Методы собственных колебаний
Эти методы основаны на возбуждении в объекте контроля вынужденных или свободных колебаний и измерении их параметров: собственных частот и величин потерь.
Свободные колебания возбуждают путем кратковременного воздействия на объект контроля, например, механическим ударом, после чего он колеблется в отсутствии внешних воздействий.
Вынужденные колебания создают воздействием внешней силы с плавно изменяемой частотой (иногда применяют длинные импульсы с переменной несущей частотой).
Различают интегральные и локальные методы. В интегральных методах анализируют собственные частоты объектов контроля как единого целого, в локальных – отдельных его участков.
Интегральные методы свободных и вынужденных колебаний предусматривают возбуждение колебаний во всем изделии или значительном его участке. Методы применяют для контроля физико-механических свойств изделий из бетона, керамики, металлического литья, образивных и других материалов. Эти методы не требуют сканирования и отличаются высокой производительностью, но не дают информации о месте расположения и характере дефектов.
Локальный метод свободных колебаний основан на возбуждении свободных колебаний на небольшом участке объекта контроля. Метод применяют для контроля сложных конструкций по изменению спектра частоты в части изделии, возбуждаемый путем удара; для измерения толщин (особенно малых), труб и других объектов контроля посредством воздействия кратковременным акустическим импульсом.
Локальный метод вынужденных колебаний (УЗ-резонансный метод) основан на возбуждении колебаний, частоту которых плавно изменяют. При совпадении частот возбуждения с собственными частотами ОК в системе возникают резонансы. Изменение толщины вызовет смещение резонансных частот, появление дефектов - исчезновение резонансов (если дефект наклонный к поверхности изделия) или изменение их частот (если дефект параллелен поверхности). Этим методом можно проверять очень тонкие изделия, недоступные контролю эхометодом.
Метод акустического импеданса
Акустический импеданс – акустическое сопротивление среды, оказываемое распространению механических колебаний.
Метод акустического импеданса заключается в регистрации УЗ-колебаний стержня, опирающегося на поверхность изделия. Подповерхностные дефекты изменяют акустический импеданс данного участка изделия, что отражается на амплитуде ,частоте собственных колебаний стержня. Изменяется и сила реакции изделия на стержень.
Если в изделии нет дефекта – сила реакции изделия на стержень будет большой. В случае наличия дефекта неприклееный участок колеблется независимо от всего изделия, при этом сила реакции резко уменьшается.
Метод акустического импеданса позволяет вести контроль при одностороннем доступе к изделию, без смазки между стержнем и изделием. Он применяется при контроле слоистых изделий, позволяет обнаруживать непроклеенные и непропаянные зоны, в клеевых и паяных деталях. Данный метод использует колебания от нескольких сотен Гц до 40 кГц.
Бесконтактный способ
Кроме пьезоэффекта для возбуждения и приема акустических волн используют также другие явления, на которых основаны различные типы электроакустических преобразователей (ЭАП). Преимущество их перед ПЭП в бесконтактности, т.е. они не требуют контактной жидкости. В большинстве из них электрическая или тепловая энергия преобразуется в упругие колебания поверхности изделия в самом изделии.
Выделяют следующие бесконтактные способы:
1. Воздушно-акустический
2. Электростатический
3. Воздушной ударной волной
4. Электромагнито-акустический (ЭМА)
5. Оптический (лазерный)
В воздушно-акустическом способе связи контактной средой между ПЭП и изделием является воздух. Такой способ контакта приводит к потере чувствительности. Основные причины этого – плохое согласование ПЭП с воздухом, большой коэффициент отражения от границы воздух – твердое тело, большое затухание УЗ в воздухе.