2.9. Проявление собственных колебательных явлений при ультразвуковых исследованиях

На рис.2-11 приведена схема установки, с помощью которой можно исследовать проявления собственных колебательных свойств прозвучиваемых объектов.

На рис.2-11 приведена схема установки, с помощью которой можно исследовать проявления собственных колебательных свойств прозвучиваемых объектов.
Рис. 2-11

Пьезокерамический дисковый излучатель 1 возбуждается электрическим генератором коротких импульсов и излучает упругие волны в обоих противоположных направлениях. Два одинаковых дисковых пьезокерамических приемника⁶ 2 и 3 установлены строго параллельно излучателю 1. Поворотный предметный столик 4 служит для установки исследуемой пластины 5. Нониус 6 позволяет отсчитывать величину перемещения приемника 2 вправо-влево. Вся установка размещена в бассейне 7, заполненном звукопроводящей жидкостью (водой или маслом).

Важнейшим моментом является настройка установки непосредственно перед исследованием. В результате этой настройки, электрические сигналы, снимаемые с приемников, в отсутствии пластины 5 должны быть совершенно одинаковыми по форме и амплитуде. Для обеспечения этого, сигналы с обоих приемников подаются на двухлучевой осциллограф. Регулировкой усиления каналов осциллографа следует добиться одинаковости сигналов по амплитуде. Кроме того, приемник 2 перемещается так, чтобы оба сигнала были совмещены по времени.

Следующим этапом исследований является прозвучивание пластины из оргстекла, которая устанавливается на предметный столик 4.

Ослабление сигнала на приемнике 3 следует компенсировать усилением канала осциллографа, а изменение времени прихода сигнала к приемнику 3 - смещением приемника 2. При этом признаком настройки будет полное совпадение по форме сигналов с обоих приемников.

Неизменность формы сигнала при прохождении его через пластину из оргстекла свидетельствует о том, что объекты из оргстекла не изменяют спектр. Или, иначе говоря, не являются резонаторами.

И, наконец, устанавливаем на предметный столик стеклянную пластину. При прохождении через стеклянную пластину сигнал изменяется кардинально. Многократно увеличивается его длительность. Огибающая сигнала по форме уже ничего общего не имеет с огибающей сигнала, снимаемого с приемника 2. Заполнение сигнала также может изменяться по частоте. Форма сигнала, снимаемого с приемника 3, будет изменяться при любых изменениях размеров стеклянной пластины - как при изменении ее толщины, так и при изменении любых других ее размеров. Характер изменения сигнала будет аналогичным при прозвучивании пластин из металлов и сплавов, керамики, а также из горных пород.

Из этого делаем вывод, заключающийся в том, что наличие приповерхностных зон Δh в объектах соответствует наличию у них резонансных свойств. А при отсутствии этих зон отсутствуют и резонансные свойства.

На рис.2-12 показан характер сигналов при проведении описанных исследований.

На рис.2-12 показан характер сигналов при проведении описанных исследований.
Рис. 2-12

(а) - короткий сигнал, возбуждающий пьезокерамический излучатель 1.

(b) - сигнал, снимаемый с приемника 2, а также приемника 3 в отсутствии прозвучиваемой пластины или при установке на предметный столик пластины из оргстекла.

(с) и (d) - два из множества возможных сигналов, снимаемых с приемника 3 при установке на предметный столик пластин из всех перечисленных сред кроме оргстекла.

Добавим к описанию этого эксперимента еще один момент.

Если поворотный столик 4, на котором установлена стеклянная (металлическая, керамическая и т.п.) пластина, потихоньку поворачивать, то, начиная с какого-то угла поворота φ_0, сигнал, снимаемый с пьезокерамики 3, станет идентичным по форме сигналу, снимаемому с пьезокерамики 2. То есть, он станет таким, как если бы мы прозвучивали слой-нерезонатор (оргстекло).

Этот угол поворота φ₀ имеет отношение к углу поворота вектора на рис.2-2б. То есть, угол поворота, который при реализации метода критических углов воспринимается обычно как критический угол при определении скорости распространения волн, на самом деле, является углом, характеризующим поворот вектора скорости распространения упругих колебаний в средах ряда стекла вблизи свободной поверхности.

6 Приемник всегда тоньше и меньше по размеру, чем излучатель.