单晶探头模式
Принцип работы ультразвуковых толщиномеров
Если вы хотите изучить основы ультразвуковой толщинометрии или получить более глубокое представление о толщиномерах, в этом руководстве рассматриваются их технические характеристики, режимы измерения и принципы работы. Ультразвуковые толщиномеры используются для измерения широкого ряда материалов, поэтому лучшее понимание того, как они работают, поможет вам получить более точные результаты.
Как ультразвуковой толщиномер измеряет толщину изделия?
Ультразвуковой толщиномер использует законы физики волн для измерения толщины образца. Это осуществляется путем анализа характера прохождения организованных механических колебаний через металлы, пластмассы и другие промышленные материалы, и расчета времени, необходимого для передачи звукового импульса через тестируемый материал и его отражения от внутренней структуры или противоположной поверхности объекта. Чем больше требуется времени, тем толще материал. Эти ультразвуковые устройства используют звуковые колебания высокой частоты, которые не воспринимаются человеческим ухом. Слышимый звук лежит в пределах 20 кГц, а ультразвуковые толщиномеры могут работать на частоте до 500 кГц или даже выше.
Преобразователи, передающие звуковые импульсы, содержат пьезоэлементы, возбуждаемые короткими электрическими импульсами. Генерируемые ультразвуковые волны проходят через тестируемый материал и отражаются обратно на преобразователь. По возвращении, звуковой импульс преобразуется в звуковую энергию. Толщиномер использует звуковую энергию для расчета толщины на основе следующего уравнения:
T = (V) x (t/2)
T = толщина изделия
V = скорость звука в материале
t = измеренное время прохождения звука
Режимы измерения
Одноэлементные преобразователи: режим 1, режим 2 и режим 3
После генерирования звукового импульса и получения эхо-сигналов, синхронизация может быть выполнена несколькими способами. Три метода измерения временного интервала (прохождения звукового сигнала через объект контроля) при использовании общего контакта, линии задержки и иммерсионных преобразователей: режим 1, режим 2 и режим 3. Тип преобразователя и требования к контролю определяют выбор режима.
Режим 1 — наиболее распространенный подход. Он измеряет временной интервал между импульсом возбуждения, генерирующим звуковую волну, и первым эхо-сигналом, а затем вычитает значение смещения нуля, которое компенсирует фиксированные задержки прибора, кабеля и преобразователя.
Режим 1 — нормальный режим измерения при использовании контактных преобразователей. Его ключевым преимуществом является то, что он обеспечивает максимально возможный диапазон толщины. Поскольку требуется только один донный эхо-сигнал, режим 1 обеспечивает лучшую проникающую способность в таких сложных материалах, как металлическое литьё, пластмассы низкой плотности и резина. Недостатки режима 1 заключаются в том, что минимальная измеряемая толщина выше, чем в других режимах, а точность может быть немного ниже ввиду неоднородности акустического контакта. Кроме того, контактные преобразователи, используемые в режиме 1, подходят только для материалов с температурой поверхности ниже 50°C, поэтому измерение при высоких температурах невозможно.
Режим 2 используется для измерения временного интервала между интерфейсным эхо-сигналом от ближней поверхности образца и первым донным эхо-сигналом, представляющим собой время прохождения звука туда-обратно в образце. Для данного режима обычно требуются линия задержки или иммерсионные преобразователи.
Режим 2 имеет следующие преимущества:
- Оптимизация приповерхностного разрешения в пластмассах и композитах
- Измерение горячих поверхностей с помощью преобразователей с высокотемпературной линией задержки.
- Измерение элементов с малым радиусом кривизны с помощью сфокусированных иммерсионных преобразователей и преобразователей с линией задержки.
- Поточное измерение движущихся образцов с помощью иммерсионных преобразователей.
Основным недостатком режима 2 является то, что максимальная измеряемая толщина ограничена длиной линии задержки.
Режим 3 включает в себя измерение временного интервала между двумя последовательными донными эхо-сигналами, т.е. время прохождения звука туда-обратно в образце с использованием иммерсионных ПЭП или преобразователей с линией задержки.
Режим 3 обеспечивает наибольшую точность измерения и наилучшее разрешение по минимальной толщине, хотя максимальная толщина будет ограничена. Этот режим требует два или более чистых многократных донных эхо-сигналов, что ограничивает его использование на материалах с относительно низким затуханием и высоким акустическим импедансом, таких как мелкозернистые металлы, керамика и стекло. Измерения можно проводить при высоких температурах с помощью соответствующих высокотемпературных линий задержки. Режим 3 также предоставляет возможность удаления тонких неметаллических покрытий, таких как краска, при измерении толщины металлов.
Раздельно-совмещенные преобразователи
Раздельно-совмещенные преобразователи включают отдельные излучающие и принимающие пьезоэлементы, установленные на линии задержки, которые служат волноводами для направления звукового луча по V-пути, и термоизоляторами для защиты активного элемента во время высокотемпературных измерений. Синхронизация эхо-сигнала часто выполняется в режиме 1 с большим смещением нуля для вычитания времени прохождения импульса через линии задержки, а также с тригонометрической коррекцией для компенсации V-образного УЗ-пути в исследуемом материале.
Рекомендации по ультразвуковой толщинометрии
При измерении ультразвуковым толщиномером необходимо учитывать множество внешних факторов, влияющих на точность результатов. Для получения дополнительной информации перейдите на следующие страницы, где мы рассказываем о факторах, влияющих на ультразвуковой контроль и условия контроля:
