Способ определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя (варианты)



Способ определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя (варианты)
Способ определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя (варианты)
Способ определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя (варианты)

 


Владельцы патента RU 2415388:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Эхо+" (ООО "НПЦ "ЭХО+") (RU)

Использование: для определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя. Сущность: заключается в том, что регистрируют эхосигналы от отражателя при сканировании пьезоэлектрическим преобразователем по плоской поверхности образца, рассчитывают многочастотные голограммы по эхосигналам, рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчетом диаграммы направленности, при этом эхосигналы регистрируют в совмещенном режиме от дна полусферического образца, для чего сканируют по двум координатам, рассчитывая произвольные сечения трехмерной диаграммы направленности, или же согласно другому варианту способа эхосигналы регистрируют в совмещенном режиме от дна полуцилиндрического образца, для чего сканируют по одной координате, рассчитывая единичные сечения трехмерной диаграммы направленности. Технический результат: устранение влияния реверберационного шума, а также устранение необходимости его отсечения для контактных пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) и, кроме того, упрощение отбора сигнала для обработки за счет использования единственного образца, а также за счет устранения необходимости использования дополнительного приемного преобразователя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля, а именно к способам определения диаграммы направленности пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП).

Известен способ определения диаграммы направленности ПЭП при его перемещении по поверхности образца, содержащего ненаправленный отражатель, находящийся в дальней зоне ПЭП, и анализ зависимости амплитуды эхосигнала от расстояния до отражателя (см. ГОСТ 23702-90. Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний).

Недостатком данного способа является влияние на результат квазиискривления лучей под влиянием затухания ультразвука в материале тест-образца и дифракционного ослабления амплитуды сигнала при изменении расстояния от ПЭП до отражателя.

Известен также способ определения диаграммы направленности при регистрации поля контактного ПЭП на поверхности полуцилиндрического или полусферического образца точечным приемным преобразователем, например электромагнитоакустическим преобразователем (см. Европейский стандарт. EN 12668-2: 2001. Неразрушающий контроль. Характеристика и проверка ультразвукового оборудования. Часть 2. Преобразователи, а также «IMPROVERMENT IN AND RELATING TO THE DETERMINING OF ULTRASONIC PROBE CHARACTERISTICS» GB 1566429A).

Недостатком этого способа является технологическая сложность его реализации из-за сложности изготовления измерительного оборудования, необходимость применения дополнительного приемного преобразователя.

Известен способ определения диаграммы направленности ПЭП, принятый за прототип, при котором регистрируют эхосигналы от отверстия бокового сверления при сканировании ПЭП в одной плоскости по поверхности образца, рассчитывают многочастотные голограммы по эхосигналам, рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчетом диаграммы направленности (см. Бадалян В.Г., Базулин Е.Г., Бычков И.В. и др. Система калибровки пьезоэлектрических преобразователей «Авгур 2.2» // Законодательная и прикладная метрология, 1993, №5, с.14-17).

Недостатком данного способа является необходимость устранения реверберационных шумов ПЭП, отстройки от сигналов, образующихся при возникновении волны обегания/соскальзывания на отверстии бокового сверления, трансформированных волн. Кроме того, этот способ позволяет определять только одно сечение трехмерной диаграммы направленности при выполнении однократного сканирования. Кроме этого для определения иных характеристик ПЭП, кроме диаграммы направленности, дополнительно требуется применение образца с полуцилиндрическим дном.

Предложен способ определения диаграммы направленности контактного ПЭП, при котором регистрируют эхосигналы в совмещенном режиме от отражателя при сканировании ПЭП в одной плоскости, рассчитывают голограммы по эхосигналам, рассчитывают пространственный спектр голограмм, после чего рассчитывают диаграммы направленности, отличающийся тем, что эхосигналы регистрируют для от дна полусферического образца, для чего сканируют по двум координатам, рассчитывая произвольные сечения трехмерной диаграммы направленности. Также при использовании образца с полуцилиндрическим дном сканируют по одной координате, рассчитывая единичные сечения диаграммы направленности.

Технический результат предложенного способа практически устраняет влияние реверберационного шума и необходимость его отсечения для контактных ПЭП, отбор сигнала для обработки существенно упрощается. Процедура определения характеристик ПЭП существенно упрощается за счет использования единственного образца. Отсутствует необходимость использования дополнительного приемного преобразователя.

Описываемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен эскиз полусферического образца для калибровки контактных ПЭП, на фиг.2 показаны два взаимно перпендикулярных сечения трехмерной диаграммы направленности, на фиг.3 - иллюстрация примера определения двух сечений диаграммы направленности по двухмерному спектру голограмм.

Особенность полусферического дна образца, показанного на фиг.1, заключается в его сферической симметрии и возможности представить полусферический отражатель как точечный отражатель, расположенный в центре симметрии. Полуцилиндрический образец обладает симметрией в одной плоскости.

Трехмерная диаграмма направленности ПЭП 1, показанная на фиг.2, может быть представлена набором сечений, из которых на практике интерес представляют сечение в основной плоскости 2, перпендикулярной рабочей поверхности 3 ПЭП, в которой лежит акустическая ось 4 преобразователя и дополнительная плоскость 5, перпендикулярная основной и также проходящая через акустическую ось.

Далее на примере при использовании наклонного ПЭП с углом ввода 50° с частотой 2.5 МГц, развернутого на 45° по азимуту, изложено описание предложенного способа. Результат расчета по указанному примеру показан на фиг.3.

1. Выполняется регистрация эхосигналов p(x,y,t), где х,у - координаты точки ввода ПЭП, мм относительно центра симметрии отражателя при сканировании, t - время прихода эхосигнала, мкс.

2. Через преобразование Фурье во времени из эхосигналов рассчитываются многочастотные голограммы:

h(x,y,f)=ℑt(p(x,y,t)), f⊂(fmin, fmax),

где f - частота, МГц, fmin и fmax - границы полосы пропускания ПЭП.

3. Через двухмерное пространственное преобразование Фурье рассчитывается пространственный спектр голограмм (пространственный спектр голограмм на одной частоте показан на фиг.3):

H(kx,ky,f)=ℑxy(h(x,y,t)), f⊂(fmin, fmax),

Из двумерного спектра голограмм на частоте f может быть извлечено произвольное сечение диаграммы направленности. Частоте f соответствует волновое число k=2·2π/λ, где λ=c/f длина волны, умножение на двойку учитывает совмещенный режим регистрации, то есть соответствует расчету диаграммы направленности излучения-приема. Сечение диаграммы направленности излучения-приема Θ2 (α,β,f) на частоте f может быть вычислено по алгоритму, описанному далее.

Определяется угол азимутального разворота диаграммы направленности относительно оси X сканирующего устройства (в случае если ось Х сканирующего устройства и ось Х системы координат ПЭП совпадают, то этот угол является максимумом диаграммы в дополнительной плоскости)

β*=arctan 2(ky max,-kx max),

где kx max, ky max - волновые числа, соответствующие точке спектра H(kx,ky,fэ) с максимальным значением амплитуды, где fэ - эффективная частота эхоимпульса.

Для диаграммы направленности в основной плоскости при фиксированном азимутальном угле разворота β* (геометрическое место точек, соответствующих основной плоскости, показано на фиг.3 выноской "1")

, где

Для диаграммы направленности в дополнительной плоскости при фиксированном угле ввода в основной плоскости α* и фиксированном азимутальном угле β* (геометрическое место точек, соответствующих дополнительной плоскости, показано на фиг.3 выноской "2")

, где

5. Сумма парциальных диаграмм направленности по всем частотам составляет импульсную диаграмму направленности. Результат расчета сечений диаграммы направленности может быть показан в виде зависимости относительной амплитуды от угла, как на фиг.3.

Преимуществами предложенного способа являются отсутствие влияния реверберационного шума и необходимости его отсечения, возможность определения полной трехмерной диаграммы направленности ПЭП и точное определение точки ввода ультразвука, возможность использования единственного образца при определении характеристик ПЭП, возможность уменьшения размеров области сканирования и снижение требований к качеству акустического контакта, облегчение определения диаграммы направленности для ПЭП с длительной эхоимпульсной характеристикой, отсутствие дополнительных приемных преобразователей.

1. Способ определения диаграммы направленности контактного пьезоэлектрического преобразователя, при котором регистрируют эхосигналы от отражателя при сканировании пьезоэлектрическим преобразователем по плоской поверхности образца, рассчитывают многочастотные голограммы по эхосигналам, рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчетом диаграммы направленности, отличающийся тем, что эхосигналы регистрируют в совмещенном режиме от дна полусферического образца, для чего сканируют по двум координатам, рассчитывая произвольные сечения трехмерной диаграммы направленности.

2. Способ определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя, при котором регистрируют эхосигналы от отражателя при сканировании пьезоэлектрическим преобразователем по плоской поверхности образца, рассчитывают многочастотные голограммы по эхосигналам, рассчитывают пространственный спектр голограмм с последующим расчетом диаграммы направленности, отличающийся тем, что эхосигналы регистрируют в совмещенном режиме от дна полуцилиндрического образца, для чего сканируют по одной координате, рассчитывая единичные сечения трехмерной диаграммы направленности.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в ультразвуковых ваннах и других технологических объемах с водой, повергаемой действию ультразвука.

Изобретение относится к приборам для измерения акустических сигналов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а также для проверки исправности тормозной системы транспортных средств.

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение в практической работе на индивидуальных и коллективных пасеках. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики помпажа - продольных автоколебаний, несанкционированно возникающих в компрессорах газотурбинных установок, а также для оценки параметров помпажных колебаний.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики технического состояния механизмов с вращающимися элементами конструкции.

Изобретение относится к способу измерения внешнего шума автомобиля и может быть использовано для определения вклада глушителя выпуска отработавших газов во внешнее звуковое поле автомобиля.

Изобретение относится к виброизмерительной технике. .

Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано для виброакустической диагностики передач зацеплением приводов машин, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной, авиационной промышленности и других.

Изобретение относится к виброизмерительной технике. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к виброобработке маложестких деталей для снижения в них остаточных напряжений

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение в практической работе на индивидуальных и коллективных пасеках

Изобретение относится к способам определения шумового загрязнения территории и может быть использовано при осуществлении контроля уровня шума на границе жилой застройки, а также для определения вклада источника шума в общую акустическую ситуацию на границе жилой застройки. Сущность: определяют характерный по уровню шума период работы источника шума, соответствующий периоду с наибольшим уровнем шума. Определяют характерную точку на плане местности из условия соответствия наибольшему уровню шума. В области характерной точки проводят многократные натурные замеры уровня шума на высотах, соответствующих высотному расположению окон каждого этажа жилой застройки. Определяют характерную по уровню шума высотную точку, соответствующую наибольшему уровню шума. Проводят дополнительные многократные натурные замеры уровня шума в характерный период работы источника шума одновременно у источника шума и в характерной по уровню шума высотной точке. Сопоставляют уровень шума для характерной по уровню шума высотной точки, сравнивая два значения уровня шума: первое - полученное в результате замеров уровня шума в характерный по уровню шума период работы источника шума, и второе - определенное в результате расчета уровня шума из условия его снижения расстоянием. Величину вклада источника шума определяют как разницу первого и второго упомянутых значений уровня шума. Технический результат: повышение точности определения уровня шума, обеспечение возможности определения вклада источника шума в общую акустическую ситуацию. 1 ил.

Использование: для акустико-эмиссионной диагностики морских ледостойких сооружений. Сущность изобретения заключается в том, что в критичных узлах конструкции сооружения устанавливают акустико-эмиссионные преобразователи звукового диапазона частот, регистрируют сигналы акустической эмиссии и по параметрам сигналов акустической эмиссии определяют степень дефекта конструкции сооружения, при этом дополнительно устанавливают в критичных узлах конструкции сооружения группу акселерометров, воспринимающих механические напряжения низкочастотных колебаний инфразвукового диапазона частот, а затем вычисляют первую функцию взаимной корреляции между сигналами, поступающими от акустико-эмиссионных преобразователей и акселерометров, а затем вторую функцию взаимной корреляции между сигналами, поступающими от каждой пары ближайших акустико-эмиссионных преобразователей, при этом дефекты сооружения обнаруживают по амплитуде и форме максимумов от каждой функции корреляции, а координаты дефектов определяют по временной задержке максимума второй функции корреляции между каждой парой акустико-эмиссионных преобразователей. Технический результат: повышение надежности обнаружения и диагностики скрытых дефектов морских ледостойких сооружений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области диагностики, в частности к вибродиагностике, и может быть использована для выявления наличия дефектов в узлах и агрегатах автомобиля. Способ заключается в том, что виброакустический сигнал усиливают, фильтруют, дискретизируют по времени. Затем на каждом очередном шаге дискретизации определяют суммарное значение результатов нелинейных интегральных преобразований функцией y(x)=sin(x)*x2 следующих друг за другом N отсчетов виброакустического сигнала, сравнивают полученное значение с пороговым уровнем Δ. В случае превышения порогового уровня формируется сигнал о наличии дефекта. Устройство содержит последовательно соединенные вибродатчик с усилителем, фильтр, блок дискретизации, блок нелинейных интегральных преобразований, блок определения суммарного значения отсчетов, компаратор. Генератор тактовых импульсов соединен со вторым входом блока дискретизации и вторым входом блока определения суммарного значения отсчетов. Формирователь порогового уровня соединен со вторым входом компаратора, который является выходом схемы. Технический результат заключается в повышении достоверности выявления наличия дефектов. 2 н. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к техническим средствам для обеспечения безопасности жизнедеятельности. Система включает измерительный микрофон с передающим устройством, связанный с измерителем шума по радиоканалу, четырехрежимное сигнально-информационное табло, связанное с блоком вычислителя по радиоканалу, и устройство ввода информации. Блок вычислителя содержит приемное устройство, измеритель шума, блок индикации, блок питания, приемо-передающее устройство получения информации с измерительного микрофона и передачи информации на сигнально-информационное табло, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, микроЭВМ, выполненную с возможностью определения средней интенсивности шума (L, дБА), посредством режима «скользящего окна» и с учетом характеристик используемых противошумов, и вычисления риска ошибочных действий (R), обусловленных воздействием шума, по формуле R=1-(0,0003167e0,061112L+1,10521), при этом риск ошибочных действий (R) кодируется цветом и режимом, а сигнал передается на табло в виде зеленого, при R<0,3 - низкий риск, желтого, при 0,3≤R<0,6 - выраженный риск, красного, при 0,6≤R<0,9 - высокий риск, красного пульсирующего, при R≥0,9 - очень высокий риск. Использование изобретения позволяет повысить оперативность информирования о риске ошибочных действий, обусловленных воздействием производственного шума. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам вибрационной диагностики. Способ измерения вибрационных нагрузок на двигателе летательного аппарата предполагает измерение вибраций с последующим определением спектральной плотности мощности ускорения вибрационного процесса Wxx(f), рассчетом интегральной характеристики Qxx(f), представляющей накопленную по частоте площадь под кривой спектральной плотности мощности. Затем определяют амплитудные уровни и частоты вибрационных нагрузок путем выбора частот с пиковыми уровнями спектральной плотности в Wxx(f) и выявления скачкообразных приращений Δi ординат площади. Определяют амплитуды ускорения по результатам приравнивания каждой Δi на частотах fi к среднему значению квадрата амплитуды гармонического колебания. Все остальные частоты, где отсутствуют скачкообразные приращения, относят к случайным составляющим измеренного вибрационного процесса с уровнями полученной спектральной плотности мощности. Сопоставляют их с аналогичными параметрами, установленными в технических требованиях, и оценивают вибрационную совместимость нового двигателя, работающего в составе силовой установки. Технический результат - повышение точности измерений, сокращение времени на диагностику. 1 ил.

Использование: для определения диаграммы направленности пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП). Сущность изобретения заключается в том, что перемещают ПЭП по образцу с ненаправленным отражателем, измеряя амплитуды U и времена прихода эхо-сигналов t в произвольных точках образца, выполняют расчет угла ввода при известной глубине отражателя h и скорости распространения ультразвука в образце c по формуле α=arccos(2h/ct), после чего определяют диаграмму направленности. Технический результат: повышение достоверности и точности измерений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх