Раздельно-совмещенный преобразователь. 
Акустические измерения

В рассмотренных выше преобразователях возникновение шумов обусловлено реверберационными явлениями в самом пьезоэлементе и в элементах конструкции пьезопреобразователей. Наиболее очевидный способ устранения этих шумов — применение раздельных пьезоэлементов для излучения и приема упругих сигналов. Такие преобразователи получили название раздельно-совмещенных (PC). Для удобства работы приемный и излучающий пьезоэлементы объединены в общий корпус. В РС-прсобразователях длительность излучаемых упругих сигналов и реверберационные шумы мало влияют на выявление близко расположенных дефектов.

Рис. 5.6. Схема устройства раздельно-совмещенного преобразователя: / — призма; 2 — корпус; 3 — электроакустический экран; 4 — демпфер;

5 — пьезопластина; 6 — объект контроля РС-преобразователи наиболее широко применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить малую мертвую зону, например, при контроле толщины изделий с малыми размерами в направлении прозвучивания. Наиболее массовыми изделиями такого типа, кроме листового проката, являются прутки и трубы. РС-преобразователи применяются также при контроле изделий из крупнозернистых материалов и при контроле с применением головных волн.

К специальным пьезопреобразователям относят различные фокусирующие системы и так называемые фазированные решетки. Фокусирующие системы применяют для повышения разрешающей способности, чувствительности (особенно на фоне структурных помех), точности определения координат и размеров дефекта. Существует четыре основных типа фокусирующих систем.

Активные концентраторы — изогнутые пьезоэлементы, представляющие собой часть сферы или цилиндра, (рис. 5.7). Фокусное расстояние Fтаких концентраторов равно радиусу их кривизны R по радиусу а зрачка и фокусному расстоянию определяют угол раскрытия фронта.

Рис. 5.7. Активный концентратор.

Рефракторы — линзы, преобразующие плоскую волну в сходящуюся, (рис. 5.8). Линзы делают вогнутыми (ускоряющими) или выпуклыми (замедляющими) в зависимости от соотношения скоростей звука в среде с_ср и материале линзы с_л, т. е. от показателя преломления п = —.

Для фокусировки ультразвука при п < 1 линза должна быть вогнутой, при п> 1 — выпуклой. Если среда — иммерсионная жидкость, а линза сделана из органического стекла, то п < 1. Фокусное расстояние такой плосковогнутой линзы связано с ее радиусом кривизны соотношением.

Рис. 5.8. Рефрактор.

Рефлекторы — отражатели, преобразующие плоскую волну в сходящуюся. В дефектоскопии применяют рефлекторы в виде криволинейных зеркал в призме, в которых формирование сходящегося фронта осуществляется одновременно с поворотом пучка (рис. 5.9).

Дефлекторы — зональные пластинки, состоящие из чередующихся акустически прозрачных и непрозрачных колец, внутренний а" и наружный а_и радиусы которых определяются в соответствии с соотношениями где т = 0, 1,2,…

Существенного выигрыша в амплитуде сигнала при фазовой фокусировке можно достичь, разделив пластину на кольца, соответствующие зонам Френеля, (например, глубокими бороздками) и подав на электроды четных и нечетных колец электрические сигналы в противофазе. Такое включение колец показано на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Дефлектор.

Мозаичные преобразователи (фазированные решетки) в известной степени являются аналогией радиолокационных фазированных антенных решеток. Фазированные решетки (рис. 5.11) позволяют оптимизировать структуру акустического поля и увеличить чувствительность преобразователя.

В фазированных решетках пьезоэлементы подключаются последовательно со сдвигом по фазе Дф, за счет этого происходит задержка по времени At

Следовательно, можно управлять углом ввода УЗ в объект контроля где d — период решетки.

Рис. 5.11. Фазированные решетки: а — схема расположения пьезопластин в мозаичном преобразователе; б — схема подачи напряжения на фазированную решетку.