Влияние толщины слоя на прохождение акустических волн
Известно, что при разделении сред тонким слоем возможно получение неодинаковых по величине коэффициентов отражения в зависимости от соотношения значений импедансов трех сред. Рассмотрим два случая. 1. Симметричный случай ( или ). Коэффициент отражения максимален при выполнении условия . Коэффициент отражения минимален при выполнении условия . 2. Несимметричный случай ( или ). Коэффициент отражения максимален ( ) при выполнении условия . Коэффициент отражения минимален ( ) при выполнении условия . Из приведенных соотношений видно, что четвертьволновый слой улучшает условия прохождения акустических волн через границу в несимметричном случае, а полуволновый – в симметричном. Таким образом, путем подбора материалов контактирующих промежуточных сред можно добиться эффекта просветления границ раздела, то есть добиться выполнения условий и . Особенно важно обеспечить реализацию этого эффекта при подборе материала и расчете толщины конструктивных элементов преобразователя. Физической причиной осцилляции коэффициентов и при изменении толщины промежуточного слоя служит интерференция волн в тонком слое. Для иллюстрации рассмотрим преобразователь как комбинацию слоев (рис. 3.15).
На рис. 3.15. среда – пьезопластина (импеданс ), среда – протектор (импеданс ), среда – контактная жидкость (импеданс ). Для данной схемы реализуется несимметричный случай, т. е. . Пусть толщина протектора равна четверти длины волны . Изменение фазы для прошедшей волны с учетом толщины слоя протектора: . (3.58) Изменение фазы однократно отраженной волны: . (3.59) При отражении от нижней границы вследствие существенного различия импедансов сред произойдет изменение фазы на величину . При отражении от верхней границы фаза останется прежней. При прохождении волны в среду III произойдет изменение фазы на . Общее изменение фазы для двукратно отраженной волны составляет: . (3.60) Таким образом, на нижней границе фазы прошедшей волны и волны, испытавшей двукратное отражение, совпадают. Вследствие этого происходит увеличение суммарной амплитуды волн, а значение коэффициента прозрачности для границы сред, разделенных тонким слоем, становится максимальным. В случае полуволнового слоя имеет место обратная ситуация: суммарная амплитуда на нижней границе уменьшается, а коэффициент прозрачности принимает минимальное значение. Для случая очень тонкого слоя ( ) в симметричном случае ( ) справедливо соотношение . Тогда коэффициент отражения по интенсивности может быть определен по формуле: . (3.61) Эту модель можно использовать для описания эффектов отражения от различных дефектов типа трещин. Рассмотрим некоторые из них: - малая трещина, заполненная воздухом ( мм), тогда для частоты 2,5МГц и ; - трещина толщиной - ; - граница сталь – воздух (модель бесконечно широкой трещины), , . Таким образом, видно, что коэффициент отражения будет близок к единице, если в зазоре между преобразователем и поверхностью объекта контроля отсутствует контактная жидкость. Если же этот зазор заполнен жидкостью, то в этом случае коэффициент отражения существенно уменьшается. Аналогичная ситуация имеет место также для заполненных дефектов и дефектов типа трещин с малым раскрытием, выявляемость которых гораздо ниже в сравнении с полыми дефектами того же размера. 3.12. Контрольные вопросы
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (748)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |