Основные способы возбуждения ультразвуковых колебаний

В настоящее время в ультразвуковой дефектоскопии применяются несколько способов возбуждения колебаний, основанных на различных физических явлениях.

Пьезоэлектрический способ

Этот способ, основанный на явлении пьезоэлектрического эффекта, получил наибольшее распространение. Явление возникновения электрических зарядов на поверхности пластины при ее деформации называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. Изменений размеров пластины под действием электрического поля называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.

В ультразвуковой дефектоскопии в качестве излучателей и приемников ультразвука чаще всего используют круглые, прямоугольные и квадратные пьезопластины. При подаче на пьезопластину электрического напряжения она изменяет свою толщину вследствие так называемого обратного пьезоэлектрического эффекта. Если напряжение знакопеременно, то пластина колеблется в такт с этими изменениями, создавая в окружающей среде упругие колебания. При этом пластина работает как излучатель. И, наоборот, если пьезоэлектрическая пластина воспринимает импульс давления (отражения ультразвуковой волны), то на ее обкладках вследствие прямого пьезоэлектрического эффекта появляются электрические заряды, значение которых можно измерить. В этом случае пьезопластина работает как приемник.

Для приложения и съема напряжения на противоположных поверхностях пьезопластины нанесены серебряные электроды. Преимущество данного способа - высокая чувствительность и малогабаритность пьезопреобразователей. Основным недостатком, существенно ограничивающим применение данного способа, является необходимость жидкой контактирующей среды для передачи ультразвуковых колебаний от искателя к изделию и обратно. Кроме того, наличие тонкой жидкой прослойки (меньше λ) приводит к нестабильности акустического контакта, и как следствие, снижению достоверности результатов ультразвукового контроля.

Для исключения влияния стабильности акустического контакта на результаты ультразвукового контроля применяют щелевой и иммерсионный контроль. В первом случае расстояние между поверхностью пьезопреобразователя и поверхностью контролируемого изделия приблизительно равно λ, а во втором - гораздо больше λ. Следует отметить, что эти способы можно применять только для определения вида изделий, когда контроль осуществляют в горизонтальной плоскости. Кроме того, при их применении возникают дополнительные помехи, которые затрудняют расшифровку принятых эхо-сигналов. Так же могут применяться бесконтактные способы ввода ультразвуковых колебаний.