Методы собственных колебаний

Эти методы основаны на возбуждении в ОК вынужденных или свободных

колебаний и измерении их параметров: собственных частот и величины потерь.

Свободные колебания возбуждают путем кратковременного воздействия на ОК (например, механическим ударом), после чего он колеблется в отсутствие внешних воздействий.

Вынужденные колебания создают воздействием внешней силы с плавно изменяемой частотой (иногда применяют длинные импульсы с переменной несущей частотой). Регистрируют резонансные частоты по увеличению амплитуды колебаний при совпадениях собственных частот ОК с частотами возмущающей силы. Под влиянием возбуждающей системы в некоторых случаях собственные частоты ОК немного изменяются, поэтому резонансные частоты несколько отличаются от собственных. Параметры колебаний измеряют, не прекращая действия возбуждающей силы.

Различают интегральные и локальные методы. В интегральных методах анализируют собственные частоты ОК как единого целого, в локальных – отдельных его участков. Информативными параметрами служат значения частот, спектры собственных и вынужденных колебаний, а также характеризующие потери добротность и логарифмический декремент затухания.

Интегральные методы свободных и вынужденных колебаний предусматривают возбуждение колебаний во всем изделии или на значительном его участке. Методы применяют для контроля физико-механических свойств изделий из бетона, керамики, металлического литья 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 ОК. Метод применяют для контроля слоистых конструкций по изменению спектра частот в части изделия, возбуждаемой путем удара; для измерения толщин (особенно малых) труб и других ОК посредством воздействия кратковременным акустическим импульсом.

Локальный метод вынужденных колебаний (УЗ-резонансный метод) основан на возбуждении колебаний, частоту которых плавно изменяют. Для возбуждения и приема УЗ-колебаний используют совмещенный или раздельные преобразователи. При совпадении частот возбуждения с собственными частотами ОК (нагруженного приемопередающим преобразователем) в системе возникают резонансы. Изменние толщины вызовет смещение резонансных частот, появление дефектов – исчезновение резонансов.

Акустико-топографический метод имеет признаки как интегрального, так и локального методов. Он основан на возбуждении в ОК интенсивных изгибных колебаний непрерывно меняющейся частоты и регистрации распределения амплитуд упругих колебаний на поверхности контролируемого объекта с помощью наносимого на поверхность мелкодисперсионного порошка. На дефектном участке оседает меньшее количество порошка, что объясняется увеличением амплитуды его колебаний в результате резонансных явлений. Метод применяют для контроля соединений в многослойных конструкциях: биметаллических листах, сотовых панелях и т. п.

Импедансные методы

Эти методы основаны на анализе изменения механического импеданса или входного акустического импеданса участка поверхности ОК, с которым взаимодействует преобразователь. Внутри группы методы разделяют по типам возбуждаемых в ОК волн и по характеру взаимодействия преобразователя с ОК.

Метод применяют для контроля дефектов соединений в многослойных конструкциях. Его используют также для измерения твердости и других физико-механических свойств материалов.

Отдельным методом хотелось бы рассмотреть метод ультразвуковой дефектоскопии.

Ультразвуковая дефектоскопия применяется не только к крупногабаритному оборудованию (к примеру, трансформаторы), но также и к кабельной продукции.

Основные типы оборудования для ультразвуковой дефектоскопии:

1. Осциллограф, позволяющий регистрировать осциллограмму сигнала и его спектр;

На рисунке 5 изображен подобный прибор (осцилограф).

 

 

 

                                      Рисунок 5 – Осцилограф

 

2. Ультразвуковой зонд, в котором используются гетеродинирование сигнала и прослушивание преобразованного спектра сигнала через наушники (рисунок 6);

                                       Рисунок 6 – Зонд

 

3. Ультразвуковой модератор, который позволяет записать, замедлить и услышать ультразвуковой сигнал (рисунок 7).

                                      Рисунок 7 – Модератор.

Контрольные вопросы по второму разделу:

 

1. Для каких целей, и в каких случаях могут применяться акустические методы контроля?

2. В чем заключается недостаток неразрушающего контроля радиоволновым методом?

3. Дать характеристику активным акустическим методам неразрушающего контроля (НК). На какие виды они подразделяются?

4. Дать характеристику пассивным акустическим методам неразрушающего контроля (НК).

5. На какие разновидности подразделяются акустические методы контроля по характеру взаимодействия упругих колебаний с контролируемым материалом?

6. На какие разновидности подразделяются акустические методы контроля по характеру регистрации первичного информационного параметра?

7. Какие контрольно-измерительные задачи решают акустические методы неразрушающего контроля?

8. В чем заключается сущность акустического метода контроля кабельных линий? Назвать условие, в каких случаях можно применять этот метод?

9. В чем заключается сущность ультразвуковой дефектоскопии, и какие виды дефектов она позволяет определять?

10. В чем заключается сущность методов отражения, и на какие разновидности они подразделяются?

11. В чем заключается сущность методов прохождения. Перечислить разновидности этого метода и дать им краткую характеристику.

12. Объяснить, в чем заключается суть фотоакустической микроскопии?

13. Объяснить, в чем заключается суть велосиметричного метода контроля? На чем основано действие этого метода?

14. Раскрыть понятие ультразвуковой томографии и метода лазерного детектирования.

15. Раскрыть сущность термоакустического метода контроля.

16. В чем заключаются комбинированные методы контроля? Перечислить разновидности этого метода и дать им краткую характеристику.

17. Дать характеристику методам собственных колебаний. Объяснить, на чем они основаны и на какие разновидности делятся?

18. В чем заключается акустико-топографический метод контроля и на чем он основан?

19. В чем заключаются импедансные методы контроля? Как они классифицируются и для каких целей применяются?

20. Дать характеристику методу ультразвуковой дефектоскопии и пояснить, для какого оборудования можно применять этот метод?

21. Перечислить основные типы оборудования для ультразвуковой дефектоскопии.