среде) вследствие его (ее) деформации. Единица измерения Н.

4.1.19 . Напряжение ( Stress ) - производная вектора действующей в твердом теле внутренней силы по площади определенно ориентированной поверхности, проходящей через рассматриваемую точку. Единица измерения Па.

4.1.20 . Напряжение нормальное ( Normal stress ) - проекция вектора напряжения на нормаль к поверхности, проходящей через рассматриваемую точку. Единица измерения Па.

4.1.21 . Напряжение тангенциальное ( Tangential stress , shear stress ) - проекция вектора напряжения на плоскость, касательную к поверхности, проходящей через рассматриваемую точку. Единица измерения Па.

4.1.22 . Давление ( Pressure ):

для твердого тела - производная вектора действующей на твердое тело внешней силы по площади ограничивающей тело поверхности. Является вектором. Единица измерения Па;

для жидких и газообразных сред - производная вектора действующей в среде силы по площади выбранной поверхности. Является скаляром, так как только нормальная компонента вектора отлична от нуля. Единица измерения Па.

4.1.23 . Тензор напряжения ( Tensor of stress ) - тензор второго ранга, компоненты которого в декартовой системе координат являются нормальными и тангенциальными напряжениями, действующими на поверхности трех ортогональных (координатных) плоскостей.

4.1.24 . Предел пропорциональности ( Limit of proportionality ) - механическое напряжение, при нагружении до которого деформации возрастают пропорционально напряжениям (выполняется закон Гука). Единица измерения Па.

4.1.25 . Предел упругости ( Limit of elasticity ) - максимальное механическое напряжение, превышающее предел пропорциональности, при нагружении до которого с последующим снятием нагрузки пластическая (остаточная) деформация не возникает. Единица измерения Па.

4.1.26 . Предел текучести ( Yield strength ) - механическое напряжение, при котором увеличение деформации происходит при практически неизменном напряжении. Это соответствует горизон тальному участку диаграммы напряжение-деформация. Единица измерения Па.

4.1.27 . Предел прочности ( Ultimate strength ) - отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к начальной площади его поперечного сечения. Единица измерения Па.

4.1.28 . Временное сопротивление ( Rupture limit , ultimate strength ) - предел прочности при растяжении [ 16 ]. Единица измерения Па.

4.1.29 . Адгезионная прочность ( Adhesive strength ) - прочность клеевого соединения, определяющаяся силами сцепления клея с соединяемым им материалом. Единица измерения Па.

4.1.30 . Когезионная прочность ( Cohesive strength ) - прочность клеевого соединения, определяющаяся силами сцепления молекул клея между собой. Единица измерения Па.

4.2 . Упругие колебания

4.2.1 . Колебание ( Oscillation ) - движение (изменение состояния), характеризующееся той или иной степенью повторяемости во времени.

4.2.2 . Колебательная величина ( Oscillating value ) - параметр, изменяющийся при колебании. Для механического колебания такими параметрами являются смещение, колебательная скорость, потенциалы смещения и колебательной скорости, сила, акустическое давление, компоненты тензора напряжений или деформации.

4.2.3 . Колебание периодическое ( Periodic oscillation ) - повторение в процессе колебания значений колебательных величин через равные промежутки времени.

4.2.4 . Колебательная система ( Oscillating system ) - система, в которой происходят колебания любой физической природы (механические, электрические, электромеханические и т.п.).

4.2.5 . Состояние равновесия ( Equilibrium ) - состояние колебательной системы, в котором она может оставаться неограниченно долго в отсутствие действия обобщенных сил.

4.2.6 . Упругие колебания ( Elastic oscillations , vibrations ) - колебания, совершаемые в упругом теле или в упругой среде и обусловленные действием упругих сил.

4.2.7 . Смещение ( Displacement ) - отклонение элемента колебательной системы с сосредоточенными постоянными или частицы среды системы с распределенными постоянными от положения равновесия. В общем случае является вектором. Единица измерения м.

Примечание. В литературе встречается также термин «перемещение», являющийся синонимом смещения.

4.2.8 . Колебательная скорость ( Particle velocity ) - скорость элемента колебательной системы с сосредоточенными постоянными или частицы среды системы с распределенными постоянными относительно положения равновесия, равная производной смещения по времени. Единица измерения м/с.

4.2.9 . Цикл колебания ( Oscillation cycle ) - совокупность состояний колебательной системы, ограниченная состояниями, в которых колебательная величина имеет локальные максимумы или минимумы.

4.2.10 . Период колебания ( Period ):

1 . Наименьший промежуток времени, за который совершается один цикл колебания. Для периодических колебаний - время, за которое совершается одно полное колебание. Единица измерения с.

2 . Время, за которое совершается один полный цикл колебания. Единица измерения с [ 10 ].

4.2.11 . Амплитуда ( Amplitude ) - максимальное отклонение колебательной величины от значения, соответствующего положению равновесия, за период колебаний.

4.2.12 . Частота колебаний, частота ( Oscillation frequency , frequency ) - количество периодов (циклов) колебаний в единицу времени (обычно в секунду). Единица измерения Гц (Герц).

1 Гц - 1 период в секунду, 1 кГц - 1000 периодов в секунду, 1 МГц - 1000000 периодов в секунду [ 10 ].

4.2. 13 . Круговая частота, угловая частота, циклическая частота ( Angular frequency ) - величина ω=2π f = 2π/Т , где f - частота, Т - период колебания.

4.2.14 . Звуковая частота ( Audio frequency ) - частота, воспринимаемая ухом человека и лежащая в диапазоне примерно от 16 Гц до 20 кГц. Верхнюю границу звуковой частоты условно принимают равной 20 кГц. Единица измерения Гц.

4.2. 15 . Ультразвуковая частота ( Ultrasonic frequency ) - частота, превышающая предел слышимости человеческого уха. Нижнюю границу ультразвуковой частоты принимают равной 20 кГц, верхнюю - 1 ГГц=10⁹ Гц. Единица измерения Гц.

4.2.16 . Фаза колебания ( Phase ):

1 . Мгновенное состояние колебания, выраженное через значение аргумента описывающей его синусоидальной функции. Единицы измерения радианы или градусы.

Примечание. Термин применим только для колебаний, описываемых законом, содержащим синусоидальную функцию времени.

2 . Мгновенное состояние колебания, выраженное через значение угла в радианах [ 10 ].

4.2.17 . Вынужденные колебания ( Forced oscillations , constrained oscillations ) - колебания, происходящие под периодическим воздействием внешней обобщенной силы.

4.2.18 . Свободные колебания ( Free oscillations , free vibrations ) - колебания выведенной из положения равновесия системы после прекращения действия внешних обобщенных сил.

Примечание. Термин vibrations относится только к механическим колебаниям.

4.2.19 . Гармоническое колебание ( Harmonical oscillation ) - колебание с постоянной амплитудой, при котором колебательная величина меняется по синусоидальному закону.

4.2.20 . Линейная колебательная система ( Linear oscillating system ) - колебательная система, упругие свойства которой не зависят от амплитуды колебаний.

4.2.2 1 . Нелинейная колебательная система ( Non - linear oscillating system ) - колебательная система, упругие свойства которой зависят от амплитуды колебаний.

4.2.22 . Механический импеданс ( Mechanical impedance ) - отношение амплитуды силы, действующей на поверхности (или в точке) механической системы к амплитуде колебательной скорости в направлении силы. Амплитуды силы и скорости представляются в комплексной форме. Единица измерения Н∙с/м.

Примечание. В отличие от удельного волнового сопротивления среды и акустического импеданса механический импеданс не является удельной величиной и имеет другую размерность.

4.2.23 . Масса ( Mass ) - мера инерции. Единица измерения кг.

4.2.24 . Гибкость, податливость ( Flexibility , compliance ) - отношение смещения элемента упругости к действующей на этот элемент силе. Величина, обратная жесткости. Единица измерения м/Н.

4.2.25 . Жесткость ( Stiffness ) - отношение возбуждающей силы к вызываемому ею смещению элемента упругости. Величина, обратная гибкости. Единица измерения Н/м.

4.2.26 . Активное сопротивление ( Active resistance ) - действительная составляющая комплексного механического импеданса системы, характеризующая потери в ней. Единица измерения 1 Н∙с/м=1 кг/с.

4.2.27 . Инерционное сопротивление ( Inertial Impedance ) - часть мнимой составляющей комплексного механического импеданса системы, характеризующая величину ее кинетической энергии. Единица измерения Н∙с/м=1 кг/с.

4.2.28 . Упругое сопротивление ( Elastic impedance ) - часть мнимой составляющей комплексного механического импеданса системы, характеризующая величину ее потенциальной энергии. Единица измерения 1 Н∙с/м=1 кг/с.

4.2.29 . Система с сосредоточенными постоянными ( System with lumped parameters ) - система, каждый элемент которой обладает только одним свойством - массой, упругостью или активным сопротивлением.

4.2.30 . Система с распределенными постоянными ( System with distributed parameters ) - система, каждый элемент которой обладает одновременно массой, упругостью и активным сопротивлением.

4.2.31 . Собственная частота ( Natural frequency ) - частота свободных колебаний системы. Единица измерения Гц.

4.2.32 . Основная частота, первая гармоника ( Fundamental frequency , first harmonic ) - низшая собственная частота колебательной системы. Единица измерения Гц.

4.2.33 . Гармоника ( Harmonic ) - собственная частота, кратная основной частоте. Единица измерения Гц.

4.2.34 . Резонансная частота ( Resonance frequency ) - частота, на которой входной механический импеданс колебательной системы чисто активный и имеет минимальное значение. Единица измерения Гц.

4.2.35 . Антирезонансная частота ( Antiresonance frequency ) - частота, на которой механический импеданс колебательной системы чисто активный и имеет максимальное значение. Единица измерения Гц.

4.2.36 . Обертон ( Overtone ) - собственная частота, превышающая основную частоту в нецелое число раз. Единица измерения Гц.

4.2.37 . Добротность (Quality factor, Q-factor):

1 . Количественная характеристика потерь колебательной системы при резонансе, равная

,

где W _к - полный запас энергии колебаний при резонансе;

W _п - потери энергии за период [ 20].

2 . Количественная мера потерь колебательной системы. Показывает, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает амплитуду на частоте, много меньшей резонансной при одинаковой внешней силе.

3 . Отношение резонансной частоты спектра колебаний к его ширине на уровне 0,707 от максимального значения амплитуды спектра.

Примечание. Определения 2 и 3 являются достаточно точными для систем с высокой добротностью ( Q > (5-10)), определение 1 пригодно во всех случаях.

4.2.38 . Коэффициент затухания (по времени) ( Attenuation coefficient ) - количественная мера потерь колебательной системы - коэффициент, определяющий скорость уменьшения амплитуды свободных колебаний во времени. Единица измерения с^-1.

4.2.39 . Логарифмический декремент затухания, декремент затухания ( Logarithmic decrement ) - количественная мера потерь колебательной системы, определяемая как натуральный логарифм отношения амплитуд свободно затухающих колебаний в моменты времени t и t +Т.

.

При малых потерях в системе удобно пользоваться формулой

,

где Т - период колебаний;

п - число периодов.

4.3 . Упругие волны

4.3.1 . Основные понятия

4.3.1.1 . Упругая волна, акустическая волна ( Elastic wave , acoustic wave ):

1 . Распространяющиеся в среде упругие колебания.

2 . Передача энергии через упругую среду с помощью колебаний ее частиц [ 10 ].

4.3. 1.2 . Ультразвуковая волна ( Ultrasonic wave ) - упругая волна, частота которой превышает порог слышимости человеческого уха (обычно выше 20 кГц) [ 10 ].

4.3. 1.3 . Звуковая волна ( Audio - frequency wave , sonic wave ) - упругая волна, частота которой лежит в звуковом диапазоне (условно от 16 Гц до 20 кГц).

4.3.1.4 . Акустическое давление, звуковое давление ( Sound pressure ) - переменная составляющая давления (для твердых тел - напряжения), возникающая в среде при прохождении упругой волны. Единица измерения 1 Па=1 Н/м² [ 14 ].

4.3. 1.5 . Колебательная скорость ( Particle velocity ) - скорость смещения частицы среды относительно положения равновесия. Равна производной смещения по времени. Единица измерения м/с.

4.3. 1.6 . Скорость звука, скорость распространения акустических волн ( Sound velocity , velocity of propagation ):

1 . Скорость распространения упругой волны в среде. Единица измерения м/с.

2 . Фазовая или групповая скорость акустической волны в недисперсионном материале для данного направления распространения [ 10 ].

4.3.1.7 . Амплитуда волны ( Wave amplitude ) - максимальное отклонение колебательной величины от нулевого значения на определенном временном или пространственном промежутке (для гармонической волны эти промежутки - период или длина волны).

4.3.1.8 . Интенсивность волны ( Wave intensity ) - средняя по времени энергия, переносимая волной в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны [ 14 ]. Единица измерения Вт/м².

Примечание. Интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды.

4.3.1.9 . Длина волны ( Wavelength ) - расстояние, проходимое упругой волной за время, равное одному полному периоду колебаний [ 10 ]. Единица измерения м.

4.3.1.10 . Бегущая волна (Running wave):

1 . Упругая волна, распространяющаяся в определенном направлении.

2 . Волна, переносящая энергию в пространстве [ 15 ].

4.3.1.11 . Стоячая волна (Standing wave, stationary wave):

1 . Волна, возникающая в результате наложения (интерференции) двух распространяющихся в противоположных направлениях волн с одинаковыми частотами и амплитудами, характеризующаяся неподвижными узлами и пучностями.

2 . Взаимодействие цугов волн, распространяющихся в противоположных направлениях, характеризующееся неподвижными узлами и пучностями [ 10 ].

4.3.1.12 . Волновое число ( Wave number ) - величина, определяющая изменение фазы волны при прохождении ею единицы пути в среде, равная отношению круговой частоты ω к скорости с распространения волны: k =ω /с. Единица измерения м^-1.

4.3.1.13 . Волновой вектор ( Wave vector ) - вектор, равный по модулю волновому числу и направленный вдоль луча в рассматриваемой точке [ 15 ].

4.3.1.14 . Неоднородная волна ( Inhomogeneous wave ) - волна, амплитуда которой экспоненциально убывает в определенном направлении, проекция волнового вектора на которое имеет мнимую составляющую, не связанную с коэффициентом затухания в среде.

4.3.1.15 . Дифракция ( Diffraction ) - совокупность явлений, связанных с отклонением поведения акустических волн от законов геометрической (лучевой) акустики, обусловленным волновой природой упругих волн. Дифракция наблюдается, например, при излучении волн источником ограниченных размеров, распространении волн в средах с резко выраженными неоднородностями, огибании препятствий и т.п.

4.3.1.16 . Интерференция волн ( Wave interference ):

1 . Явление, состоящее в ослаблении или усилении амплитуд колебаний при сложении двух и большего числа волн одинаковой частоты в зависимости от соотношения их фаз.

2 . Явление, состоящее в возникновении максимумов и минимумов звукового давления при сложении двух и большего числа волн одинаковой частоты, но отличающихся по фазе и направлению распространения [ 10 ].

4.3.1.17 . Фаза волны ( Wave phase ) - состояние волнового процесса, выраженное через значение аргумента описывающей его синусоидальной функции.

Примечание. Для волны, в описании которой нельзя выделить синусоидальную функцию, понятие «фаза» неприменимо. Примером может служить волна в виде короткого импульса.

4.3.1.18 . Фронт волны ( Wavefront ):

1 . Для непрерывной (квазинепрерывной) волны - непрерывная поверхность, соединяющая все точки среды, в которых в рассматриваемый момент времени фаза волны имеет одно и то же значение.

Для волны в виде короткого импульса - непрерывная поверхность, образованная передним краем волны, непосредственно граничащим с невозмущенной средой (см. примечание к п. 4.1.17).

2 . Непрерывная поверхность, соединяющая все точки волны, находящиеся в одной фазе колебаний [ 10 ].

4.3.1.19 . Луч ( Ray , beam ) - линия, перпендикулярная фронту волны и определяющая направление распространения волны в рассматриваемой точке.

4.3. 1.20 . Волновой пакет, цуг волн ( Wave train ) - последовательность непрерывных упругих волн, исходящих из одного источника и распространяющихся в одном направлении.

4.3.2 . Типы волн

4.3.2. 1 . Плоская волна ( Plane wave ):

1 . Волна с плоскими фронтами.

2 . Волна, в которой частицы с одной фазой лежат на плоских параллельных поверхностях [ 10 ].

4.3.2.2 . Сферическая волна ( Spherical wave ) - волна со сферическими фронтами [ 10 ].

4.3.2.3 . Цилиндрическая волна ( Cylindrical wave ) - волна с цилиндрическими фронтами [ 10 ].

4.3.2.4 . Продольная волна, волна сжатия-разрежения ( Longitudinal wave , compressional wave ).

1 . Волна, в которой направления колебаний частиц среды совпадают с направлением распространения волны.

2 . Волна, в которой частицы среды колеблются в направлении распространения волны [ 10 ].

 

Рис. 1 . Характер колебаний частиц в продольной (а) и поперечной (б) волнах:

А - направление колебаний; λ - длина волны; х – направление распространения волны

4.3.2.5 . Поперечная волна, сдвиговая волна ( Transverse wave , shear wave ) - волна, в которой направления колебаний частиц в любой точке среды перпендикулярны направлению распространения [ 10 ].

4.3.2.6 . Объемная волна ( Volumetric wave ) - волна, распространяющаяся в безграничной упругой среде. К объемным относятся продольная и поперечная волны.

4.3.2.7 . Волна Рэлея, поверхностная волна ( Rayleigh wave , surface wave ):

1 . Упругая волна, распространяющаяся вдоль свободной поверхности твердого тела, характеризующаяся эллиптическим движением частиц среды и эффективной глубиной проникновения, близкой к длине волны.

2 . Поверхностная волна, характеризующаяся эллиптическим движением частиц среды и эффективной глубиной проникновения меньшей, чем длина волны [ 10 ].

4.3.2.8 . Плоскость падения волны ( Plane of incidence ) - плоскость, проходящая через луч падающей волны и перпендикуляр к границе раздела сред в точке касания лучом этой границы.

4.3.2.9 . Дополнительная плоскость ( Additional plane ) - плоскость, перпендикулярная к плоскости падения волны и проходящая через луч преломленной или отраженной волны.

4.3.2.10 . Поляризация ( Polarization ) - направление смещений частиц среды в поперечной волне относительно плоскости падения.

4.3.2.11 . Вертикально поляризованная поперечная волна, SV -волна ( Shear vertical wave , SV wave ) - поперечная волна, в которой частицы среды колеблются в плоскости падения волны.

4.3.2. 12 . Горизонтально поляризованная поперечная волна, SH -волна ( Shear horizontal wave , SH wave ) - поперечная волна, в которой частицы среды колеблются перпендикулярно плоскости падения.

4.3.2.13 . Нормальная волна ( Normal wave ) - волна в ограниченной среде (слое, стержне), обусловленная волноводным механизмом распространения, представляющая собой бегущую волну в направлении распространения и стоячую волну в поперечном направлении.

4.3.2.14 . Волна Лэмба, волна в пластине ( Lamb wave , plate wave ):

1 . Нормальная волна в слое со свободными поверхностями, характеризующаяся волноводным механизмом распространения и возбуждаемая при определенных соотношениях между толщиной слоя h и частотой f . Фазовая и групповая скорости распространения этих волн зависят от произведения hf .

Примечание. Наклонным преобразователем эти волны возбуждаются только при определенных значениях угла ввода, частоты и толщины слоя.

2 . Волны, занимающие все сечение тонкой пластины, возбуждаемые только при определенных значениях угла ввода, частоты и толщины слоя [ 10 ].

4.3.2.15 . Мода волны ( Wave mode ) - тип упругой волны, определяемый характером колебаний частиц среды.

4.3.2.16 . Симметричная волна Лэмба ( Symmetrical Lamb wave ) - мода волны Лэмба, в которой частицы среды колеблются симметрично относительно нейтральной (средней) зоны пластины, причем в нейтральной зоне частицы совершают только продольные колебания.

 

Рис. 2 . Деформации пластины при распространении симметричных и антисимметричных волн Лэмба

4.3.2.17 . Антисимметричная волна Лэмба ( Antisymmetrical Lamb wave ) - мода волны Лэмба, в которой частицы среды колеблются антисимметрично относительно нейтральной (средней) зоны пластины: вертикальные проекции смещения частиц равны, а продольные проекции - противоположны по знаку, причем в нейтральной зоне частицы совершают только поперечные колебания.

4.3.2.18 . Волна Лэмба нулевого порядка ( Lamb wave of zero order ) - симметричная и антисимметричная моды волн Лэмба, возбуждаемые в широком диапазоне произведения толщины слоя h на частоту f , начиная от hf =0.

4.3.2.19 . Изгибная волна ( Bending wave , flexural wave ) - волна, создающая деформацию изгиба, распространяющаяся в стержнях и слоях. Для листов - частный случай антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка при малых значениях произведения толщины слоя на частоту.

4.3.2.20 . Продольная волна в стержне ( Longitudinal wave in a rod ) - продольная волна в стержне, поперечный размер которого много меньше длины волны. Скорость распространения этой волны определяется только модулем нормальной упругости Е и плотностью материала ρ:

.

4.3.2.21 . Головная волна (Head wave, creeping wave):

1 . Волна, распространяющаяся вдоль свободной поверхности твердого тела со скоростью объемной продольной волны, но отличающаяся от последней более быстрым уменьшением амплитуды вследствие непрерывного переизлучения в среду в виде поперечной волны. В сейсмоакустике и в зарубежной литературе ее называют ползущей волной.

2 . Волна, возбуждаемая при первом критическом угле падения и распространяющаяся вдоль поверхности как продольная волна. Ее распространение не зависит от состояния поверхности, причем ультразвуковой луч не повторяет волнистость последней [ 10 ].

4.3.2.22 . Боковая волна ( Lateral wave ) - поперечная волна, переизлучаемая в среду распространяющейся вдоль поверхности головной волной. Боковая поперечная волна распространяется под третьим критическим углом.

4.3.2.23 . Волна Лява ( Love wave ) - волна с горизонтальной поляризацией SH , распространяющаяся в волноводе в виде твердого тонкого слоя одного материала, соединенного с полупространством (или достаточно толстым слоем) из другого твердого материала с иными акустическими свойствами. Энергия волны сосредоточена в тонком слое и прилегающей к границе раздела области полупространства. Волна имеет различные моды, отличающиеся распределением смещений, и обладает дисперсией скорости.

4.3.2.24 . Волна Стоунли ( Stoneley wave ) - волна с вертикальной поляризацией SV , распространяющаяся вдоль границы раздела двух твердых полупространств (или тел достаточной толщины) из материалов с различными, но близкими акустическими свойствами, неоднородная в направлении, перпендикулярном границе раздела. Интенсивность волны максимальна на границе раздела и убывает с удалением от нее.

4.3.2.25 . Дифрагированная волна ( Diffraction wave ) - волна, возникшая в результате дифракции падающей волны на неоднородности среды. Тип дифрагированной волны может отличаться от типа падающей.

4.3.2.26 . Дисперсионная волна ( Dispersion wave ) - волна, фазовая и групповая скорости которой различны. Это различие меняет форму переносимых волной акустических импульсов.

4.3.2.27 . Недисперсионная волна ( Indispersion wave ) - волна, фазовая и групповая скорости которой совпадают.

4.3.2.28 . Волна обегания ( Run round wave ) - дифрагированная волна, распространяющаяся вдоль границ раздела сред (например, несплошности в среде, поверхности цилиндра). Могут одновременно существовать несколько типов волн обегания, например рэлеевская и головная.

4.3.2.29 . Волна соскальзывания ( Slide off wave ) - дифрагирован ная объемная волна, излучаемая в среду вследствие трансформации волны обегания.

4.3.2.30 . Когерентные волны ( Coherent waves ) - волны, разность фаз которых не зависит от времени.

4 .3.3. Распространение волн

4.3.3. 1 . Фазовая скорость ( Phase velocity ):

1 . Скорость изменения фазы волны в направлении ее распространения. Единица измерения м/с.

2 . Скорость распространения волнового фронта [ 10 ].

4.3.3.2 . Групповая скорость ( Group velocity ):

1 . Скорость распространения акустического импульса. Единица измерения м/с.

2 . Скорость распространения акустической энергии [ 10 ].

4.3.3.3 . Дисперсия скорости звука ( Velocity dispersion ) - зависимость скорости звука от частоты, направления распространения волны (в анизотропной среде), параметров среды и (или) отношения поперечных размеров волновода к длине волны. Следствие дисперсии - различие фазовой и групповой скоростей звука, приводящее к искажению формы передаваемых упругих импульсов.

4.3.3.4 . Затухание волны (Wave attenuation):

1 . Уменьшение амплитуды волны с расстоянием вследствие поглощения и рассеяния в среде.

2 . Уменьшение звукового давления при распространении волны в материале вследствие поглощения и рассеяния [ 10 ].

4.3.3.5 . Поглощение ( Absorption ) - составляющая затухания, обусловленная трансформацией упругой волны в другие формы энергии (обычно в тепло) [ 10 ].

4.3.3.6 . Рассеяние ( Scattering ):

1 . Составляющая затухания, обусловленная отражением волны от границ зерен материала и (или) небольших (по сравнению с длиной волны) неоднородностей и вследствие этого убылью энергии из направленно распространяющегося пучка.

2 . Беспорядочное рассеяние энергии, обусловленное зернистой структурой материала и (или) небольшими неоднородностями [ 10 ].

4.3.3.7 . Коэффициент затухания (пространственный) ( Attenuation coefficient ):

1 . Коэффициент, определяющий степень уменьшения (по экспоненциальному закону) амплитуды упругой волны при прохождении ею единицы расстояния в среде и зависящий от свойств среды, длины волны и ее моды. Является суммой коэффициентов поглощения и рассеяния. Обычно выражается в дБ/м, иногда в Нп/м.

2 . Коэффициент, используемый для выражения затухания на единицу длины пройденного волной расстояния, зависящий от свойств материала, длины волны и ее моды. Обычно выражается в дБ/м [ 10 ].

4.3.3.8 . Коэффициент поглощения (Absorption coefficient):

1 . Коэффициент, определяющий степень уменьшения (по экспоненциальному закону) амплитуды упругой волны при прохождении ею единицы расстояния в среде вследствие поглощения. Обычно выражается в дБ/м, иногда в Нп/м.

2 . Коэффициент, определяющий способность материала поглощать энергию упругих волн [ 10 ].

4.3.3.9 . Коэффициент рассеяния ( Scattering coefficient ) - коэффициент, определяющий степень уменьшения (по экспоненциальному закону) амплитуды упругой волны вследствие рассеяния при прохождении волной единицы расстояния в среде. Обычно выражается в дБ/м, иногда в Нп/м.

4.3.3.10 . Узел ( Node ) - точка (линия, поверхность), в которой амплитуда колебательной величины, характеризующей стоячую волну, имеет минимальное значение [ 14 ].

4.3.3. 11 . Пучность ( Antinode , crest ) - точка (линия, поверхность), в которой амплитуда колебательной величины, характеризующей стоячую волну, имеет максимальное значение [ 14 ].

4.3.3.12 . Добротность материала ( Material Q - factor ) - количественная характеристика потерь в материале, определяемая как отношение волнового числа к удвоенному пространственному коэффициенту затухания: Q = k /2δ .

4.3.3. 13 . Удельное волновое сопротивление среды, волновое сопротивление среды ( Characteristic acoustic impedance ) - отношение амплитуды звукового давления к амплитуде колебательной скорости в бегущей волне. Для сред с малыми потерями обычно выражается как произведение плотности среды на скорость упругой волны в ней: z =ρс . Для сред с большими потерями z - комплексная величина. Единица измерения Па∙с/м.

Примечание. В англоязычной литературе единица волнового сопротивления среды и акустического импеданса называется Rayl (Рейл), причем 1 Rayl =1 Па∙с/м.

4.3.3.14 . Акустический импеданс ( Acoustic impedance ) - отношение амплитуды звукового давления к амплитуде колебательной скорости в общем случае, когда наряду с бегущей существует и стоячая или отраженная волна. Единица измерения Па ∙ с/м.

Примечание. В воздушной акустике акустическим импедансом называют отношение звукового давления к объемной колебательной скорости. Единица измерения этого параметра Па∙с/м³ [ 14 ].

4.3.3.15 . Длина пути волны ( Path length ) - длина пути упругой волны в среде [ 10 ]. Единица измерения м.

4.3.3.16 . Разность хода ( Path difference ) - разность длин пути двух или нескольких волн [ 10 ]. Единица измерения м.

4.3.3.17 . Эффект Допплера ( Doppler effect ) - изменение регистрируемой приемником частоты волн, происходящее вследствие движения источника волн относительно приемника.

4.3.4 . Отражение и преломление волн на границе раздела сред

4.3.4. 1 . Граница раздела сред ( Interface , boundary ):

1 . Поверхность соприкосновения двух сред с разными акустическими свойствами.

2 . Граница между двумя средами с разными волновыми сопротивлениями, имеющими физический контакт [ 10 ].

4.3.4.2 . Падающая волна ( Incident wave ) - волна, падающая на границу раздела сред.

 

Рис. 3 . Отражение и преломление волн на границе раздела сред:

1 - падающая волна; 2 - отраженная волна; 3 - граница раздела сред; 4 - преломленная волна; a - угол падения; a ₁ - угол отражения; b - угол преломления

4.3.4.3 . Угол падения (Angle of incidence):

1 . Угол между лучом падающей волны и нормалью к поверхности раздела сред.

2 . Угол между акустической осью падающего пучка и нормалью к поверхности раздела сред [ 10 ].

4.3.4.4 . Нормальное падение ( Normal incidence ) - падение волны на поверхность раздела сред, при котором луч падающей волны параллелен нормали к этой поверхности.

4.3.4.5 . Наклонное падение ( Angular incidence ) - падение волны на поверхность раздела сред, при котором луч падающей волны не параллелен нормали к этой поверхности.

4.3.4.6 . Отражение (Reflection, wave reflection):

1 . Изменение направления распространения упругой волны в результате ее взаимодействия с границей раздела или неоднородностью среды, не связанное с переходом через эту границу.

2 . Изменение направления распространения упругой волны в среде в результате взаимодействия с границей раздела или неоднородностью среды. При отражении возможна также трансформация волн [ 10 ].

4.3.4.7 . Отраженная волна ( Reflected wave ) - волна, распространяющаяся в той же среде, что и падающая, после взаимодействия последней с границей раздела или неоднородностью среды.

4.3.4.8 . Многократные отражения ( Multiple reflections , multiple echo ) - неоднократные отражения акустических импульсов между двумя или большим количеством границ раздела или неоднородностями [ 10 ].

4.3.4.9 . Реверберация ( Reverberation ) - явление многократного отражения акустических импульсов в ограниченном объеме.

4.3.4.10 . Угол отражения ( Angle of reflection ) - угол между нормалью к границе раздела сред и лучом отраженной волны. Единица измерения градус.

4.3.4.11 . Коэффициент отражения по амплитуде, коэффициент отражения ( Reflection coefficient ):

1 . Отношение амплитуды отраженной волны к амплитуде падающей волны у границы раздела сред.

2 . Отношение общего звукового давления отраженной волны к звуковому давлению падающей волны у границы раздела сред [ 10 ].

4.3.4.12 . Коэффициент отражения по энергии ( Energy reflection coefficient ) - отношение энергии отраженной волны к энергии падающей волны у границы раздела сред.

4.3.4.13 . Полное отражение ( Total reflection ):

1 . Отражение, при котором отраженная волна имеет тот же тип, что и падающая, а модуль коэффициента отражения равен единице.

2 . Отражение, происходящее при угле падения, превышающем критические углы, или при коэффициенте отражения, равном единице [ 10 ].

4.3.4.14 . Преломление ( Refraction ) - изменение направления распространения волны при переходе через границу раздела сред с разными скоростями распространения волн [ 10 ].

4.3.4. 15 . Преломленная волна ( Refracted wave ) - волна, изменившая свое направление при прохождении через границу раздела сред [ 10 ]. При преломлении возможна также трансформация волн.

4.3.4.16 . Угол преломления (Angle of refraction):

1 . Угол между лучом преломленной волны и нормалью к границе раздела сред.

2 . Угол между акустической осью преломленного пучка и нормалью к границе раздела сред [ 10 ].

4.3.4.17 . Показатель преломления ( Refractive index ):

1 . Отношение скорости падающей волны к скорости преломленной волны.

2 . Отношение скоростей звука в двух средах [ 10 ].

4.3.4. 18 . Коэффициент прохождения по амплитуде, коэффициент прозрачности ( Transmission coefficient ):

1 . Отношение амплитуды волны, прошедшей через границу раздела сред, к амплитуде падающей волны у этой границы.

Примечание . Коэффициенты прозрачности могут различаться в зависимости от того, по каким колебательным величинам они определялись: давлению, смещению и т.п.

2. Отношение звукового давления волны, прошедшей через границу раздела, к звуковому давлению падающей волны [ 10 ].

4.3.4. 19 . Коэффициент прохождения по энергии ( Energy transmission coefficient ) - отношение энергии волны, прошедшей через границу раздела сред, к энергии падающей волны у границы раздела.

4.3.4.20 . Трансформация волн (Wave transformation, mode conversion, wave conversion):

1 . Изменение типа волны при отражении или преломлении на границе раздела сред или в результате дифракции.

2 . Трансформация одной моды волны в другую в результате преломления или отражения [ 10 ].

4.3.4.21 . Закон Снеллиуса, закон синусов ( Snell ’ s low ) - закон, определяющий соотношение углов падения, отражения и преломления волн на границе раздела сред в зависимости от фазовых скоростей волн в этих средах.

4.3.4.22 . Рефракция ( Refraction ) - изменение направления волны при плавном изменении скорости в среде, в которой она распространяется.

4.3.4.23 . Критический угол ( Critical angle ) - угол падения ультразвукового луча, превышение которого приводит к исчезновению объемной волны (отраженной или преломленной) определенного типа и превращению ее в неоднородную волну.

4.3.4.24 . Первый критический угол ( first critical angle ) - угол падения продольной волны, превышение которого приводит к превращению преломленной продольной волны в неоднородную волну.

4.3.4.25 . Второй критический угол ( Second critical angle ) - угол падения продольной волны, превышение которого приводит к превращению преломленной поперечной волны в неоднородную волну.

4.3.4.26 . Третий критический угол ( Third critical angle ) - угол падения распространяющейся в твердом теле поперечной волны на свободную границу этого тела, превышение которого приводит к превращению отраженной продольной волны в неоднородную.

4.3.4.27 . Угловой эффект ( Corner effect ) - двойное отражение от отражателя и от поверхности вблизи него.

4.3.4.28 . Смещение ультразвукового пучка при отражении ( Beam displacement due to reflection ) - смещение пучка вследствие отражения от поверхности раздела. Зависит в основном от частоты и угла. (Смещение равно нулю при угле 45°) [ 10 ].

 

Рис. 4 . Смещение акустического пучка при отражении от границы раздела сред

4.3.4.29 . Акустическая тень ( Acoustic shadow ):

1 . Зона в объекте контроля, в которую упругая волна, распространяющаяся в данном направлении, по законам геометрической акустики не может попасть вследствие формы объекта или несплошности в нем.

2 . Зона в объекте контроля, в которую акустическая энергия, распространяющаяся в данном направлении, не может попасть вследствие формы объекта или несплошности в нем [ 10 ].

 

Рис. 5 . Акустическая тень (затемненная зона)

4.4 . Акустическое поле

4.4. 1 . Акустическое поле ( Acoustic field , sound field ):

1 . Область существования акустических волн. Представляется в виде распределения амплитуды волны в пространстве.

2 . Трехмерная структура излучения, полученная от источника акустической энергии [ 10 ].

4.4.2 . Ближняя зона, зона Френеля ( Near field , Fresnel - zone ):

1 . Прилегающая к излучателю зона, в которой акустическое поле имеет вид чередующихся между собой максимумов и минимумов, ограниченная расположением последнего максимума, после которого происходит монотонное уменьшение амплитуды с расстоянием. Протяженность ближней зоны круглого пьезоэлемента

,

где D - диаметр пьезоэлемента;

λ - длина волны.

2 . Зона, в которой вследствие интерференции звуковое давление не меняется монотонно с расстоянием. Эта зона ограничена последним максимумом звукового давления на оси пучка [ 10 ].

 

Рис. 6 . Параметры акустического пучка:

1 - излучатель; 2 - граница пучка; 3 - акустическая ось пучка; 4 - дальняя зона; r _б - протяженность ближней зоны; θ - угол расхождения пучка

4.4.3 . Дальняя зона, зона Фраунгофера ( Far field , Fraunhofer zone ):

1 . Область акустического поля, начинающаяся после последнего максимума ближней зоны. В дальней зоне амплитуда волны монотонно убывает с увеличением расстояния от излучателя.

2 . Зона ультразвукового пучка, начинающаяся после последнего максимума давления на оси пучка [ 10 ].

4.4.4 . Переходная зона ( Transitive zone ) - часть дальней зоны, в которой закон изменения амплитуды волны с расстоянием отличается от закона для сферического излучателя. Для круглых и квадратных излучателей находится на расстоянии от одной до трех ближних зон.

4.4.5 . Прожекторная зона ( Searchlight zone ) - область акустического поля, расположенная в ближней зоне излучателя, в которой волну можно считать плоской.

4.4.6 . Акустический пучок, звуковой пучок, ультразвуковой пучок ( Acoustic beam , sound beam , ultrasonic beam ):

1 . Пространственная геометрическая фигура, в пределах которой сосредоточена основная энергия упругой волны.

2 . Направленно распространяющаяся акустическая волна, обычно близкая по форме к конусу, в пределах которого сосредоточена большая часть акустической энергии [ 10 ].

4.4.7 . Эффективный акустический центр ( Effective acoustic center ) - условная точка, из которой исходят лучи, формирующие в дальней зоне излучателя сферический фронт волны.

Примечание. В общем случае может быть несколько таких точек в разных продольных сечениях акустического пучка. Это возможно, например, в поле наклонного преобразователя вследствие разных закономерностей расхождения лучей в дальней зоне в разных осевых плоскостях акустического пучка.

4.4.8 . Акустическая ось преобразователя ( Probe axis ):

1 . Линия, соединяющая точки максимальной амплитуды колебательной величины в дальней зоне излучающего в однородную среду преобразователя, и ее продолжение до эффективного акустического центра.

Примечания : 1. В преобразователе с акустической задержкой направление акустической оси в среде определяется законом синусов.

2 . Для преобразователя с осесимметричным активным элементом, имеющим одинаковый коэффициент преобразования во всех точках, акустическая ось совпадает с геометрической осью.

3 . От акустической оси отсчитываются угловые координаты, используемые для построения характеристики направленности преобразователя.

4 . Если у преобразователя имеется несколько эффективных акустических центров, то в ближней зоне возможна неоднозначность в выборе соответствующей линии, которая устраняется при рассмотрении акустического поля в фиксированной осевой плоскости.

2 . Геометрическая ось, проходящая через точку выхода преобразователя и служащая направлением, от которого отсчитываются угловые координаты, используемые для построения характеристики направленности преобразователя [ 10 ].

4.4.9 . Акустическая ось пучка, центральный лун ( Beam axis , central ray ) - линия, соединяющая точки максимумов амплитуды волны в дальней зоне, продолженная до эффективного акустического центра.

Примечания : 1. Для случая однородной среды центральный луч совпадает с акустической осью.

2 . Если у преобразователя имеется несколько эффективных акустических центров, то в ближней зоне возможна неоднозначность в выборе соответствующей линии, которая устраняется при рассмотрении акустического поля в фиксированной осевой плоскости.

4.4.10 . Квазиискривление акустической оси ( Quasibend of acoustic axis ) - изменение угла ввода, наблюдаемое при использовании наклонного преобразователя и измерении координат глубоко залегающих отражателей, вызываемое тем, что при поиске максимальной амплитуды эхосигнала от несплошности принимается волна под углом, меньшим угла ввода, и проходящая меньшее расстояние. Квазиискривление увеличивается с увеличением расхождения ультразвукового пучка и повышением затухания в среде.

4.4.1 1 . Край пучка ( Beam edge ) - граница акустического пучка в дальней зоне, на которой звуковое давление уменьшается до определенной части своего значения на оси пучка [ 10 ].

Примечание . Имеет форму конической поверхности.

4.4.12 . Форма пучка ( Beam profile ) - форма акустического пучка, ограниченного его краями [ 10 ].

4.4.13 . Расхождение пучка ( Beam divergence , beam spread ) - увеличение площади сечения акустического пучка с расстоянием в дальней зоне, приводящее к уменьшению амплитуды волны.

4.4.14 . Угол расхождения пучка ( Divergence angle ) - угол между прямыми, образованными при пересечении края пучка плоскостью, проходящей через его акустическую ось.

4.4.15 . Фокусировка акустического поля ( Focusing of acoustic field ) - увеличение амплитуды поля на определенном расстоянии от преобразователя, достигаемое путем сужения сечения ультразвукового пучка.

4.4.16 . Фокус, точка фокуса ( Focus , focal point ):

1 . Точка на акустической оси, в которой амплитуда поля имеет максимум.

2 . Точка на акустической оси, в которой звуковое давление имеет максимум [ 10 ].

4.4.17 . Фокус раздельно-совмещенного преобразователя ( Focus of dual search unit ) - точка в акустическом поле излучателя раздельно-совмещенного преобразователя, при помещении в которую ненаправленного отражателя достигается максимальная амплитуда эхосигнала. Расположена немного ближе к преобразователю, чем точка пересечения акустических осей излучателя и приемника.

4.4.18 . Фокусное расстояние ( Focal distance ) - расстояние от геометрического центра рабочей поверхности фокусирующего преобразователя до фокуса.

4.4.19 . Фокальная зона (Focal zone, depth of focus):

1 . Область в акустическом пучке фокусирующего преобразователя, в которой амплитуда волны превышает определенную часть от ее максимального значения.

2 . Область в акустическом пучке фокусирующего преобразователя, в которой звуковое давление превышает определенную часть от его максимального значения [ 10 ].

4.5 . Преобразователи, их элементы и параметры

4.5.1 . Типы преобразователей

4.5.1.1 . Электроакустический преобразователь ( Electro - acoustical transducer ) - устройство, преобразующее электрическую энергию в акустическую и обратно.

4.5.1.2 . Преобразователь (как конструктивный узел) ( Probe , search unit ):

1 . Законченный конструктивный узел акустического прибора неразрушающего контроля, служащий для излучения и (или) приема упругих колебаний и волн.

2 . Электроакустическое устройство, содержащее один или несколько активных элементов (например, пьезоэлементов), предназначенное для излучения и (или) приема акустических волн [ 10 ].

4.5.1.3 . Преобразователь электромеханический (как активный элемент) ( Transducer , crystal ):

1 . Электромеханический элемент, служащий непосредственно для преобразования электрической энергии в механическую (акустическую) и обратно (например, пьезоэлемент).

2 . Активный элемент преобразователя, преобразующий электрическую энергию в акустическую и обратно [ 10 ].

4.5. 1.4 . Вибратор ( Vibrator ) - конструктивный узел преобразователя, содержащий активные и пассивные элементы и используемый в качестве излучателя и (или) приемника упругих колебаний и волн. Используется в основном в низкочастотных методах акустического контроля.

4.5.1.5 . Пьезоэлектрический преобразователь ( Piezoelectric probe ):

1 . Преобразователь, использующий для излучения и (или) приема упругих волн один или несколько пьезоэлементов.

2 . Устройство, предназначенное для преобразования электрического (акустического) сигнала в акустический (электрический), основанное на использовании пьезоэлектрического эффекта и применяемое для работы в составе средства неразрушающего контроля [ 7 ].

4.5.1 .6 . Излучающий преобразователь ( Transmitting probe ) - преобразователь, используемый для излучения упругих волн.

4.5.1.7 . Приемный преобразователь ( Receiving probe ) - преобразователь, используемый для приема упругих волн.

4.5.1.8 . Прямой преобразователь (Normal probe, straight beam probe):

1 . Преобразователь для излучения и (или) приема упругих волн по нормали к поверхности объекта контроля.

2 . Преобразователь, акустическая ось которого перпендикулярна контактной поверхности [ 10 ].

4.5.1.9 . Наклонный преобразователь ( Angle probe ):

1 . Преобразователь для излучения и (или) приема упругих волн в направлениях, отличных от нормали к поверхности объекта контроля.

2 . Преобразователь, угол падения пучка которого отличается от прямого [ 10 ].

4.5.1.10 . Преобразователь с регулируемым углом ввода ( Variable angle probe ):

1 . Преобразователь, угол ввода которого можно изменять.

2 . Преобразователь с изменяемым углом падения [ 10 ].

4.5. 1.11 . Совмещенный преобразователь ( Single crystal probe , transceiver ):

1 . Преобразователь, активный элемент которого поочередно используется в качестве излучателя и приемника упругих волн.

2 . Преобразователь с одним активным элементом (обычно пьезоэлементом), служащий как для излучения, так и для приема ультразвуковых волн [ 10 ].

4.5.1.12 . Совмещенный преобразователь импедансного дефектоскопа ( Combined probe of MIA flaw detector ) - преобразователь, вибратор которого содержит разделенные волноводом излучающий и приемный пьезоэлементы и имеет одну зону контакта с объектом контроля.

4.5.1.13 . Дифференциальный преобразователь импедансного дефектоскопа ( Differential combined probe of MIA flaw detector ) - совмещенный преобразователь, вибратор которого имеет дополнительный компенсационный пьезоэлемент, служащий для минимизации выходного напряжения ненагруженного преобразователя и линеаризации его нагрузочной характеристики.

4.5.1.14 . Раздельно-совмещенный преобразователь ( Dual search unit , dual probe , send / receive probe , double ( twin ) probe ) - преобразователь, содержащий два расположенных в общем корпусе раздельных, акустически изолированных пьезоэлемента, один из которых излучает, другой - принимает ультразвуковые волны [ 10 ].

 

Рис. 7 . Раздельно-совмещенный преобразователь ультразвукового дефектоскопа:

А - корпус; В - акустическая изоляция; С - пьезоэлемент

4.5.1.15 . Преобразователь продольных волн ( Longitudinal wave probe , compressional wave probe ) - преобразователь для излучения и (или) приема продольных волн [ 10 ].

4.5.1.16 . Преобразователь поперечных волн ( Transverse wave probe , shear wave probe ) - преобразователь для излучения и (или) приема поперечных волн.

4.5. 1.17 . Преобразователь поверхностных волн, преобразователь волн Рэлея ( Surface wave probe , Rayleigh wave probe ) - преобразователь для излучения и (или) приема поверхностных волн Рэлея [ 10 ].

4.5.1.18 . Преобразователь волн Лэмба ( Lamb wave probe ) - преобразователь для излучения и (или) приема волн Лэмба [ 10 ].

4.5.1.19 . Контактный преобразователь ( Contact probe ) - преобразователь, использующий контактный способ передачи упругих волн через тонкую пленку жидкости или эластичного твердого материала, а также непосредственный акустический контакт с объектом контроля без промежуточных сред.

4.5. 1.20 . Иммерсионный преобразователь ( Immersion probe ) преобразователь, используемый для контроля иммерсионным методом.

4.5. 1.21 . Катящийся преобразователь ( Wheel probe ):

1 . Преобразователь, выполненный в виде колеса с шиной из эластичного материала. Работает по сухой или смоченной жидкостью поверхности объекта контроля.

2 . Преобразователь, содержащий один или несколько пьезоэлементов, смонтированных внутри эластичной шины. Ультразвуковой пучок вводится в объект контроля через вращающуюся контактную поверхность шины [ 10 ].

4.5.1.22 . Струйный преобразователь ( Jet probe , squirter probe ) - преобразователь, использующий для акустического иммерсионного контакта с объектом контроля непрерывную струю жидкости (обычно воды).

4.5. 1.23 . Преобразователь с локальной ванной ( Bubblier device ) - преобразователь с накладываемой на объект контроля локальной иммерсионной ванной, в которую подается контактная жидкость. Расстояние от пьезоэлемента до объекта контроля - до нескольких длин волн.

4.5.1.24 . Преобразователь, адаптированный к кривизне поверхности; преобразователь, сопряженный с поверхностью ( Countered probe ):

1 . Преобразователь, контактная поверхность которого в целях улучшения акустического контакта повторяет криволинейную поверхность объекта контроля.

2 . Преобразователь, форма контактной поверхности которого адаптирована к криволинейной форме объекта контроля [ 10 ].

4.5.1.25 . Хордовые преобразователи ( Chord type probes ) - парные (излучающий и приемный) наклонные контактные преобразовате ли, расположенные по одну сторону сварного шва и разнесенные друг от друга вдоль шва таким образом, что их акустические оси пересекаются в зоне контроля, а проходящая через них плоскость перпендикулярна поверхности вертикально ориентированных продольных несплошностей. Применяются для ультразвукового контроля эхометодом стыковых швов металлических и полиэтиленовых труб.

 

Рис. 8 . Схема контроля хордовыми преобразователями:

1 - излучающий преобразователь; 2 - приемный преобразователь; 3 - контролируемая труба; 4 - стыковой сварной шов; 5 - дефект сварного шва

4.5. 1.26 . Преобразователь с сухим точечным контактом ( Dry point contact probe ) - преобразователь, использующий сухой точечный контакт с объектом контроля.

4.5.1.27 . Бесконтактный преобразователь ( Noncontact probe ) - преобразователь, не требующий использования промежуточных жидких или твердых сред для ввода и приема упругих волн. Преобразователи с воздушной связью также относят к бесконтактным.

4.5. 1.28 . Преобразователь с воздушной связью ( Air coupled transducer ) - преобразователь, излучающий в объект контроля и (или) принимающий из него упругие колебания через воздух или другой газ.

4.5.1.29 . Электромагнитно-акустический преобразователь, ЭМА-преобразователь ( Electromagnetic acoustic transducer , EMAT , electrodynamic transducer ):

1 . Преобразователь, предназначенный для излучения и (или) приема упругих волн в электропроводящей среде в результате действия электромагнитных эффектов.

2 . Преобразователь, преобразующий электрические колебания в акустическую энергию и обратно, основанный на использовании эффекта магнитной индукции (эффекта Лоренца) [ 10 ].

Примечание. Первое определение точнее второго, так как формирование излученной волны происходит не только вследствие эффекта Лоренца, но и в результате взаимодействия, например, магнитных полюсов с объектом контроля, особенно, если последний является ферромагнетиком.

4.5.1.30 . Электростатический (конденсаторный) преобразователь ( Electrostatic transducer ) - преобразователь, использующий пондеромоторное взаимодействие (притяжение) между двумя пластинами, на которые подается переменное электрическое напряжение. Одной из пластин может являться объект контроля.

4.5. 1.31 . Магнитострикционный преобразователь ( Magnetostrictive transducer ) - преобразователь из материала, деформирующегося при помещении в магнитное поле, благодаря чему он позволяет преобразовывать электрические колебания в акустические и обратно [ 10 ].

4.5. 1.32 . Мозаичный преобразователь ( Transducer mosaic ):

1 . Упорядоченный набор пьезоэлементов, используемый в качестве единого преобразователя.

2 . Упорядоченный набор пьезоэлементов с одинаковыми характеристиками, используемый в качестве единого преобразователя [ 10 ].

4.5.1.33 . Фокусирующий преобразователь ( Focusing probe ):

1 . Преобразователь, акустическое поле которого концентрируют специальными устройствами (формой пьезоэлемента, линзами, электронным управлением и т.п.) в определенной области пространства.

2 . Преобразователь, акустический пучок которого концентрируют специальными устройствами (формой пьезоэлемента, линзами, электронным управлением и т.п.) [ 10 ].

4.5.1.34 . Фазированная решетка (Phased array, transducer array probe):

1 . Мозаичный преобразователь с несколькими активными элементами (обычно пьезоэлементами), управление которыми позволяет создавать акустические поля различных конфигураций.

2 . Преобразователь с несколькими раздельными активными элементами (обычно пьезоэлементами), управление которыми позволяет создавать акустические поля различных конфигураций [ 10 ].

4.5.1.35 . Линейная фазированная решетка ( Linear phased array ) - фазированная решетка, элементы которой расположены на одной линии.

4.5. 1.36 . Двумерная фазированная решетка (2 D phased array ) - фазированная решетка, элементы которой (обычно прямоугольной формы) расположены в одной плоскости.

4.5.1.37 . Кольцеобразная фазированная решетка ( Ring phased array ) - фазированная решетка, элементы которой составляют концентрические кольца.

4.5. 1.38 . Биморфный преобразователь ( Bimorph transducer , flexing piezoelectric element ) - пьезоэлектрический преобразователь, содержащий два пьезоэлемента (иногда в сочетании с пассивными элементами), соединенные так, что при возбуждении один из них расширяется, другой сжимается, в результате чего создаются изгибные колебания.

4.5.1.39 . Оптический (лазерный) преобразователь ( Optical laser transducer ) - преобразователь, использующий лазеры для излучения и (или) приема упругих волн.

4.5.2 . Элементы преобразователей

4.5.2.1 . Пьезоэлектричество ( Piezoelectricity ) - возникновение поверхностных электрических зарядов под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и возникновение деформации под действием электрического поля (обратный пьезоэффект) в некоторых анизотропных диэлектриках и полупроводниках.

4.5.2.2 . Пьезоэлемент ( Piezoelectric element , crystal ) - активный элемент преобразователя, выполненный из материала с пьезоэлектрическими свойствами.

4.5.2.3 . Металлизированный пьезоэлемент ( Metal plated crystal , metal plated transducer ) - пьезоэлемент с нанесенными на его поверхности металлическими электродами.

4.5.2.4 . Незащищенный (открытый) пьезоэлемент ( Bare crystal , bare transducer ) - пьезоэлемент без элементов защиты от истирания или иных повреждений.

4.5.2.5 . Защищенный пьезоэлемент ( Protected crystal , protected transducer ) - пьезоэлемент с элементами защиты от истирания или иных повреждений.

4.5.2.6 . Протектор преобразователя ( Wear plate , wear face , diaphragm ):

1 . Деталь, расположенная между пьезоэлементом и объектом контроля или иммерсионной средой, служащая для защиты пьезоэлемента от износа и механических повреждений.

2 . Составная часть преобразователя в виде тонкого слоя защитного материала, предохраняющего пьезоэлемент от непосредственного контакта с объектом контроля [ 10 ].

4.5.2.7 . Демпфер (Damping element, damper, transducer backing, buffer):

1 . Деталь преобразователя, предназначенная для увеличения затухания колебаний его активного элемента. Демпфер расширяет полосу пропускания преобразователя и уменьшает длительность излучаемых им импульсов, а также повышает прочность преобразователя.

2 . Материал, соединенный с тыльной поверхностью пьезоэлемента и предназначенный для гашения собственных колебаний последнего [ 10 ].

4.5.2.8 . Призма преобразователя (наклонного) ( Wedge , shoe ):

1 . Деталь в виде призмы специальной формы (обычно выполняемая из пластика), расположенная между пьезоэлементом преобразователя и объектом контроля и служащая для ввода в этот объект ультразвука под известным углом преломления и (или) приема упругих волн, падающих на поверхность ОК под углом, отличным от прямого.

2 . Деталь в виде призмы специальной формы (обычно выполняемая из пластика), являющаяся соединительным звеном между пьезоэлементом преобразователя и объектом контроля и служащая для ввода в этот объект ультразвука под известным углом преломления [ 10 ].

4.5.2.9 . Фокусирующий пьезоэлемент ( Focusing crystal , focusing transducer ) - пьезоэлемент, имеющий по крайней мере одну вогнутую поверхность и используемый для фокусировки акустического поля.

4.5.2.10 . Акустическая линза ( Acoustic lens ) - пассивный элемент преобразователя, расположенный между пьезоэлементом и объектом контроля или акустической задержкой, служащий для фокусировки акустического поля.

4.5.2.11 . Плоско-вогнутая линза ( Plane - concave lens ) - акустическая линза с одной плоской, другой вогнутой поверхностями.

4.5.2.12 . Двояковогнутая линза ( Biconcave lens ) - акустическая линза с двумя вогнутыми поверхностями.

4.5.2.13 . Согласование преобразователя со средой ( Matching transducer to the media ) - повышение эффективности излучения (или приема) преобразователя путем введения между ним и средой согласующего слоя с определенными параметрами.

4.5.2.14 . Согласующий слой ( Matching layer ) - слой материала с определенными волновым сопротивлением и толщиной, используемый для согласования преобразователя со средой.

4.5.2.15 . Титанат бария ( Barium titanate ) - пьезоэлектрическая керамика - титановокислый барий, ВаТ iO ₃ .

4.5.2.16 . Цирконат-титанат свинца, ЦТС ( Lead zirconate - titanate , PZT ) - тип пьезоэлектрической керамики.

4.5.2.17 . Метаниобат свинца ( Lead metaniobate ) - монокристаллический пьезоэлектрический материал, PbNb ₂ O ₆ .

4.5.2.18 . Кварц ( Quartz ) - монокристаллический пьезоэлектрический материал, SiO ₂ .

4.5.2.19 . Сульфат лития ( Lithium sulphate ) - монокристаллический пьезоэлектрический материал, Li ₂ SO ₄ H ₂ O .

4.5.2.20 . Ниобат лития ( Lithium niobate ) - монокристаллический пьезоэлектрический материал.

4.5.2.21 . Поливинилденфторид, ПВДФ ( Polyvinildenftoride , PVDF ) - полимерный гибкий пьезоэлектрический материал, используемый преимущественно для работы на высоких частотах.

4.5.2.22 . Кристалл Х-среза ( X - cut crystal ) - пластина из монокристаллического пьезоэлектрического материала (обычно кварца), вырезанная таким образом, что ее кристаллографическая ось Y перпендикулярна поверхностям с нанесенными на них электродами. Используется в качестве излучателя и (или) приемника продольных волн [ 10 ].

4.5.2.23 . Кристалл Y -среза ( Y - cut crystal ) - пластина из монокристаллического пьезоэлектрического материала (обычно кварца), вырезанная таким образом, что ее кристаллографическая ось Y перпендикулярна поверхностям с нанесенными на них электродами. Используется в качестве излучателя и (или) приемника поперечных волн [ 10 ].

4.5.2.24 . Линия задержки, акустическая задержка ( Delay line , buffer rod , standoff ) - материал (твердый или жидкий), расположенный между преобразователем и объектом контроля и используемый для задержки акустического импульса на время его распространения в этом материале.

4.5.2.25 . Контактный наконечник ( Contact tip ) - деталь преобразователя с сухим точечным контактом, имеющая малую волновую длину и остроконечную или сферическую контактную поверхность, обычно выполняемая из твердого, износостойкого материала (корунда, алмаза, закаленной стали и т.п.).

4.5.2.26 . Накладка ( Lap ) - пассивный элемент вибратора составного преобразователя, изменяющий (обычно снижающий) собственную частоту его активного элемента.

4.5.2.27 . Тыльная масса ( Backing mass ) - пассивный элемент вибратора составного преобразователя, служащий инерционной нагрузкой тыльной стороны пьезоэлемента и используемый для повышения интенсивности излучения вибратора в рабочую нагрузку и увеличения уровня принятого сигнала.

Примечание. В пьезоэлектрических акселерометрах подобный элемент используют для повышения чувствительности и называют инерционной (сейсмической) массой.

4.5.2.28 . Корпус преобразователя ( Housing , probe case , probe casing ) - конструктивный узел, в котором размещены все элементы преобразователя.

4.5.2.29 . Звукопровод, волновод ( Wave guide ) - пассивный элемент акустической системы, служащий для передачи упругих волн между элементами акустической системы (например, от излучателя к находящемуся при высокой температуре объекту контроля).

4.5.3 . Характеристики преобразователей

4.5.3.1 . Рабочая поверхность преобразователя ( Probe operating surface ) - поверхность преобразователя, через которую он излучает и (или) принимает упругие колебания.

4.5.3.2 . Точка выхода преобразователя ( Probe index ) - точка пересечения акустической оси пучка с рабочей поверхностью преобразователя. Проекцию этой точки на боковую поверхность наклонного преобразователя обычно отмечают риской на этой поверхности [ 10 ].

4.5.3.3 . Угол призмы преобразователя ( Wedge angle ) - угол между плоскостью активного элемента (обычно пьезоэлемента) и рабочей поверхностью преобразователя. Равен углу между акустической осью пьезоэлемента в теле призмы и нормалью к рабочей поверхности преобразователя.

4.5.3.4 . Угол ввода преобразователя ( Angle of probe ) - угол между нормалью к поверхности ввода и линией, соединяющей центр цилиндрического отражателя стандартного образца с точкой выхода преобразователя при его положении, соответствующем максимальной амплитуде эхосигнала от отражателя.

4.5.3.5 . Номинальный угол преобразователя ( Nominal angle of probe ):

1 . Установленное значение угла, под которым упругая волна излучается и (или) принимается наклонным преобразователем для среды с данными акустическими параметрами и при заданной температуре.

2 . Установленное значение угла преломления наклонного преобразователя для данного материала и температуры [ 10 ].

4.5.3.6 . Номинальная частота ( Nominal frequency ) - рабочая частота преобразователя, выбранная изготовителем (обычно из рекомендуемого ряда).

4.5.3.7 . Характеристика направленности преобразователя ( Directivity characteristic , directivity function ) - зависимость амплитуды (или интенсивности) акустического поля в дальней зоне преобразователя на постоянном расстоянии от эффективного акустического центра излучения от угла между центральным лучом преобразователя и прямой, проходящей через эффективный акустический центр и текущую точку. Характеристика направленности может быть выражена в аналитической или графической форме.

Примечание. Обычно диаграмму направленности рассматривают в определенном продольном сечении акустического поля излученной волны, что исключает неопределенность в нахождении эффективного акустического центра.

4.5.3.8 . Диаграмма направленности преобразователя ( Directivity characteristic ) - графическое представление характеристики направленности преобразователя в декартовых или полярных координатах.

4.5.3.9 . Основной лепесток диаграммы направленности ( Main lobe of directivity characteristic ) - область диаграммы направленности, включающая в себя ее максимум и ограниченная ближайшими к нему нулями или достаточно глубокими (обычно 0,1 или =0,316 от максимального значения) минимумами.

4.5.3.10 . Боковые лепестки диаграммы направленности ( Side lobes of directivity characteristic ) - области диаграммы направленности, прилегающие к ее локальным максимумам и лежащие за пределами ее основного лепестка.

4.5.3.11 . Уровень боковых лепестков ( Side lobes level ) - максимальный уровень диаграммы направленности за пределами основного ее лепестка [ 5 ].

4.5.3. 12 . Ширина основного лепестка диаграммы направленности преобразователя ( Directivity characteristic width ) - угол расхождения основного лепестка диаграммы направленности преобразователя. При работе в режиме излучения или приема уменьшение амплитуды на краях пучка обычно составляет 3 дБ, а в режиме двойного преобразования - 6 дБ, иногда - 10 и 20 дБ соответственно.

4.5.3.13 . Рабочая частота ( Operation frequency ) - частота, соответствующая максимальной амплитуде спектра акустического сигнала, излученного и (или) принятого преобразователем, при условии, что этот максимум единственный. В остальных случаях частота определяется интерференционным способом или по трем периодам колебаний вблизи максимума.

Примечание. Рабочая частота определяется характеристиками преобразователя, дефектоскопа и среды, являющейся акустической нагрузкой активного элемента преобразователя.

4.5.3.14 . Стрела преобразователя ( X - value ) - расстояние от точки выхода наклонного преобразователя до его передней грани [ 2 ].

4.5.3.15 . Передаточная функция преобразователя ( Probe transfer f unction ) - комплексное отношение параметров сигнала на выходе преобразователя с определенными нагрузками его механических и электрической сторон к параметрам сигнала на его входе. В режиме излучения: параметры сигнала на выходе - звуковое давление, смещение или колебательная скорость, на входе - электрическое напряжение или ток. В режиме приема: параметры сигнала на выходе - электрическое напряжение или ток, на входе - звуковое давление, смещение или колебательная скорость.

4.5.3.16 . Коэффициент преобразования ( Probe conversion coefficient ) - модуль передаточной функции преобразователя.

4.5.3.17 . Коэффициент двойного преобразования ( Probe double conversion coefficient ) - произведение коэффициентов преобразования для режимов излучения и приема.

4.5.3.18 . Амплитудно-частотная характеристика преобразователя, АЧХ преобразователя ( Frequency response ) - зависимость коэффициента преобразования от частоты.

4.5.3.19 . Полоса пропускания преобразователя ( Transducer ’ s bandwidth , probes bandwidth ) - интервал частот, в пределах которого АЧХ коэффициента преобразования составляет не менее 0,707 (режимы излучения или приема) или 0,5 (совмещенный режим излучения-приема) от максимального.

Примечание . Число полос пропускания преобразователя может быть больше единицы.

4.5.3.20 . Частота максимума преобразования ( Frequency of maximum conversion ) - частота, соответствующая максимальному значению амплитудно-частотной характеристики электроакустического преобразователя.

4.5.3.21 . Акустическая нагрузка преобразователя ( Acoustic load ) - среда (твердая, жидкая или газообразная), нагружающая рабочую поверхность преобразователя. Степень акустической нагрузки определяется входным акустическим импедансом этой среды.

Примечание. Если условия работы исключают приход отраженных сигналов во время излучения, то вместо акустического импеданса используют волновое сопротивление среды.

4.5.3.22 . Электрическая нагрузка преобразователя ( Electric load ) - импеданс цепи, нагружающий электрическую сторону преобразователя.

4.5.3.23 . Согласование преобразователя с электрической нагрузкой ( Matching transducer to the electric load ) - повышение эффективности излучения (или приема) преобразователя путем включения между ним и его электрической нагрузкой согласующей электрической цепи с определенными параметрами, например, катушки индуктивности или трансформатора.

4.5.3.24 . Пьезоэлектрические постоянные ( Piezoelectric constants ) - параметры, характеризующие свойства пьезоэлектрика как электромеханической колебательной системы.

4.5.3.25 . Коэффициент электромеханической связи ( Electromechanical coupling coefficient , coupling coefficient ) - основной параметр, показывающий, какая часть общей энергии W пьезоэлектрика преобразуется в механическую W _м или электрическую W _е Определяется по формуле . Значение b зависит от материала и моды колебаний пьезопреобразователя. Для колеблющегося по толщине пьезоэлемента из кварца b =0,094, из пьезокерамики ЦТС-19 - b =0,4.

4.5.3.26 . Пьезоэлектрический модуль, пьезомодуль ( Piezoelectric modulus ) - отношение d электрического заряда q , возникающего на обкладках пьезоэлемента, к вызывающей его деформацию силе F : d = q / F . Единица измерения Кл/Н.

4.5.3.27 . Точка Кюри ( Curie point ) - температура, выше которой пьезоэлектрик теряет пьезоэлектрические свойства. Единица измерения °С.

4.5.3.28 . Максимальная рабочая температура преобразователя ( Maximum operation temperature ) - максимальная температура, при которой может работать преобразователь. Для пьезопреобразователя обычно несколько меньше точки Кюри. Единица измерения ° С.

4.5.3.29 . Напряжение поляризации ( Polling voltage ) – постоянное напряжение, используемое для придания заготовкам из пьезокерамики пьезоэлектрических свойств. Единица измерения В.

4.5.3.30 . Пакет пьезоэлементов ( Slack ) - пакет из нескольких скрепленных между собой пьезоэлементов. Обычно пьезоэлементы соединяют механически последовательно, а электрически параллельно.

4.5.3.31 . Коэффициент демпфирования преобразователя ( Probe damping factor ) - величина, обратная числу полупериодов, необходимых для уменьшения уровня сигнала до определенного процента от максимальной амплитуды импульса [ 10 ].

 

Рис. 9 . Определение коэффициента демпфирования преобразователя.

При затухании амплитуды импульса до 25 % максимального значения коэффициент демпфирования равен обратному числу полупериодов (4), то есть 1/4=0,25

4.5.3.32 . Размер активного элемента преобразователя ( Transducer size ) - геометрический размер активного элемента преобразователя [ 10 ].

4.5.3.33 . Эффективный размер активного элемента преобразователя ( Effective transducer size ):

1 . Размер фактически функционирующей части активного элемента преобразователя, рассчитанный по измеренным значениям длины волны и протяженности ближней зоны или параметрам диаграммы направленности преобразователя. Обычно не превосходит геометрического размера активного элемента преобразователя.

2 . Уменьшенный размер активного элемента преобразователя, определенный измерением длины волны и протяженности ближней зоны [ 10 ].

4.5.3.34 . Путь в задержке ( Delay path ) - путь акустического пучка от пьезоэлемента до точки выхода преобразователя [ 10 ]. Единица измерения мм.

4.5.3.35 . Апертура ( Aperture ) - размеры поверхности объекта контроля, через которую происходят излучение и прием упругих колебаний. Для узконаправленных преобразователей в традиционных схемах контроля апертурой называют размеры рабочей поверхности преобразователя. Для преобразователей с широкой диаграммой направленности, или с переменным углом ввода, апертура определяется размером всей зоны сканирования преобразователя, через которую происходит излучение в направлении выделенной области объекта контроля и прием эхосигналов. Единица измерения мм².

4.6 . Способы акустического контакта

4.6.1 . Акустический контакт ( Acoustic contact ) - соединение рабочей поверхности электроакустического преобразователя с объектом контроля, обеспечивающее прохождение акустических волн между ними.

4.6.2 . Контактная среда, контактная пленка ( Couplant , coupling medium , coupling film ) - среда, помещаемая между преобразователем и объектом контроля для обеспечения прохождения акустических волн между ними.

4.6.3 . Контактный способ ( Contact technique ) - акустический контакт преобразователя, прижатого к объекту контроля, через слой жидкости толщиной менее половины длины волны.

4.6.4 . Иммерсионный способ ( Immersion technique ) - акустический контакт через слой жидкости толщиной, большей пространственной протяженности акустического импульса, или нескольких длин волн для непрерывного излучения [ 2 ].

4.6.5 . Щелевой способ ( Gap testing technique ) - акустический контакт через слой жидкости толщиной порядка длины волны [ 2 ].

4.6.6 . Струйный способ ( Jet technique , squirter technique ) - акустический контакт через струю жидкости, создаваемую между преобразователем и объектом контроля [ 2 ].

4.6.7 . Сухой контакт ( Dry contact ) - акустический контакт без применения жидкостей, смачивающих объект контроля.

4.6.8 . Сухой точечный контакт ( Dry point contact ) - сухой акустический контакт через двояковыпуклую поверхность преобразователя (обычно сферическую или коническую), имеющий малую площадь соприкосновения с объектом контроля.

4.6.9 . Бесконтактный способ ( Noncontacting technique ) - способ ввода и (или) приема упругих колебаний без применения жидких или твердых контактных сред.

4.6.10 . Способ с воздушной связью ( Air coupled technique ) - способ, использующий воздух (или иной газ) в качестве контактной среды между преобразователем и объектом контроля.

4.6. 11 . Контактная гибкость ( Contact flexibility , contact compliance ) - гибкость малой по сравнению с длиной волны зоны контакта преобразователя с объектом контроля при сухом точечном способе контакта. Упругое сопротивление контактной гибкости ухудшает передачу энергии между преобразователем и объектом контроля.

4.6.12 . Статическая контактная гибкость ( Static contact flexibility ) - гибкость, связанная с действием статической силы, вы зывающей постоянное смещение упругого элемента. Для сухого точечного контакта статическая гибкость - существенно нелинейная величина.

4.6.13 . Динамическая контактная гибкость ( Dynamic contact flexibility ) - отношение амплитуды и_т переменной составляющей смещения упругого элемента к амплитуде F_m возбуждающей колебания гармонической силы. При сухом точечном контакте наряду с гармонической силой на элемент упругости обычно действует постоянная сила F ₀ , причем F_m << F ₀ . При этом динамическая контактная гибкость - практически линейная величина.

4.6.14 . Потери в контактной среде ( Coupling losses ) - потери акустической энергии на границе раздела преобразователя с объектом контроля [ 10 ].

4.6.15 . Согласование акустических импедансов ( Acoustical impedance matching ) - согласование акустических импедансов двух контактирующих тел (сред) из различных материалов для оптимизации передачи акустической энергии между ними [ 10 ].

4.7 . Акустические методы неразрушающего контроля

4.7.1 . Акустический метод ( Acoustic method ):

В широком смысле: метод неразрушающего контроля, использующий упругие (акустические) колебания и волны звуковых и ультразвуковых частот (от 0 до 1 ГГц).

В узком смысле ( sonic method ): метод неразрушающего контроля, использующий упругие колебания и волны звуковых (иногда и низких ультразвуковых) частот.

4.7.2 . Ультразвуковой метод ( Ultrasonic method ) - акустический метод, использующий упругие колебания и волны ультразвуковых частот (более 20 кГц).

4.7.3 . Активный акустический метод ( Active acoustic method ) - метод, основанный на излучении и приеме упругих волн.

4.7.4 . Пассивный акустический метод ( Passive acoustic method ) - метод, основанный только на приеме упругих волн, источником которых служит сам контролируемый объект.

4.7.5 . Метод прохождения [Through transmission method (technique), transmission technique]:

1 . Метод, основанный на раздельном излучении и приеме упругих волн, регистрации волн, прошедших через объект контроля, и анализе параметров принятых сигналов (например: амплитуды, фазы, времени распространения и т.п.). Метод реализуется с преобразователями, излучающими непрерывные или импульсные колебания.

2 . Метод ультразвукового контроля, в котором качество материала оценивают по интенсивности ультразвуковой энергии, регистрируемой приемным преобразователем после ее прохождения через материал. Метод реализуется с преобразователями, излучающими непрерывные или импульсные колебания [ 10 ].

4.7.6 . Амплитудный метод прохождения [ Through transmission method ( technique )] - метод прохождения, основанный на анализе амплитуды принятого сквозного сигнала.

4.7.7 . Теневой метод [ Through transmission method ( technique )] - амплитудный метод прохождения, основанный на изменении (обычно уменьшении) амплитуды сквозного сигнала, обусловленном наличием дефекта.

4.7.8 . Временной метод прохождения, временной теневой метод [ Through transmission method ( technique )] - метод прохождения, основанный на изменении (увеличении) времени прохождения принятого сигнала в зоне дефекта вследствие удлинения пути ультразвукового пучка.

Примечание. В отличие от велосиметрического метода здесь дефект не меняет тип упругой волны.

4.7.9 . Метод многократной тени [ Through transmission method ( technique )] - метод прохождения, основанный на приеме акустических импульсов, многократно прошедших через объект контроля.

4.7.10 . Велосиметрический метод ( Velocimetric method ) - метод прохождения, основанный на анализе изменения скорости распространения упругих волн в зоне дефекта. Применяется в нескольких вариантах с односторонним и двусторонним доступом к объекту контроля. Область применения - дефектоскопия многослойных конструкций.

4.7.11 . Метод отражения , эхо - метод (Reflection method, echo method):

1 . Метод, основанный на излучении в объект контроля акустических импульсов, отражении их от границ раздела сред и неоднородностей, приеме отраженных импульсов и анализе их параметров.

2 . Метод, в котором излучают ультразвуковые импульсы и принимают эхосигналы, отраженные за время одного цикла [ 10 ].

Примечание. Здесь цикл - промежуток времени между двумя соседними зондирующими импульсами.

4.7.12 . Дифракционно-временной метод ( Time of flight diffraction method , TOFD method ) - метод отражения, использующий раздельные излучающий и приемный преобразователи и основанный на приеме и анализе времени распространения волн, дифрагированных на несплошности.

4.7. 13 . Дельта-метод ( Delta method ) - метод отражения, основанный на посылке в объект контроля наклонным преобразователем поперечной волны и приеме другим преобразователем отраженной от дефекта трансформированной продольной волны.

4.7. 14 . Реверберационный метод, метод многократных отражений ( Reverberation method , multiple - echo technique ):

1 . Метод, основанный на анализе эхосигналов, многократно отраженных от границ раздела сред в объекте контроля.

2 . Метод, использующий многократно отраженные эхосигналы от донной поверхности или неоднородности в объекте контроля. Метод применяют для оценки:

амплитуд сигналов, когда для контроля качества материала или соединения используют амплитуды последовательных эхо-сигналов;

длины пробега ультразвуковых волн. При измерении толщины стенки применение многократных отражений повышает точность отсчета [ 10 ].

4.7.15 . Эхо-зеркальный метод ( Echo - mirror method ) - метод отражения, основанный на анализе параметров акустических импульсов, отраженных от несплошности и донной поверхности объекта контроля [ 2 ].

4.7.16 . Зеркально-теневой метод ( Mirror through transmission method ) - метод отражения, основанный на приеме донного сигнала, по изменению амплитуды которого судят о наличии дефекта.

4.7.17 . Иммерсионный метод ( Immersion technique ) - метод, в котором объект контроля и преобразователи погружены в жидкость, используемую в качестве контактной среды и (или) преломляющей призмы. Погружение может быть полное или частичное.

4.7.18 . Комбинированный метод ( Combined method ) - метод, одновременно использующий более одного акустического метода контроля.

4.7.19 . Эхо-теневой метод - комбинированный метод, основанный на анализе параметров сквозного сигнала и эхосигнала от дефекта.

4.7.20 . Эхо-сквозной метод - комбинированный метод, основанный на анализе сквозного сигнала и эхосигналов от дефектов, отраженных в направлении приемного преобразователя.

4.7.21 . Реверберационно-сквозной метод ( Acoustic - ultrasonic method ) - метод прохождения, основанный на анализе параметров импульсов, прошедших к приемному преобразователю в результате многократных отражений от поверхностей объекта контроля.

4.7.22 . Когерентный метод ( Coherent method ) - метод, использующий фазовую, амплитудную и временную характеристики информативных сигналов.

4.7.23 . Некогерентный метод ( Incoherent method ) - метод, в отличие от когерентного не использующий фазовую характеристику информативных сигналов.

4.7.24 . Метод тандем (Tandem technique):

1 . Разновидность эхо-зеркального метода, основанного на применении двух одинаковых наклонных преобразователей. Преобразователи направлены в одну сторону так, что их акустические оси лежат в одной плоскости, перпендикулярной поверхности объекта контроля, причем один из преобразователей используется для излучения-приема, другой - только для приема ультразвуковой волны. Основное назначение способа - обнаружение плоскостных несплошностей, перпендикулярных к поверхности объекта контроля.

2 . Метод, основанный на применении двух или большего числа наклонных преобразователей, обычно с одинаковыми углами падения. Преобразователи направлены в одну сторону так, что их акустические оси лежат в одной плоскости, перпендикулярной поверхности объекта контроля, причем один из преобразователей используется для излучения, другой - для приема ультразвуковой энергии. Основное назначение способа - обнаружение дефектов, перпендикулярных к поверхности объекта контроля [ 10 ].

 

Рис. 10 . Методы тандем (а) и дуэт (б):

1 - излучающий преобразователь; 2 - приемный преобразователь; 3 - точка приема эхосигнала; 4 - точка ввода; 5 - отражатель

4.7.25 . Метод тандем-Т ( Tandem - T technique ) - разновидность эхо-зеркального метода, в котором излучается поперечная волна, а принимается трансформированная на несплошности продольная волна. Применяется при ограниченной ширине зоны сканирования.

4.7.26 . Метод тандем-дуэт, метод стредл ( Tandem - duet technique ) - разновидность эхо-зеркального метода, основанного на применении двух одинаковых наклонных преобразователей, расположенных как по разные стороны усиления сварного шва (например, для обнаружения поперечных трещин), так и с одной стороны шва (например, для выявления продольных вертикальных трещин) таким образом, что их акустические оси пересекаются в сечении шва, а плоскости падения центральных лучей ультразвуковых пучков излучающего и приемного преобразователей расположены под углом друг к другу (обычно 100°-110°).

4.7.27 . Импедансный метод ( Mechanical impedance analysis method , MIA method ) - метод, основанный на возбуждении в объекте контроля упругих колебаний и анализе изменений механического импеданса участка поверхности этого объекта. Применяется для дефектоскопии соединений в многослойных конструкциях.

4.7.28 . Метод контактного импеданса [ Ultrasonic contact impedance method ( technique ), UCI method ] - вариант импедансного метода, основанный на анализе механического импеданса зоны сухого точечного контакта стержневого преобразователя с объектом контроля. Применяется для измерения твердости.

4.7.29 . Акустическая микроскопия ( Acoustic microscopy ) - вариант эхо-метода, отличающийся использованием повышенных (до 100 МГц) частот, острой фокусировки и автоматического сканирования с малым шагом объектов небольшого размера. Применяется для обнаружения неглубоких дефектов размером в десятки микрометров.

4.7.30 . Метод собственных колебаний ( Natural vibration method ) - метод, основанный на анализе собственных частот и затухания упругих колебаний, измеренных в режиме вынужденных или свободных колебаний.

4.7.31 . Интегральный метод собственных колебаний ( Integral natural vibration method ) - метод собственных колебаний, использующий вынужденные или свободные колебания объекта контроля как единого целого.

4.7.32 . Интегральный резонансный метод ( Integral resonance method ) - интегральный метод собственных колебаний, использующий вынужденные колебания объекта контроля как единого целого. Основное применение - контроль физико-механических свойств абразивных инструментов, бетона, керамики и других материалов.

4.7.33 . Локальный метод собственных колебаний ( Local natural vibration method ) - метод собственных колебаний, использующий вынужденные или свободные колебания части объекта контроля.

4.7.34 . Локальный резонансный метод ( Local resonance method ) - локальный метод собственных колебаний, использующий вынужденные колебания. Основное применение - измерение малых толщин при одностороннем доступе.

4.7.35 . Метод свободных колебаний ( Free vibration method ) - метод собственных колебаний, использующий свободные колебания объекта контроля.

4.7.36 . Интегральный метод свободных колебаний ( Integral free vibration method ) - метод свободных колебаний, использующий колебания объекта контроля как единого целого. Основное применение - контроль физико-механических свойств абразивных инструментов, бетона, керамики и других материалов.

4.7.37 . Локальный метод свободных колебаний ( Local free vibration method ) - метод свободных колебаний, использующий колебания части объекта контроля. Основное применение - дефектоскопия многослойных конструкций.

4.7.38 . Акустическая голография ( Acoustical holography ) - метод получения изображений дефектов, основанный на обработке принятых сигналов с учетом их амплитуд, фаз и времени прихода. Используется преимущественно для экспертной оценки характеристик обнаруженных дефектов.

4.7.39 . Голографическое изображение ( Holographic presentation ) - изображение, полученное с использованием акустической голографии.

4.7.40 . Цифровая (компьютерная) акустическая голография ( Digital acoustic holography ) - акустическая голография с использованием компьютерной обработки сигналов.

4.7.41 . Метод синтезированной апертуры ( Synthetic aperture technique ) - эхо-метод, основанный на расширении апертуры путем сканирования объекта контроля преобразователем с широкой диаграммой направленности и когерентной обработки принятых сигналов.

4.7.42 . Метод синтезированной фокусированной апертуры, метод SAFT ( Synthetic aperture focusing technique , SAFT ) - эхо-метод, основанный на создании сфокусированного акустического поля в заданных областях объекта контроля путем сканирования его преобразователем с широкой диаграммой направленности и когерентной обработки принятых сигналов.

4.7.43 . Многочастотная компьютерная акустическая голография ( SAFT FFT ) - эхо-метод, основанный на получении голографического изображения дефектов с использованием метода синтезированной фокусированной апертуры и быстрого преобразования Фурье.

Примечание. Расшифровка сокращений английских терминов дана в пп. 4.7.42 и 4.8.23.

4.7.44 . Ультразвуковая томография ( Ultrasonic tomography ) - получение двумерных изображений сечений объекта контроля с использованием метода прохождения или эхо-метода. Обычно применяют прозвучивание под различными ракурсами и компьютерную реконструкцию изображений.

4.7.45 . Акустико-топографический метод ( Acousic - topographic method ) - метод, основанный на возбуждении в контролируемом объекте мощных упругих колебаний меняющейся частоты и регистрации дефектов по изменению амплитуд колебаний над ними. Основное применение - дефектоскопия многослойных конструкций.

4.7.46 . Термоакустический метод, ультразвуковая локальная термография ( Ultrasound lock - in - thermography ) - метод неразрушающего контроля, основанный на возбуждении в объекте контроля мощных низкочастотных (порядка 20 кГц) упругих колебаний. Зоны дефектов усиливают переход упругих колебаний в тепло, что регистрируют тепловизором.

4.7.47 . Фотоакустическая микроскопия ( Photoacoustic imagery , photoacoustic microscopy ) - метод неразрушающего контроля, использующий термоупругий эффект. Акустические колебания в объекте контроля возбуждают модулированным световым потоком (например, импульсным лазером), принимают пьезоэлементом или иным способом. Область использования - контроль элементов электронной техники, небольших деталей.

4.7.48 . Нелинейный акустический метод ( Non - linear acoustic method ) - метод, использующий влияние параметров материала объекта контроля на степень его линейности как среды распространения упругих волн. Снижение прочности материала и нарушение его однородности увеличивают нелинейность среды. Степень нелинейности оценивают по уменьшению скорости звука и росту содержания высших гармоник в прошедшем через материал сигнале при увеличении амплитуды волны. Одна из областей применения - контроль прочности бетона.

4.7.49 . Акустико-эмиссионный метод ( Acoustic emission method ) - метод диагностики, неразрушающего контроля, испытаний, основанный на анализе параметров упругих волн акустической эмиссии [27]*.

4.7.50 . Вибрационно-диагностический метод ( Vibration diagnostics method ) - пассивный акустический метод, основанный на анализе параметров спектра вибрации, возникающей при работе контролируемого механизма.

4.7.51 . Шумодиагностический метод ( Noise diagnostics method ) - пассивный акустический метод, основанный на анализе параметров акустических шумов, возникающих при работе контролируемого механизма.

Далее

Специалисты организация Независимая Экспертиза готовы помочь как физическим, так и юридическим лицам в определении различных видов оценки,проведении различных видов экспертиз.

У Вас нерешенные вопросы или же Вы захотите лично пообщаться с нашими специалистами или заказать наши услуги, всю необходимую для этого информацию можно получить в разделе "Контакты".

Вернуться

С нетерпением ждем Вашего звонка и заранее благодарим за оказанное доверие

 

Независимая Экспертиза правовая база

Волгоград, ул. Иркутская, 7 (остановка ТЮЗ, отдельный вход с торца здания). 400074, г.

Заключение независимой экспертной организации имеет статус официального документа доказательного значения и может быть использовано в суде.