Коновалов Сергей Ильич – кандидат технических наук (1999), доцент (2001), доцент кафедры электроакустики и ультразвуковой техники
ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Sergey I. Konovalov, Cand. Sci. (Eng.) (1999), Associate Professor (2001) of the Department of Electroacoustics and Ultrasonic Engineering
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Юлдашев Зафар Мухамедович – доктор технических наук (1999), профессор (2001), заведующий кафедрой биотехнических систем
ул. Профессора Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Zafar M. Yuldashev, Dr Sci. (Eng.) (1999), Professor (2001), Head of the Department of Biotechnical Systems
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Введение. Сокращение длительности зондирующего импульса на выходе многослойного излучателя является актуальной задачей акустического неразрушающего контроля, поскольку способствует улучшению разрешающей способности системы, точности определения координат дефектов и снижению протяженности мертвой зоны. Наиболее распространенным методом достижения малой длительности сигнала является механическое демпфирование. Применение с этой целью RL-цепей, подключаемых к электрической стороне пьезопреобразователя (ПЭП), изучено в меньшей мере. Интерес представляет сравнительное исследование потенциальных возможностей двух указанных способов получения короткого сигнала.
Цель работы. Проведение сравнительного исследования двух вариантов снижения длительности зондирующего сигнала с целью установления предпочтительности их применения в практике ультразвукового контроля.
Материалы и методы. Для определения границ предпочтительного применения одного из методов в сравнении с другим использован математический аппарат, основанный на использовании интегрального исчисления, а также численных методов расчета. При построении математической модели ПЭП применен метод схем-аналогов в сочетании со спектральным методом на основе преобразований Фурье. Численные расчеты выполнены в среде MathCad.
Результаты. Установлено, что применение электрической корректирующей цепи с оптимальными параметрами позволяет в широком диапазоне изменения значений удельного акустического сопротивления протектора добиваться меньшей длительности зондирующих сигналов на выходе ПЭП, чем в случае использования демпфированного ПЭП при значениях удельного акустического сопротивления демпфера zд, меньших 10⋅106 Па⋅с/м. При zд > 10⋅106 Па⋅с/м предпочтение стоит отдавать механическому демпфированию пьезоэлемента. Установлено, что амплитуда сигналов на выходе ПЭП с подключенной к нему корректирующей цепью превышает амплитуду сигнала при осуществлении демпфирования пьезоэлемента.
Заключение. Полученные результаты позволяют априорно оценивать и сравнивать между собой возможности ПЭП при использовании двух методов создания короткого зондирующего сигнала, а также обоснованно выбирать материалы для создания протектора в широком диапазоне удельных акустических сопротивлений. Корректный выбор параметров конструктивных элементов ПЭП дает возможность улучшения разрешающей способности систем излучения-приема, снижения протяженности мертвой зоны и повышения точности определения координат дефектов, что, в итоге, способствует повышению качества акустического контроля материалов и изделий.
Introduction. Reducing the duration of the probing pulse at the output of a multilayer radiator is an urgent task of acoustic non-destructive testing. This not only improves the resolution of the system and the accuracy of determining the coordinates of defects, but also reduces the length of the dead zone. The most versatile method for achieving short signal duration is mechanical damping. The use of RL circuits connected to the electrical side of a piezoelectric transducer (PET) for this purpose has been studied to a lesser extent. Of interest is a comparative study of the potential possibilities of the two indicated methods for obtaining a short signal.
Aim. To carry out a comparative study of two options for reducing the duration of the probing signal in order to establish their preferential use in the practice of ultrasonic testing.
Materials and methods. To determine the boundaries of the preferred application of one of the methods in comparison with the other, a mathematical apparatus is used based on the use of integral calculus, as well as numerical calculation methods. When constructing a mathematical model of piezoelectric transducers operating in a pulsed mode, the method of analog circuits is used in combination with the spectral method based on Fourier transforms. Numerical calculations were performed in the MathCad environment.
Results. It was established that the use of an electrical corrective circuit with optimal parameters makes it possible, across a wide range of changes in the values of the specific acoustic resistance of the protector, to achieve a shorter duration of probing signals at the output of the probe than in the case of using a damped probe with values of the specific acoustic resistance of the damper zд latitude 10⋅106 Pa⋅s/m. At zд >10⋅106 Pa⋅s/m, preference should be given to mechanical damping of the piezoelectric element. It was found that the amplitude of the signals at the output of the PET with a corrective circuit connected thereto exceeds the amplitude of the signal when the piezoelectric element is damped.
Conclusion. The results obtained allow an a-priori evaluation and comparison of PET capabilities using two methods for creating a short probing signal, as well as a justified selection of materials for creating a protector across a wide range of specific acoustic resistances. The correctly selected parameters of the structural elements of the probe makes it possible to improve the resolution of radiation-reception systems, reduce the length of the dead zone, and increase the accuracy of determining the coordinates of defects. This ultimately improves the quality of acoustic testing of materials and products.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.