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超声波检测(第三章)课件.ppt

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超声波检测(第三章)课件.ppt

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1、超声波探伤仪
2、超声波探头
3、超声波试块
超声波探头
1、压电效应
1)正压电效应
晶体材料在外力拉压作用下,产生交变电场的效应称为正压电效应。
2)负压电效应
晶体材料在交变电场作用下,产生伸缩变形的效应称为负压电效应。
A
B
-
+
+

a)石英晶体
b)正压电效应
c)负压电效应
2、压电材料的主要性能参数
1)压电应变常数
压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。
式中 U——施加在压电晶片两面的应力
Δt——晶片在厚度方向的变形量
压电应变常数d33是衡量压电晶体材料发射灵敏度高低的重要参数。
D33值越大,发射性能越好,发射灵敏度越高。
3)介电常数
介电常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。
式中C——电容器电容
t——电容器极板距离
A——电容器极板面积
介电常数 越大电容器存贮的电量越大。越小电容器放电时间越快频率越高。
2、压电材料的主要性能参数
4)机电耦合系数
机电耦合系数K,表示压电材料机械难(声能)与电能之间的转换效率
当晶片振动时,同时产生厚度和径向两个方向的变形,因此机电耦合系数分为厚度方向Kt和径向Kp。Kt越大探测灵敏度越高。Kp越大,低频谐振波增多,发射脉冲变宽,导致分辨率下降,盲区增大。
正压电效应
负压电效应
2、压电材料的主要性能参数
5)机械品质因子
压电晶片在谐振时贮存的机械能E贮与在一个周期内损耗的能量E损
之比称为机械品质因子。
当晶片振动时,同时产生厚度和径向两个方向的变形,因此机电耦合系数分为厚度方向Kt和径向Kp。Kt越大探测灵敏度越高。Kp越大,低频谐振波增多,发射脉冲变宽,导致分辨率下降,盲区增大。
2、压电材料的主要性能参数
7)居里温度
压电材料与磁性材料一样,其压电效应与温度有关,它只能在一定的
温度范围内产生,超过一定的温度压电效应就会消失。使压电材料的
压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度,用Tc表示。
结论:超声波探头对晶片的要求
(1)机电耦合系数K较大,以便获得较高的转换效率
(2)机械品质因子较小,以便获得较高的分辨率和较小的盲区
(3)压电应变常数和压电电压常数较大,
以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度
(4)频率常数N较大,介电常数较小,以便获得较高的频率
(5)居里温度T较高,声阻抗Z适当
2、压电材料的主要性能参数
3、探头的种类和结构
1)直探头(纵波探头)
接口
外壳
电缆线
阻尼块
压电晶片
保护膜
直探头用于发射和接收纵波故又称纵波探头。主要用于探测与探测面平行的缺陷。如板材锻件探伤等。
3、探头的种类和结构
2)斜探头
接口
外壳
电缆线
阻尼块
压电晶片
斜楔
斜探头可分为纵波斜探头(aL<a1),横波斜探头(aL=a1~aII)和表面波探头(aL≧aII)
横波斜探头是利用横波探伤,主要是用于检测与探测面垂直或成一定角度的缺陷,如焊接汽轮机叶轮等。
表面波探头当入射角大于第二临界角在工件中产生表面波,主要检测工件表面缺陷
吸声材料
3、探头的种类和结构
3)聚焦探头
探伤区
接口
外壳
电缆线
阻尼块
压电晶片
斜楔
吸声材料
声透镜
聚焦区
聚焦探头分为点聚焦和线聚焦。点聚焦理想焦点为一点,其声透镜为球面;线
聚焦理想焦点为一条线,其声透镜为柱面。