Ххх. Учебное пособие Капранов Б. И., Коротков М. М., Короткова И. А. Издательство Томского политехничекого университета 2004
![]()
|
4.2. Акустический тракт эхо-методаАкустический тракт – это путь ультразвука от излучателя до объекта, отражающего или рассеивающего ультразвук, и затем к приемнику колебаний. Формулы акустического тракта определяют ослабление амплитуды сигнала на этом пути. При наличии или отсутствии дефектов. Естественные дефекты могут иметь самую различную форму (объемные, плоскостные), величину, ориентацию (вертикальную, горизонтальную и т.д.), акустические свойства, которые заранее не известны. Поэтому формулы выводят для моделей дефектов полых отражателей простой геометрической формы: бесконечно тонкого диска, сферы, цилиндра, бесконечно тонкой полосы, плоскости и т.д. При экспериментах эти модели заменяют искусственными отражателями в виде плоскодонного отверстия, отверстием со сферическим дном, боковым цилиндрическим отверстием, полоской (рис. 14), так как они наиболее соответствуют основным типам реальных дефектов (рис. 15). ![]() Рис. 14. Физические модели дефектов модели дефектов. ![]() Рис. 15. Реальные модели физических дефектов Амплитуды эхо – сигналов от дефектов мало отличаются, если размеры дефектов больше длины волны ультразвука. Обычно при выводе формул акустического тракта не учитывают затухание ультразвука. Поэтому в формулы добавляют множитель ![]() ![]() Отражение от диска или отверстия с плоским дном. Для случая, когда один и тот же преобразователь работает на излучение и прием (рис. 16), получают следующее выражение для давления на приемнике ![]() или ![]() где: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 16. К расчету акустического тракта. Рассматривая дефект в виде произвольной площадки площадью ![]() ![]() ![]() где: ![]() ![]() ![]() Отсюда, давление на приемнике будет определяться соотношением ![]() Для дискового преобразователя в ближней зоне функция ![]() ![]() ![]() где: ![]() х – расстояние от преобразователя до дефекта. ![]() Рис. 17. Удельная мощность. Полное давление на приемнике определяется как интеграл по всей площади отражающего диска, т.е. ![]() Для полого диска R1. Если размеры дефекта невелики, но больше длины волны ![]() ![]() ![]() для ближней зоны ![]() для дальней зоны ![]() Следовательно, амплитуда отражения от небольшого плоского дефекта не зависит от его формы и пропорциональна его площади. Отношение площади дефекта к квадрату длины волны обозначают через ![]() ![]() ![]() ![]() Когда дефект значительно меньше длины волны, то зависимость отражательной способности от диаметра дефекта и длины волны имеет другой характер ![]() Экспериментально трудно проверить зависимость ![]() ![]() ![]() ![]() Рис. 18. Отражательная способность дефекта. В расчетах предполагалось постоянство функции ![]() Если площадь отражающего диска (плоскодонного отверстия) увеличить и приблизить к площади преобразователя, то изменением функции ![]() ![]() ![]() Если отражатель находится в ближней зоне, то амплитуда эхо – сигнала от него возрастает и приближается к амплитуде донного сигнала (дно находится на расстоянии, равном расстоянию до дефекта, дефект становиться большим и превращается в дно). Если же отражатель находится в дальней зоне преобразователя, то амплитуда эхо – сигнала от него может превзойти амплитуду донного сигнала, испытать одну или две осцилляции и только после этого принять значение, равное амплитуде донного сигнала. Такая зависимость объясняется тем, что отражающий диск подобен вторичному излучателю, имеющему свою ближнюю и дальнюю зоны. Когда отражающий диск больше преобразователя, диск может находиться в его дальней зоне, а преобразователь – в ближней зоне отражающего диска. Это и служит причиной осцилляций эхо – сигнала. При диаметре диска ![]() Анализ выражения показывает, что величина ![]() Расстояния от преобразователя до отражателя, отнесенного к длине ближней зоны ( ![]() Отношения диаметра отражающего диска к диаметру преобразователя ( ![]() В самом деле заменяя путем подстановки и преобразований можно получить следующее выражение ![]() На основе этого соотношения для расчета амплитуды отражения от диска или плоскодонного отверстия в широком диапазоне расстояний и диаметров можно построить семейство безразмерных кривых амплитуда – расстояние – диаметр (АРД –диаграмма). В этой диаграмме по оси абсцисс откладывают относительное расстояние до дефекта в единицах длин ближней зоны, по оси ординат откладывают амплитуду отраженного сигнала в отрицательных децибелах (или относительных единицах) (рис. 19). В таких диаграммах учитывается также экспоненциальное ослабление амплитуды отраженного сигнала за счет затухания ![]() Рис. 19 |