Изучение УЗ-контроля

[Анатолий1]

а ПЭП другое излучить из-за механики не может

Поверьте может. Здесь Вам поможет Королёв и соавторы и их датчики. Возможность излучить прямоугольник позволяет широкополосность датчика. Если широкополосность недостаточна, то фронты импульса будут завалены. Уменьшение полосы приводит к тому, что фронты всё сильнее заваливаются и в итоге остаётся одна частоты, то есть синус, как у ПЭПов. (спорить не будем, читайте Харкевича Спектры)
Хотя, наверное, Вы имели ввиду дисковые ПЭП. Но дисковых ПЭП много разных. Есть ПЭП дисковый с вогнутой поверхностью, что создаёт ему широкополосность, так он может излучить прямоугольник с фронтами в соответствии со своей полосой (10МГц или 100 нс). Я такой тоже делал. И поле от этого датчика изучалось на моей теневой установке (фото есть в книге УЗПЭП).
То о чём Вы сказали относится только к дисковым слабодемпфированным ПЭП. Но ПЭПов, как Вы поняли много и это отдельная тема. Она когда-то была, но товарищи не желающие что-то изучать забанили её.

 

[Анатолий1]

я по вашим статьям не понял, вы считаете формулками или все на электрическую часть переводите и моделите ПЭП через длинную линию (картинки то явно из чего-то похожего на PSpice)?

В давние времена (почему поймёте позже) до 60 годов, неплохо расписали как работает пьезоэлемент (Казарян потом Редвуд). Затем Редвуд предложил схему замещения в том числе и с помощью длинной линии. С моей точки зрения последующие авторы, использующие такие схемы ушли в сторону от реальности.
А реальность такова. Берёте пьезоэлемент толщиной 10 мм. Бьёте по нему коротким прямоугольным импульсом или ударным с дефектоскопа, но тоже коротким и смотрите что будет. А будут короткие эквидистантные импульсы (не синусоида). А дальше начинаете экспериментировать, записывать, считать, сравнивать, читать, задавать вопросы себе, снова делать эксперименты, а уже потом попытаетесь систематизировать, пытаться писать формулки. Эксперимент и теория и т.д. Исходную формулу я взял у Королёва (он изложил её лучше Редвуда), а Королёв у Редвуда (статья 1963года). Так что формулки из эксперимента, схемы замещения не использую.

 

[fondue]

Не ну давайте всё-таки без экзотики. Если говорим о дефектоскопии то предлагаю ограничить область пэезокерамикой толщиной примерно соответствующей половине длины волны.

 

[dea135]

Это закон. Автосвёртка в два раза длинее исходной. Это если считать по нулям. Так что всё серьёзно.

хорошо. согласен- погорячился, приношу извинения.

 

[dea135]

А реальность такова. Берёте пьезоэлемент толщиной 10 мм. Бьёте по нему коротким прямоугольным импульсом или ударным с дефектоскопа, но тоже коротким и смотрите что будет. А будут короткие эквидистантные импульсы (не синусоида).

ну каждый может перевести ПЭП в режим радио и посмотреть что приходит на вход.
Я не понимаю что такое эквидистантные импульсы, объясните.
если пластина без электрической обвязки, то будут возбуждаться такие же импульсы по форме как и возбуждающие электрические, это, конечно, если импульс короче, чем время пробега в пластине.

 

[dea135]

Поверьте может. Здесь Вам поможет Королёв и соавторы и их датчики. Возможность излучить прямоугольник позволяет широкополосность датчика.

это мы понимаем, это теория в общей форме. я уже писал, а что такое широкополосность у пластины?

 

[dea135]

Есть ПЭП дисковый с вогнутой поверхностью, что создаёт ему широкополосность, так он может излучить прямоугольник с фронтами в соответствии со своей полосой (10МГц или 100 нс).

ну какая там широкополосность? это обычный резонансный ПЭП, только резонанс не на одной частоте, а на разных в соответствии с изменяющейся толщиной.
в отношении фронта. что мешает пластине отреагировать на крутой фронт возбуждающего электрического импульса? ничего не мешает она так и реагирует, если не задавлена электрическим обвесом. просто сигнал не в резонансе маловат и для работы не приемлемо.

 

[dea135]

Акустические полупериоды от синусоиды просто проходят мимо электродов в демпфер без отражений. Просто проходят мимо. Но не забывайте, что электроды регистрируют одно и то же с отличием в полярности электродя и задержкой между ними.

а электроды собирают заряд и больше они ничего не регистрируют. электроды вообще не понимают где те акустические импульсы- им все равно. заряд зависит от электрического поля (индукции).

Электрода два. Каждый электрод преобразует акустику в электрику. Первый полупериод (отрицательный) зарегистрировался на лицевом электроде и начал регистрацию на втором противофазном электроде и поэтому как положительный. В это время через лицевую часть проходит тоже положительный полупериод. Вот они суммируются до амплитуды 2. И окончательно - мимо второго электрода в демпфер, без отражения проходит второй положительный полупериод и он регистрируется в противофазе, как отрицательный. Вот уже без интегрирования получается в три раза длиннее.

Анатолий1, я уже писал, что изложенное вами я понять не могу. с моей точки зрения это на 1 апреля в самый раз. давайте так. механизм возбуждения-приема в качественной и наиболее простой форме изложен в книге братьев Крауткремеров (например, для определенности в издании "Металлургия", 1991 г.). механизм этот достаточно сложный чтобы его пересказывать, он значительно сложнее вашей модели и существенно отличается. почитайте этот раздел (параграф 7.3), если у вас будут несогласия с Крауткремерами, то вы их озвучите и я буду над этим думать и аргументировать несогласие (если оно у меня будет, всякое может быть), а если разногласий не будет, то я приведу отличия между моделью Крауткремеров и вашей.
смысл дискуссии состоит в прояснении, в прояснении наших технических знаний и понимания.

 

[Анатолий1]

Я не понимаю что такое эквидистантные импульсы, объясните.

Импульсы с равными расстояниями между ними. Расстояние или время между ними определяется пробегом импульса расстояния пьезоэлемента в том примере в 10мм и импульсы будут противофазны.

 

[Анатолий1]

такое широкополосность у пластины?

Не вдаваясь в теорию, но преобразование электроакустическое происходит на поверхностях. И это преобразование широкополосное при соответствующем возбуждении. И далее эта широкополосность ограничивается простой геометрией пластины. Это как свисток - источник широкополосный, а затем резонатор. Кстати, занимался (давно) пневматическими измерительными линиями для реактивных двигателей, физика оказалась такой же, тот же короткий импульс, когда стенки далеко, и та же синусоида, когда стенки близко, такие же отражения - от мягкой или жёсткой стенки.
Это я к тому, что для широкополосности должна быть одна стенка, либо больше двух, либо убрать синус обработкой.
Но если убрать пьезоэффект и говорить про пластину - то это резонатор и нет там широкополосности. Неправильно. Это зависит от длительности возбуждающего импульса в связке с размерами.

 

[Анатолий1]

он значительно сложнее вашей модели и существенно отличается. почитайте этот раздел (параграф 7.3)

Вы привыкли к ланному изложению, оно Вам знакомо. А если посмотреть заново. Объяснение процессов отражения, демпфирования и даже образования свёртки. Всё есть у Краукремеров, но называют по другому. У них нет цели построить модель математическую. Они просто объясняют на простых примерах. А на более сложных, на периоде синусоиды?
Сравните их пример и википедию. Правда похоже.

 

[lona53]

Вы привыкли к данному изложению, оно Вам знакомо.

Анатолий, вот, например, я тоже из "привыкших" (думаю, не только я).
Предположим, что вами предлагается некий новый подход к расчету электроакустического тракта для задач УЗК (тема-то про УЗК). Собственно расчетная акустическая часть тракта для этих задач "распахана" серьезными исследователями достаточно глубоко. И при этом - куча оговорок применимости (дальняя зона, идеальная среда ОК (да еще и безграничная), изотропность и далее по списку...). Так что, вы предлагаете (пусть в перспективе). Некие поправочные коэффициенты (функционалы)к существующим расчетным моделям (лупу протерли)? Или, может, совершенно новую расчетную модель тракта от дефектоскопа до дефекта? Тогда хотя бы в чем ее новая идеология (самой-то модели полного тракта именно от дефектоскопа до дефекта, как понимаю, еще нет).
И, наконец, понимаете ли вы в полной мере, что параметры реального дефекта (отражателя) никак (ну, практически никак, особенно для тонкостенных ОК) не коррелируют с параметрами эхо-сигнала от дефекта, рассматриваемого по вашему образному выражению в начисто протертую лупу?

 

[dea135]

Вы привыкли к ланному изложению, оно Вам знакомо. А если посмотреть заново. Объяснение процессов отражения, демпфирования и даже образования свёртки. Всё есть у Краукремеров, но называют по другому. У них нет цели построить модель математическую. Они просто объясняют на простых примерах. А на более сложных, на периоде синусоиды?

на периоде синусоиды еще проще анализ проводить.
а мы хотим математическую модель? она есть и их много. зайдите в программу численного моделирования COMSOL Multiphysics и там математическая модель уже встроена- пользуйтесь. на вскидку, может быть интересно посмотреть:
https://www.comsol.ru/blogs/how-to-model-piezoelectric-devices-as-both-transmitters-and-receivers/
https://www.comsol.ru/blogs/benchmark-shows-valid-results-for-a-piezoelectric-transducer-design/
https://www.comsol.ru/video/modelli...2021_SMM_Apr&utm_medium=Social&utm_content=74
нам же интересны не просто модели сами по себе, а что-то полезное для работы.

Сравните их пример и википедию. Правда похоже.

нет не похоже, совсем не похоже. у Крауткремеров есть достаточно связное и последовательное изложение, а ваша модель, как я уже писал, хороша для 1 апреля. я не пытаюсь вас обидеть, просто вы излагаете свои мысли вычурно- импульсы эквидистантные, преобразование электроакустическое происходит на поверхностях и пр.
но по вашим постам я понял следующее, что никакого различия между описанием механизма приема и излучения между Крауткремерами (а это где-то 1960-е годы) и вашим пониманием нет.

 

[Анатолий1]

Предположим, что вами предлагается некий новый подход к расчету электроакустического тракта для задач УЗК (тема-то про УЗК). Собственно расчетная акустическая часть тракта для этих задач "распахана" серьезными исследователями достаточно глубоко. И при этом - куча оговорок применимости (дальняя зона, идеальная среда ОК (да еще и безграничная), изотропность и далее по списку...). Так что, вы предлагаете (пусть в перспективе). Некие поправочные коэффициенты (функционалы)к существующим расчетным моделям (лупу протерли)? Или, может, совершенно новую расчетную модель тракта от дефектоскопа до дефекта?

на периоде синусоиды еще проще анализ проводить.

Мы ушли в дебри.
Предлагаю вернуть к началу к статье. Самый простой вариант из статьи.
В статье одна из схем такова:
1. Преобразователь совмещённый, предельно демпфированный, без протектора.
2. Иммерсионный вариант.
3. Отражатель металлический (не дефект, а брусок).
Первый вопрос - надо ли пояснять, что излученный импульс будет в виде периода синусоиды.
Распространение, отражение от большого металлического отражателя вопросов не вызывает.
Второй вопрос - приём - зависит от первого. Будем с ним разбираться совместно. Буду пытаться объяснять по другому. хотя, как пишут, что если разобрались в вопросе излучения, то вопрос приёма идентичен (пишут многие серьёзные исследователи)

 

[dea135]

Первый вопрос - надо ли пояснять, что излученный импульс будет в виде периода синусоиды.

конечно надо, это не очевидно, если возбуждающий импульс не синусоида.
1. подается на пластину ударный импульс с крутым фронтом- какой фронт будет сформирован у акустического импульса. импульс по длительности много меньше времени прохождения пластины по толщине.
2. с учетом отсутствия отражения от поверхности с демпфером покажите какой импульс будет излучен в воду. будет там синусоида?
3. вот все мы знаем, что короткий удар (молоточком по колоколу или железке) приводит к возникновению собственных колебаний. это резонансные условия. вопрос какой- откуда там берется синусоида?- удар то был короткий и никакой синусоиды не было. так вот как она формируется. только не нужно пользоваться формальными методами типа разложения в ряд Тейлора и дальше как по нотам. не, такой подход не катит и ничего не стоит. как процесс происходит на самом деле?

 

[dea135]

Распространение, отражение от большого металлического отражателя вопросов не вызывает.

в общем понятно, но в самом бруске возникнут переотражения и это создаст дополнительные проблемы- форма акустического отражения будет зависит от толщины бруска. у вас в модели есть упоминание про суперпозицию, вот она и здесь будет.

 

[dea135]

Второй вопрос - приём - зависит от первого. Будем с ним разбираться совместно. Буду пытаться объяснять по другому. хотя, как пишут, что если разобрались в вопросе излучения, то вопрос приёма идентичен (пишут многие серьёзные исследователи)

с удовольствием почитаем объяснения, но давайте сначала с излучением разберемся, как по мне, то излучение сложней.

 

[Анатолий1]

давайте сначала с излучением разберемся

Страница 160 Крауткремеров, или что не так про излучение в первой статье?

 

[dea135]

Страница 160 Крауткремеров, или что не так про излучение в первой статье?

там про широкополосность ничего не написано.
Анатолий1, я для себя объяснения имею и по широкополосности и пр. я спрашиваю у вас как автора статьи и разработчика модели излучения-приема акустических волн рассказать здесь из первых рук более подробно именно ваше понимание, а вы меня в книжку 40 летней давности.
я может быть и у Крауткремеров что-нибудь спросил, но спрашиваю у тех у кого реально могу.

 

[Анатолий1]

Страница 160 Крауткремеров, или что не так про излучение в первой статье?

Мне нужна была формула - вот она (выдержка из статьи).
Относительные амплитуды импульсов, излучаемых в нагрузку, в моменты времени кратные времени прохождения УЗ импульса в пьезоэлементе равные t0, t =d/c, t =2d/c, t =3d/c, t =4d/c, t =5d/c, t =6d/c, …, соответственно равны
–1, + (1+KД), – КД(1+K0), + K0KД(1+KД), – K0KД2(1+K0), + К02KД2(1+KД), –К02KД3(1+K0), + К03KД3(1+KД), – К03KД4(1+K0), ….. (5)
Временная диаграмма этих импульсов приведена на рис.1б, см. миниатюру (сплошные импульсы). Штриховой линией показаны акустические импульсы при возбуждении преобразователя электрическими импульсами колокольной формы длительностью в половину длины волны колебаний в пьезоэлементе.
Для предельно демпфированного при КД=0 остаются два члена -1 и через t =d/c будет 1.

Однако рисунок поясняет большее. При подаче напряжения (какого и как - всё указано читайте, иначе всё это придирки) - символически на две верхние точки на границах (плоскости пьеза). Видно, что из каждой точки в разные стороны излучаются акустические импульсы с полярностью и амплитудой соответствующими окружающим средам. Первый импульс (цифра 1) из левой верхней точки идет в нагрузку, а второй (для удобства восприятия наклонён) через "границу" (в кавычках так как в данном случае она отсутствует) уходит в демпфер.
Итак первый отрицательный импульс мы получили.
Однако через полпериода придёт второй импульс от задней границы (верхняя точка на границе d) и обозначенный пунктирной линией, идущей под наклоном справа налево и излучённая в нагрузку под номером 2. В соответствии со всякими отражениями амплитуда у него будет 1. Вот это и показано на рисунке 4 (миниатюра 4). Экспериментально из Королёва привёл акустический излученный импульс - миниатюра в тексте (но это я привёл в другой статье)

В чём отличие от Крауткремеров? В другой подаче материала. Я взял подачу материала у Королева, о чём делаю ссылку. Мне такая подача помогла рассчитать датчик с протектором. В таком датчике распространяются десятки волн и все их графически надо учесть, описать и сложить. Привожу миниатюру для пояснения задачи.