Метод определения затухания

Метод определения затухания основан на измерении изменения амплитуды при прохождении некоторого расстояния (r₂ – r₁).

Для расстояния r₁ – формула (2.3) принимает вид

U₁ = U₀ (G/r₁) e ^{– δ r1} e ^{– jω t1 – kr1}, (2.6)

для расстояния r₂

U₂ = U₀ (G/r₂) e ^{– δ r2} e ^{– jω t1 – kr2}, (2.7)

Разделив (2.6) на (2.7), имеем

U₁/U₂ = r₂/r₁ e^{δ (r2 – r1)} (2.8)

(множители еxр(- jω t1 – kr₁), exp(- jω t₂ – kr₂) невлияют на амплитуду импульса, так как каждому r соответствует t, при котором
еxр(- jω t – kr)= 1).

Преобразуем (2.8):

U₁/U₂ r₁/r₂ = e^{δ (r2 – r1)}; ln(U₁/U₂) – ln(r₁/r₂) = δ (r₂ – r₁) (2.9)

и окончательно получим

δ = [ln(U₁/U₂) – ln(r₁/r₂)] /(r₂-r₁). (2.10)

Обычно для измерений использует первый и второй донные
импульсы. Тогда для образца толщиной А:

r₁ = 2a+2A;

r₂ = 2a+2A+2A=2a+4A; (2.11)

r₂ – r₁=2A,

где а – расстояние от поверхности до эффективного акустического центра - см. рис.2.1)

Описанная методика определения затухания УЗК в среде
не учитывает потерь при отражении импульса от контактирующей
с пьезопреобразователем поверхности образца. Это может дать
значительные ошибки при измерении малых δ.

Описание лабораторной работы № 2 «Измерение затухания ультразвука в материалах»

1. Цель работы

1.1. Ознакомиться с устройством ультразвукового дефектоскопа УД-10 УА.

1.2. Освоить методику измерения затухания ультразвука в твёрдых телах.

1.3. Провести сравнительный анализ коэффициентов затухания
в предложенных материалах.

2. Используемые приборы

При выполнении работы используется дефектоскоп УД-10 УА; прямые пьзопреобразователи с рабочей частотой 2, 5 МГц и диаметром 12 мм; программируемый калькулятор МК-64, а также набор образцов для исследования и штангенциркуль.

3. Программа работы

3.1. Рассчитать минимальную толщину образцов, которые могут быть использованы для измерения затухания ультразвука в малоуглеродистой стали, меди, алюминии, оргстекле при измерениях на рабочей частоте f =2, 5 МГц преобразователя с диаметром D =12 мм. Проверить, удовлетворяют ли размеры предложенных образцов необходимым требованиям.

3.2. Рассчитать положение эффективного акустического центра для предположенных материалов при прозвучивании преобразователем с D =12 мм и f =2, 5 МГц.

3.3. Провести измерения затухания ультразвука в различных точках каждого образца. Толщину образца измерять в месте прозвучивания.

3.4. Результаты расчётов (п.3.1, 3.2) и измерений (п.3.3) оформить в виде таблицы. Рассчитать коэффициенты затухания исследованных образцов. Оценить погрешность измерений. Коэффициенты затухания представить в виде δ =δ ±Dδ и сравнить со справочными данными.

Таблица 2.2

Сводная таблица расчётных и экспериментальных параметров для определения коэффициентов затухания

4. Методические указания по выполнению работы

4.1. Толщина образцов для исследования ограничена снизу
условием A> > L, где L – протяжённость ближней зоны. L может быть рассчитана по соотношению (2.4) с использованием справочной
табл.2.

4.2. Положение эффективного акустического центра может быть получено при помощи геометрического построения звукового поля дискового излучателя в каждом из образцов (рис. 2.1) и с использованием формул (2.4), (2.5).

4.3. Измерения с помощью затухания проводятся прибором
УД-10 УА.

4.3.1. Подготовка прибора к работе:

· присоединить совмещённый пьезопреобразователь (D =12 мм, f =2, 5 МГц) к одному из выходных разъёмов " " блока
генератора, другой разъём блока генератора соединить специальным кабелем длинной 300 мм с входным разъёмом " " блока усилителя;

· установить ручки управления следующим образом:

на блоке синхронизации и развёртки

- кнопки " ВНЕШНЯЯ" и " ЗАДЕРЖКА" переключателя " СИНХР" отпущены;

- все кнопки переключателя " ЗАДЕРЖКА μ s " отпущены;

на блоке усилителя

- тумблер " ВРЧ-ВРЧ-СТУПЕНЧАТАЯ" – в положении " ВРЧ СТУПЕНЧАТАЯ";

- регуляторы " ГЛУБИНА", " НАЧАЛО", " КРУТИЗНА ВРЧ", " УСИЛЕНИЕ", ОТСЕЧКА" – в крайнее левое положение;

- кнопки переключателя " ОСЛАБЛЕНИЕ dB " отпущены;

на блоке ступенчатой временной регулировки (СВРЧ)

- регулятор " ЗАДЕРЖКА ВКЛ" вывести влево до щелчка;

- регуляторы " КРУТИЗНА ЗОНЫ" – в крайнее левое
положение;

на блоке автоматического сигнализатора (АС)

- кнопки " ЗАПУСК", " ТЕНЕВОЙ", кнопки переключателя " ПОМЕХЗАЩИТА", " ЗАДЕРЖКА", " ЗОНА" отпущены;

- регуляторы " УРОВЕНЬ" – в крайнее левое положение;

на блоке генератора УЗК

- регулятор " МОЩНОСТЬ" – в крайнее правое положение.

4.3.2. Порядок работы:

· включить прибор в сеть поворотом регулятора " " вправо до щелчка на передней панели индикаторного блока. Время прогрева – 30 мин.;

· установить начало зондирующего импульса против нуля шкалы, отрегулировать яркость и четкость линии;

· установить диапазон контроля нажатием соответствующей кнопки переключателя " РАССТОЯНИЕ mm ",
руководствуясь толщиной образца (его толщина должна быть порядка 80 % от полной шкалы диапазона контроля);

· включить задержку нажатием кнопки " 20 ВКЛ" и с помощью регулятора " ЗАДЕРЖКА μ S ПЛАВНО" на выбранном диапазоне переключателя добиться появления на экране ЭЛТ первого и второго эхо-сигналов;

· используя регулятор " МОЩНОСТЬ", установить необходимую амплитуду сигналов U₁, U₂;

· отношение lnU₁/U₂ удобно получить на приборе с использованием аттенюатора. Измерив на экране значение U₂, переключателем " ОСЛАБЛЕНИЕ dB " дефектоскопа уменьшить U₁ до прежнего значения U₂ и зафиксировать значение N, дБ.

Калиброванный регулятор усиления (аттенюатор) " ОСЛАБ-ЛЕНИЕ dB " имеет диапазон от 0 до 81 дБ. Требуемое ослабление
получается путем включения в определенном наборе отдельных звеньев " 1", " 2", " 4", " 8", " 16", " 20", " 30 дБ".

По определению,

N, дБ = 20 lg U₁/U₂ = 20 / 2, 3 lnU₁/U₂, (2.12)

отсюда ln U₁/U₂ = N, дБ / 8, 6.

4.4. Рассчитывается коэффициент затухания.

4.4.1. Определить среднее значение коэффициента затухания по формуле (2.10) с учетом (2.12)и (2.11), используя средние значения из пяти измерения и .

4.4.2. Определить значения среднеквадратичных отклонений δ _N и δ _A величин N и А по стандартной программе расчета на микрокалькуляторе МК-64.

4.4.3. Определить доверительный интервал ε случайной
погрешности измерения величины δ.

4.4.4. Определить неисключённые систематические погрешности θ _N и θ _A измерения величин N и A.

4.4.5. Определить неисключённую систематическую погрешность θ _δ измерения величины δ.

4.4.6. Определить суммарную погрешность D δ измерения
величины (ГОСТ 8.207-76).

4.4.7. Результат представить в виде δ = ± Dδ, p=0, 95.

5. Содержание отчета

5.1. Отчет оформляется в соответствии с требованиями стандарта предприятия СТП УПИ 1-85.

5.2. Структура отчета – по образцу.