Большая техническая энциклопедия
1 2 3 4 6
C J W Z
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ОБ ОГ ОД ОК ОМ ОП ОР ОС ОТ ОФ ОХ ОЧ ОЩ

Объемные волны

 
Объемные волны бывают двух типов: продольные и поперечные. Продольные являются упругими волнами сжатия, а поперечные - упругими волнами сдвига. Объемные волны подчиняются законам геометрической оптики, отражаясь и преломляясь у поверхностей раздела, где их скорость изменяется.
Расчетные кривые и. Нормальные к поверхности объемные волны практически не возбуждаются, как на рис. 1.41, а. Это объясняется тем, что нагретый участок поверхности имеет конечную толщину ( - 0 1 мкм), причем продольные волны от наружной и внутренней поверхностей этого слоя противоположны по фазе и гасят друг друга. Поперечная нормальная к поверхности волна также не возбуждается. Это устраняется нанесением на поверхность ОК тонкого слоя воды или масла, как рассмотрено ранее.
Нормальные к поверхности объемные волны практически не возбуждаются. Это объясняется тем, что нагретый участок поверхности имеет конечную толщину ( около 0 1 мкм), причем продольные волны от наружной и внутренней поверхностей этого слоя противоположны по фазе и гасят друг друга. Поперечная нормальная к поверхности волна также не возбуждается. Это явление устраняется расширением зоны возбуждения или нанесением на поверхность ОК тонкого слоя воды или масла.
Однако порожденные ею объемные волны, называемые боковыми, распространяются на значительные расстояния.
Нормальные к поверхности объемные волны практически не возбуждаются. Это объясняется тем, что нагретый участок поверхности имеет конечную толщину ( около 0 1 мкм), причем продольные волны от наружной и внутренней поверхностей этого слоя противоположны по фазе и гасят друг друга. Поперечная нормальная к поверхности волна также не возбуждается. Это явление устраняется расширением зоны возбуждения или нанесением на поверхность ОК тонкого слоя воды или масла.
Активная и реактивная состав ляющие акустической проводимости однородного преобразователя. Обычно некоторый вклад дают объемные волны, не включенные в данный анализ, но в случае, когда значение N, не слишком мало, они в основном возбуждаются вблизи таких частот, где вклад ПАВ также мал. Тем не менее возникают заметные искажения, если взаимодействие волн с электродами велико.
Для контроля также применяют объемные волны, а для некоторых штамповок ( кромок лопаток, камеры сгорания турбин) применяют волны Рэлея и Лэмба.
В устройстве с двумя преобразователями объемные волны могут приводить к паразитному возбуждению выходного преобразователя. Обычно на практике нижнюю поверхность подложки делают шероховатой, как показано на рнс. ЕЛ, так что падающие на нее объемные волны рассеиваются некогерентно и поэтому значительного возбуждения выходного преобразователя не происходит.
В некоторых из этих устройств объемные волны могут также возбуждаться решеткой, расположенной иа поверхности подложки и преобразующей часть мощности ПАВ в мощность объемных волн. Это явление может возникать в решетках, выполненных как в виде металлических электродов, так и в виде канавок. В результате рабочие характеристики дисперсионного фильтра на ПАВ могут значительно ухудшаться.
D, частично трансформируясь в объемные волны. В результате после дифракционного эхо-сигнала от точки Е возникает серия постепенно ослабевающих дополнительных ложных сигналов.
Было также показано, что возбуждаемые объемные волны разных типов могут эффективно преобразовываться в другую ПАВ с помощью второй решетки на канавках, расположенной либо на другой поверхности подложки, либо на той же самой поверхности, что и первая решетка. Получаемый график частотной характеристики представляет собой последовательность резких максимумов.
Установлено, что возбуждаются продольная и поперечная объемные волны, поверхностная и вытекающая волны, а также продольная и поперечные SV - и SH-волны, распространяющиеся вдоль свободной поверхности. В дефектоскопии продольные и поперечные волны вдоль поверхности называют головными. На практике головные волны возбуждают с помощью наклонно падающей продольной волны из внешней среды ( призмы) на границу с контролируемым изделием под первым и вторым критическими углами ( см. под-разд.
Волны. а - поперечные. б - продольные.
В глубине тела будут распространяться так называемые объемные волны, которые представляют особый для нас интерес. Вблизи же поверхности распространяются поверхностные волны.
В объеме упругого твердого тела могут распространяться объемные волны двух типов. Продольные волны сжатия вызывают одноосные деформации в направлении распространения. Поэтому движение частицы, связанное с прохождением волны сжатия, - это колебание относительно некоторой фиксированной точки в направлении распространения волны. Поперечные волны сдвига при прохождении создают деформацию в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Движения отдельных частиц среды в волнах сдвига представляют собой колебания около некоторой фиксированной точки в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Если все колебания частиц лежат в одной плоскости, то говорят, что поперечная волна плоскополяризована.
Колебание частиц среды V в поперечной волне.| Колебание частиц среды V в поверхностной волне. Продольные и поперечные волны, получившие обобщенное название объемные волны, могут существовать в неограниченной среде. Эти волны наиболее широко применяются для УЗ дефектоскопии.
Схемы включения ультразвуковых линий задержки, работающих на проход ( а. и на отражение ( 6.| Направления распространения ультразвукового пучка в ультразвуковых линиях задержки с звукопроводами различной формы. а - многоугольной. б - прямоугольной е малыми углами отражения. - прямоугольной с углами отражения 45. К этой группе можно отнести УЛЗ, где объемные волны ( продольные или поперечные) распространяются по звукопроводу, размеры сечения к-рого существенно превышают Я. Звукопроводы для них изготавливаются из плавленого кварца, спец.
Продольные и поперечные волны ( их обобщенное название - объемные волны) наиболее широко используют для контроля материалов. Эти волны лучше всего выявляют дефекты при нормальном падении на их поверхность. Отметим, однако, что дефекты, расположенные вдоль направления продольных волн, не давая обратного отражения, тем не менее приводят к сильному рассеянию этих волн. Это явление связано с возникновением на поверхности таких дефектов специфических волн ( см. подразд.
Схематическое изображение волн на свободной поверхности твердого тела. а - рэлеевскнй, б - головной. Продольные и поперечные волны ( их обобщенное название - объемные волны) наиболее широко используют для контроля материалов. Эти волны лучше всего выявляют дефекты при нормальном падении на их поверхность.
Теперь рассмотрим устройства, в которых рабочим типом акустических волн являются объемные волны, а возбуждение ПАВ сводится к минимуму.
В произвольном направлении в кристаллах в общем случае могут распространяться три объемные волны: квазипродольная ( QL) и две квазипоперечные - быстрая ( FS) и медленная ( SS) со скоростью р0а2 М, где М - действующий адиабатический модуль упругости, зависящий от направления распространения и поляризации волны.
Экспериментальные исследования [ 517, 508 показали, что весьма эффективное преобразование ПАВ в объемные волны и наоборот может быть получено с использованием решетки из канавок, работающей на частоте, превышающей частоту отсечки. Количественный анализ возбуждения объемной волны выполнен Олдом [32] и Хаусом [519]; для простоты материал считался изотропным.
Система волн в металле, возникающих при падении продольной. При резком изменении профиля поверхности рэлеевская волна частично отражается, частично проходит через препятствие, а частично трансформируется в объемные волны.
Смещения, соответствующие двумерным поверхностным волнам, составляют основную часть наблюдаемых при землетрясениях смещений слоев Земли, так как при удалении от эпицентра землетрясения объемные волны, распространяясь внутри Земли, значительно ослабевают. Поверхностные волны при землетрясениях приходят в место наблюдения несколько позднее поперечных пространственных волн, первыми приходят продольные пространственные волны.

Учитывая это, а также возможный диапазон применения ( сантиметровый), были проведены экспериментальные исследования по определению коэффициента связи при следующих условиях: в резонаторах, ширина которых намного меньше длины, возбуждаются волны низшего типа ( в СПЛ и НПЛ Г - волны, а в СЩЛ Я-волны); толщина слоев диэлектрика выбирается таким образом, чтобы не возбуждались паразитные объемные волны.
Когда возникает землетрясение, часть высвобождающейся энергии превращается в упругие волны - объемные и поверхностные. Объемные волны распространяются внутри Земли и подчиняются законам геометрической оптики, отражаясь или преломляясь у поверхности раздела, где их скорость меняется.
Помимо этого, имеются сложности, вызванные возбуждением наряду с поверхностными волнами объемных акустических волн. Объемные волны, которые распространяются почти параллельно поверхности и попадают на выходной преобразователь, иногда находят применение на практике. Во многих устройствах нежелательное влияние объемных волн часто устраняют с помощью многополоско-вых ответвителей.
Различают два типа сейсмических волн - объемные и поверхностные. Объемные волны распространяются во все стороны от очага сквозь объем, заполненный подземными породами. Поверхностные волны распространяются в приповерхностных слоях земной оболочки, они порождаются объемными волнами. Таким образом, земной поверхности достается как от объемных волн ( когда они достигают ее), так и от поверхностных.
Когда возникает землетрясение, часть высвобождающейся энергии превращается в упругие волны - объемные и поверхностные. Объемные волны распространяются внутри Земли и подчиняются законам геометрической оптики, отражаясь или преломляясь у поверхности раздела, где их скорость меняется.
Здесь входной преобразователь возбуждает объемные волны, которые излучаются под углом к верхней поверхности подложки. Объемная волна достигает выходного преобразователя, отражаясь от нижней поверхности, которая должна быть гладкой и параллельной верхней поверхности подложки. Поскольку для устройств на ППОВ обычно необходимо выбирать такой материал подложки, в котором отсутствует возбуждение ПАВ, то для этих устройств целесообразно применять кварц с повернутыми ориентациями К-среза.
После землетрясения сейсмограмма любой станции имеет сложный вид. На начальной части записи представлены объемные волны, пришедшие с разных направлений, на более поздней-поверхностные волны. Так как поверхностные волны затухают медленнее, за исключением близкой к эпицентру области, то, вообще говоря, поверхностные волны имеют большую амплитуду, чем объемные.
Кроме взрывов, применяют невзрывные источники возбуждения сейсмических волн. Все невзрывные поверхностные источники возбуждают объемные волны практически одного спектрального состава в полосе частот 20 - 45 Гц. Поверхностные волны мешают выделению отраженных волн вблизи пунктов возбуждения. Ограниченность применения невзрывных источников обусловлена влиянием микросейсм со спектром 15 - 60 Гц от двигающегося транспорта, работающих промышленных установок и линий электропередач.
Практические устройства, как правило, имеют рабочие характеристики, соответствующие описанным, за исключением того, что формы частотных характеристик объемных волн сильно искажены по сравнению с формой частотной характеристики ПАВ. Искажения возникают вследствие того, что объемные волны распространяются не по поверхности подложки н поэтому поверхностные граничные условия как внутри, так и снаружи преобразователей могут значительно возмущать эти волны. Кроме того, в общем случае имеются две составляющие сдвиговой волны, перекрывающиеся по частоте из-за близости их скоростей. Некоторые экспериментальные результаты для ниобата лития Y, Z-среза, приводимые Даниэлом и Эмтэйджем [508], а также Мнлсомом и др. [93], показывают, что максимальный уровень частотной характеристики продольной волны на 30 дБ ниже максимального уровня частотной характеристики ПАВ. Поскольку частотная характеристика сдвиговой волны перекрывается с характеристикой ПАВ, то оказывается трудным определить сигнал, обусловленный сдвиговой волной. По-видимому, этот сигнал должен иметь такой же уровень. В практических случаях ВШП Настроены на определенную частоту и поэтому подавление сигнала, обусловленного продольной волной, часто оказывается даже лучшим, чем это указано выше; одновременно обеспечивается дополнительная избирательность устройства. Присутствие объемных волн может быть обнаружено при нанесении поглощающего материала на поверхность подложки между преобразователями, поскольку при этом ПАВ ослабляются намного сильнее, чем объемные волны.
Устройства сжатия сигналов, в которых распространяются эти волны, имеют вид тонких металлических лент с преобразователями объемных волн на концах и называются ленточными линиями задержки. В других устройствах на акустических волнах применяются бездисперсионные объемные волны, длина акустического пути распространения которых зависит от частоты. На этом принципе работают линии задержки с перпендикулярным направлением дифракции и клинообразные линии задержки. Применяется также ряд оптических явлений. Например, известны акусто-оптические устройства, в которых световой луч дифрагирует на акустической волне.
Кроме указанного случая полного контакта были рассмотрены и другие граничные условия на плоскости контакта. Рассматривались случаи нежесткого контакта или такие условия, когда не отражаются объемные волны.
Обобщенная схема решетки электродов. Влияние дифракции поверхностной акустической волны также не рассматривается. Предполагается, что существует единственная невытекающая пьезоактивная волна рэлеевского типа, а объемные волны не возбуждаются. Сопротивления электродов считаются пренебрежимо малыми. Будем считать, что к электродам приложены напряжения одинаковой частоты, а их амплитуды и фазы произвольны. Это дает возможность использовать получаемые результаты для расчета как преобразователей, так и многополосковых ответвителей. Преобразователи анализируются в этой главе, а многополосковым ответвителям посвящена гл.
В случае необратимых процессов Е / г волн зависят от рН в том случае, когда собственно электрохимической стадии ( переносу электронов) предшествует реакция протонизации. К такому случаю относятся кинетические и квазидиффузионные как поверхностные, так и объемные волны. В уравнения для Ечг ( или qi / 2) таких волн прямо или косвенно ( через р или а) входит концентрация ионов водорода.

В случае необратимых процессов Еу волн зависят от рН в том случае, когда собственно электрохимической стадии ( переносу электронов) предшествует реакция протонизации. К такому случаю относятся кинетические и квазидиффузионные как поверхностные, так и объемные волны.
Экспериментально зарегистрированные формы единичных импульсов ЛЭ.| Единичный импульс АЭ на экране осциллографа ( а с указанием основных параметров. максимального значения ( амплитуды ит. длительности подъема ( длительности переднего фронта fy. длительности спада / с. длительности импульса /. периода основных колебаний Г0 - и запись реального АЭ процесса при испытании сосуда давления ( б. При взаимодействии излучения с поверхностью объекта волны отражаются и трансформируются. В результате этого возникают поверхностные волны, которые затухают с расстоянием значительно медленнее, чем объемные волны, поэтому амплитуда их больше амплитуды объемной волны. Акустические волны, распространяясь по стенке контролируемого объекта, претерпевают многократные отражения.
Для практических целен проведенное здесь рассмотрение следует несколько дополнить, приняв во внимание конечную длину преобразователя. Более подробное исследование, при котором электроды считаются независимыми источниками, показывает, что на одной частоте объемные волны действительно излучаются в диапазоне углов; диаграмма направленности по мощности в полярных координатах имеет значительный главный лепесток, причем максимум этого лепестка ориентирован под углом 6 в соответствии с уравнением ( ЕЛ), а ширина лепестка обратно пропорциональна длине преобразователя. Кроме того, отсутствует резкая отсечка - протяженный преобразователь конечной длины в общем случае возбуждает объемные волны и ниже частоты отсечки / с Vf, ( 0) / L, хотя мощность этих волн обычно весьма мала.
Помехи вызывают также трансформированные волны: от ребра Е распространяются поверхностные волны, которые могут породить дополнительные ложные сигналы. Например, вдоль поверхности ED идет поверхностная волна, которая при многократном прохождении отражается от ребер Е и D, частично трансформируясь в объемные волны. В результате после дифракционного эхосигнала от точки Е возникает серия слабых дополнительных ложных сигналов.
Продольные и поперечные волны являются объемными, т.е. они распространяются по всему полупространству так, что амплитуда движения в них зависит в основном от расстояния между данной точкой и местом взрыва. Поверхностные волны распространяются в слое, и энергия их остается в пределах поверхностного слоя определенной толщины, поэтому затухают они с расстоянием менее интенсивно, чем объемные волны. Кроме того, высокочастотные волны затухают интенсивнее по сравнению с низкочастотными.
Объемные волны бывают двух типов: продольные и поперечные. Продольные являются упругими волнами сжатия, а поперечные - упругими волнами сдвига. Объемные волны подчиняются законам геометрической оптики, отражаясь и преломляясь у поверхностей раздела, где их скорость изменяется.
Области применения различных методов контроля кратко изложены во введении. Как там отмечено, наиболее часто применяют эхометод. Объемные волны ( продольные и поперечные) применяют для выявления дефектов в толще и вблизи поверхности массивных изделий, толщина которых значительно превосходит длину волны. Это обусловлено удобством возбуждения волн одного типа: продольных - нормальным или наклонным преобразователем с небольшим углом ввода, поперечных - наклонным преобразователем с углом падения между первым и вторым критическими углами.
Упругие волны, регистрируемые сейсмографами, принадлежат к неск. По характеру пути распространения волны делятся на объемные и поверхностные. В свою очередь объемные волны подразделяются на продольные ( Р) и поперечные ( S), а поверхностные - на Рэлея волны и Ляеа волны. Объемные волны распространяются во всем объеме Земли, за исключением жидкого ядра, не пропускающего поперечные волны.
В устройстве с двумя преобразователями объемные волны могут приводить к паразитному возбуждению выходного преобразователя. Обычно на практике нижнюю поверхность подложки делают шероховатой, как показано на рнс. ЕЛ, так что падающие на нее объемные волны рассеиваются некогерентно и поэтому значительного возбуждения выходного преобразователя не происходит.
При больших углах ввода зеркального отражения не наблюдается, однако остаются более слабые сигналы, возникающие в результате дифракции на ребрах М и L. Дифракция порождает также поверхностные и головные волны, распространяющиеся вдоль дуги ML, причем при меньших углах ввода образуются поверхностные, а при больших - головные волны. Эти волны многократно проходят вдоль дуги ML, частично трансформируясь каждый раз в объемные волны.
Для практических целен проведенное здесь рассмотрение следует несколько дополнить, приняв во внимание конечную длину преобразователя. Более подробное исследование, при котором электроды считаются независимыми источниками, показывает, что на одной частоте объемные волны действительно излучаются в диапазоне углов; диаграмма направленности по мощности в полярных координатах имеет значительный главный лепесток, причем максимум этого лепестка ориентирован под углом 6 в соответствии с уравнением ( ЕЛ), а ширина лепестка обратно пропорциональна длине преобразователя. Кроме того, отсутствует резкая отсечка - протяженный преобразователь конечной длины в общем случае возбуждает объемные волны и ниже частоты отсечки / с Vf, ( 0) / L, хотя мощность этих волн обычно весьма мала.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11