Metoda ultradzwiekowa

DownloadMetoda ultradzwiekowa

Advertisement
Download Presentation
Comments
fred
From:
|  
(193) |   (0) |   (0)
Views: 194 | Added: 18-05-2012
Rate Presentation: 0 0
Description:
Plan prezentacji. Podzial fal sprezystych.Podstawy teoretyczne badan ultradzwiekowych. Oddzialywanie ultradzwiek?w ze srodowiskiem. Rodzaje fal.Przetworniki ultradzwiekowe.Efekt piezoelektryczny.Metody badan ultradzwiekowych.Defektoskopia ultradzwiekowa.Literatura.. Podzial fal sprezystyc
Tags
,
Metoda ultradzwiekowa

An Image/Link below is provided (as is) to

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use only and may not be sold or licensed nor shared on other sites. SlideServe reserves the right to change this policy at anytime. While downloading, If for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.











- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -




1. Metoda ultradzwiekowa Wykonanie: Justyna Sikora

2. Plan prezentacji Podzial fal sprezystych. Podstawy teoretyczne badan ultradzwiekowych. Oddzialywanie ultradzwiek?w ze srodowiskiem. Rodzaje fal. Przetworniki ultradzwiekowe. Efekt piezoelektryczny. Metody badan ultradzwiekowych. Defektoskopia ultradzwiekowa. Literatura.

3. Podzial fal sprezystych

4. Podstawy teoretyczne badan ultradzwiekowych Ultradzwieki to drgania mechaniczne czastek osrodka (fale sprezyste) o czestotliwosci wiekszej niz g?rna granica slyszalnosci ucha ludzkiego. Granice te okresla sie umownie na 16 000 badz 20 000 Hz. Pomiedzy parametrami fali, kt?rymi sa: dlugosc fali ?[m], predkosc jej rozprzestrzeniania sie c [m/s], okres drgan T [s], wzglednie czestotliwosc drgan f [Hz], zachodzi nastepujacy zwiazek: W praktyce, dla cel?w badan material?w ceramicznych stosuje sie fale o czestotliwosciach od kilku setnych do kilku MHz. Fale ultradzwiekowe rozprzestrzeniaja sie dzieki drganiom sprezystym osrodka.

5. Podstawy teoretyczne badan ultradzwiekowych Prostopadlemu padaniu fali na granice dw?ch osrodk?w towarzyszy zjawisko odbicia i przenikania. Czesc fali padajacej odbija sie od granicy osrodk?w, a czesc rozchodzi sie w drugim osrodku. Wartosc stosunku energii fal odbitych i przechodzacych zalezy od akustycznych opornosci (impedancji akustycznej) rozpatrywanych osrodk?w, opornosc te mozna wyrazic wzorem: ?- gestosc srodka, c- predkosc fali w tym osrodku. Zjawisko odbicia jest tym wyrazniejsze, im wieksza jest r?znica opornosci akustycznych obydwu osrodk?w.

6. Podstawy teoretyczne badan ultradzwiekowych Natezenie fali ultradzwiekowej rozchodzacej sie w osrodkach stalych ulega oslabieniu. Skladaja sie na to dwa czynniki:

7. Podstawy teoretyczne badan ultradzwiekowych Wielkosc strat energii okresla energetyczny wsp?lczynnik tlumienia ?. Za jego pomoca okreslic mozna natezenie fali I w funkcji jej drogi l. I0 ? natezenie fali wyjsciowej, e- podstawa logarytm?w naturalnych. Wartosc wsp?lczynnika tlumienia rosnie ze wzrostem czestotliwosci fal. Podobny efekt wywoluje wzrost wielkosci ziarna materialu. Z tego powodu do badania material?w o strukturze gruboziarnistej (np. betonu) nalezy stosowac fale ultradzwiekowe o niskich czestotliwosciach ( 40? 100 kHz).

8. Rys. Zmiana natezenia fali w funkcji odleglosci na skutek tlumienia oraz zaleznosc wsp?lczynnika tlumienia od czestotliwosci. Podstawy teoretyczne badan ultradzwiekowych

9. Oddzialywanie ultradzwiek?w ze srodowiskiem Ultradzwieki czynne - wytwarzanie fal o znacznym natezeniu w celu osiagniecia okreslonych zmian fizycznych lub chemicznych. Ultradzwieki bierne - ze wzgledu na swe male natezenia sa przydatne do pomiar?w i diagnostyki. Ultradzwieki bierne sa waznym narzedziem w technice pomiarowej. W badaniach nieniszczacych sa dzis niezastapione. Znalazly zastosowanie w badaniach, material?w m.in.: przy wykrywaniu defekt?w mikrostruktury (wykrywanie wad, rozwarstwien, pekniec) przy pomiarach grubosci przy wyznaczeniu stalych sprezystosci przy wyznaczaniu naprezen mechanicznych w diagnostyce medycznej.

10. Oddzialywanie ultradzwiek?w ze srodowiskiem Spektroskopia Defektoskopia ultradzwiekowa Tensometria Emisja akustyczna Diagnostyka medyczna (wizualizacja, tomografia) Mikroskopia Hydrolokacja Sterowanie procesami technologicznymi Koagulacja (laczenie czastek) Dyspergowanie (rozdrabnianie) Terapia medyczna Kawitacja Sonochemia Rozkruszanie Formowanie osrodk?w twardych Spajanie i lutowanie Mycie ultradzwiekami Ekstrakcja Suszenie substancji Bierne Czynne

11. Rodzaje fal Fale ultradzwiekowe r?znia sie miedzy soba kierunkiem drgan czasteczek osrodka w stosunku do kierunku rozchodzenia sie fali. Rozr?zniamy: Fale podluzne Fale poprzeczne Fale powierzchniowe (Rayleigha) Fale podpowierzchniowe Fale plytowe (Lamba) Fale Love?a

12. Rodzaje fal Fale podluzne- czastki osrodka drgaja prostoliniowo zgodnie z kierunkiem rozchodzenia sie fali. Powstaja naprzemian zageszczenia i rozrzedzenia osrodka. Fale te rozchodza sie w kazdym osrodku materialnym (L, cL ); Fale poprzeczne- tzw. fale scinania, powoduja naprezenia styczne. Czastki osrodka drgaja w plaszczyznie prostopadlej do kierunku rozchodzenia sie fali. Rozchodzeniu sie tych fal nie towarzysza zmiany gestosci osrodka. Fale te rozchodza sie tylko w osrodkach stalych (T, cT );

13. Rodzaje fal Fale powierzchniowe (Rayleigha)- rozchodza sie na powierzchni swobodnej ciala stalego, wnikajac na glebokosc okolo jednej dlugosci fali. Ruch czastek odbywa sie po smuklej elipsie (R, cR ); Fale podpowierzchniowe- to szczeg?lny przypadek fal podluznych, powstajacych jako fala zalamania. Fale te wykazuja brak czulosci na nier?wnosci powierzchni (wykrywanie wad blisko powierzchni o malej gladkosci).

14. Rodzaje fal Fale plytowe (Lamba)- rozchodza sie w osrodku ograniczonym dwoma r?wnoleglymi powierzchniami, kt?rych odleglosc jest por?wnywalna z dlugoscia fali i nie przekracza kilku dlugosci fali. Fale Love?a- to fale poprzeczne rozchodzace sie w cienkiej warstwie znajdujacej sie na podlozu o innych wlasciwosciach akustycznych. Przesuniecia czastek odbywaja sie r?wnolegle do powierzchni warstwy i prostopadle do kierunku rozchodzenia sie fali.

15. Przetworniki ultradzwiekowe Przetworniki to takie elementy, za pomoca kt?rych przetwarza sie jeden rodzaj energii na drugi. W przypadku metod ultradzwiekowych chodzi o zamiane energii drgan elektrycznych na energie drgan mechanicznych i odwrotnie. W technice ultradzwiekowej jako zr?del najczesciej uzywa sie przetwornik?w elektroakustycznych, bazujacych na odwracalnym zjawisku piezoelektrycznym. W zakresie drgan ultradzwiekowych wykorzystywanych do badania material?w obecnie znajduja zastosowanie gl?wnie dwa typy przetwornik?w: przetwornik kwarcowy albo przetwornik z tytanianu baru.

16. Efekt piezoelektryczny Efekt piezoelektryczny w materialach ceramicznych wynika z ich specyficznej budowy, a mianowicie z wystepowania w nich nieregularnie zorientowanych obszar?w, zwanych domenami, bedacych dipolami elektrycznymi. Pod wplywem silnego pola elektrycznego oraz ogrzania, a potem schlodzenia do temperatury pokojowej, dipole te zostaja zorientowane w okreslonym kierunku, przy czym polaryzacja pozostaje po odjeciu pola. W przetworniku fal podluznych dipole usytuowane sa pod katem 450 do powierzchni. Po przylozeniu napiecia do powierzchni przetwornika dipole ulegaja obrotom zaleznym od znaku potencjalu na danej powierzchni zgodnie z zasada przyciagania sie ladunk?w r?znoimiennych. Obroty te powoduja zwiekszenie lub zmniejszenie grubosci przetwornika.

17. Rys. Schemat odksztalcen przetwornika ceramicznego pod wplywem efektu piezoelektrycznego: a) przetwornik w stanie spoczynku, b, c) odksztalcenie przetwornika pod wplywem zmian przylozonego napiecia. Efekt piezoelektryczny

18. Efekt piezoelektryczny W praktycznych zastosowaniach przetworniki odpowiednio obudowuje sie, dzieki czemu otrzymuje sie glowice ultradzwiekowe. W celu tzw. sprzezenia akustycznego glowicy z badanym materialem, konieczne jest pokrycie miejsca styku olejem, woda, smarem stalym. Dzieki temu usuwa sie warstewke powietrza, kt?ra uniemozliwia wprowadzenie fal do badanego osrodka.

19. Budowa glowicy ultradzwiekowej 1- obudowa; 2- przetwornik ultradzwiekowy w ksztalcie cienkiej kolowej plytki; 3- gniazdo do polaczenia konc?wki kabla); 4- warstewka oslonowa z tworzywa sztucznego; 5- specjalna warstewka materialu zapobiegajaca promieniowaniu od tylu; 6- przewody.

20. Metody badan ultradzwiekowych Metoda echa wykorzystuje zjawisko odbicia fali przechodzacej przez badany material od granicy z drugim osrodkiem. Na podstawie obserwacji tego odbicia mozna wnioskowac o wystepowaniu nieciaglosci w materiale lub powierzchni wynikajacej z ksztalt?w badanego przedmiotu. Mierzac czas t, jaki uplywa od chwili wyslania fali ultradzwiekowej w glab badanego materialu do chwili jej powrotu po odbiciu, mozna, w oparciu o znajomosc predkosci c jej rozchodzenie sie, okreslic przebyta przez nia droge. Dzieki temu mozliwe staje sie zlokalizowanie powierzchni odbijajacej, czyli okreslenie polozenia wady l lub odpowiedniego wymiaru (np. grubosci g) przedmiotu, zgodnie z ponizszym wzorem: lub

21. Metody badan ultradzwiekowych Znajomosc czasu przechodzenia ultradzwiek?w przez pr?bke materialu o znanej grubosci pozwala na wyznaczenie predkosci rozchodzenia sie fal w tym materiale. Pomiar czasu wymaga stosowania impuls?w fal, kt?re wysylane sa w glab material?w z odpowiednimi przerwami przeznaczonymi na oczekiwanie na powr?t sygnalu odbitego od przeszkody. Punktem odniesienia do pomiaru czasu staje sie w?wczas czolo impulsu. Metoda echa wymaga jedynie jednostronnego dostepu do badanego przedmiotu.

22. Rys. Zasady metody echa: a) wyznaczenie polozenia wady, b) okreslenie grubosci przedmiotu. Metody badan ultradzwiekowych

23. Metody badan ultradzwiekowych Metoda przepuszczenia polega na wprowadzeniu fal ultradzwiekowych z jednej strony i odbieraniu ich po przejsciu przez przedmiot po stronie przeciwnej. Obserwuje sie przy tym zmiane natezenia przechodzacych ultradzwiek?w, gdyz kazda nieciaglosc na ich drodze powoduje oslabienie fali. Metoda przepuszczania nie pozwala na lokalizacje wykrytych wad. Metoda przepuszczania wykorzystywana jest takze do pomiar?w czasu przejscia fali szczeg?lnie przez materialy silnie tlumiace. W tym przypadku, ultradzwieki przebiegaja przez pr?bke tylko jednokrotnie i nie ulegaja tak znacznemu lub nawet calkowitemu oslabieniu, kt?re moze miec miejsce przy badaniu metoda echa, kiedy to fale przechodza przez przedmiot dwukrotnie.

24. Rys. Zasada badan metoda przepuszczenia: a) material bez wad, b) material z wada. Metody badan ultradzwiekowych

25. Rys. Schemat defektoskopu ultradzwiekowego pracujacego metoda echa. Metody badan ultradzwiekowych

26. Rys. Schemat defektoskopu ultradzwiekowego pracujacego metoda przepuszczenia. Metody badan ultradzwiekowych

27. Defektoskopia ultradzwiekowa Tlumienie fal sprezystych Tlumienie fal ultradzwiekowych mozna mierzyc metoda przepuszczenia lub metoda echa. Najczesciej stosuje sie metode echa. Metode przepuszczenia stosujemy gdy nie mozna dokonac pomiaru badanego osrodka metoda echa. Pomiar tlumienia stosowany jest w celu wykrywania niejednorodnosci budowy strukturalnej tworzywa. Zlozony uklad krystaliczny posiadajacy wyzsza energie swobodna wykazuje wyzsze tlumienie. Zgodnie z powyzsza zasada, poprzez pomiar tlumienia, mozna wykrywac lokalne naprezenia w tworzywach ceramicznych, powstajace na granicach obszar?w o r?znej budowie strukturalnej oraz w poblizu wtracen.

28. Defektoskopia ultradzwiekowa Badanie niemetali Charakterystyczne dla badania niemetali jest stosowanie w szerszym zakresie niz dla metali pomiar?w tlumienia i predkosci fal ultradzwiekowych. Wielkosci te charakteryzuja czesto nie tylko strukture mikroskopowa, ale r?wniez wazne wlasciwosci eksploatacyjne takie jak: wytrzymalosc na sciskanie, rozciaganie, porowatosc. Co pozwala na kontrole nie tylko gotowych wyrob?w, ale i proces?w produkcyjnych pod katem widzenia wyboru optymalnych warunk?w przeprowadzenia tych proces?w (np. wypalanie porcelany).

29. Defektoskopia ultradzwiekowa Zdefektowanie tworzywa w procesie technologicznym Kazdy z etap?w procesu technologicznego ceramiki wprowadza r?zne rodzaje defekt?w wplywajacych na wlasnosci uzytkowe tworzywa.

30. Przyklady zastosowania ultradzwiek?w do badan jakosci i wlasnosci wytrzymalosciowych material?w ceramicznych. Pomiar predkosci fal podluznych sluzyc moze do oceny wytrzymalosci r?znych material?w ceramicznych w gotowych wyrobach i konstrukcjach. Jednym z takich material?w jest beton, dla kt?rego opracowana zostala norma podajaca zasady wyznaczenia jego wytrzymalosci na sciskanie. Pomiar predkosci fal w betonie wykonuje sie metoda przepuszczenia.

31. Przyklady zastosowania ultradzwiek?w do badan jakosci i wlasnosci wytrzymalosciowych material?w ceramicznych. Innym zastosowaniem pomiar?w predkosci fal podluznych jest ocena wytrzymalosci na zginanie grafitowych elektrod hutniczych. Predkosc fal mierzona jest w kierunku prostopadlym do osi elektrody (srednica elektrod hutniczych wynosi od 200 do 500 mm). Na podstawie takich badan odrzucic mozna elektrody o niedostatecznej wytrzymalosci (w rozwazanym przypadku ponizej 40 MPa, co odpowiada predkosci fal cL <1450 m/s). Rys. Zwiazek pomiedzy wytrzymaloscia na zginanie elektrod weglowych a predkoscia fal podluznych.

32. Defektoskopia ultradzwiekowa Diagnostyka medyczna Metody diagnostyki ultradzwiekowej sa identyczne z metodami badania material?w, a mianowicie stosuje sie metode cienia lub metode echa. G?rna granica stosowanych czestotliwosci siega 2 do 3 MHz, przy kt?rych wystepuja nie tylko zjawiska ugiecia na niejednorodnosciach, lecz ponadto wiazka ultradzwiekowa ulega rozproszeniu na strukturze ciala, a szczeg?lnie ulega silnemu odbiciu na kawernach gazowych. Diagnostyke ultradzwiekowa stosuje sie w: neurologii (wylew krwi, zmiany onkologiczne) oftalmologii (wykrywanie guz?w, odwarstwien siatk?wki) poloznictwie i ginekologii (lokalizacja cyst, guz?w, polozenie i stan plodu) choroby wewnetrzne (guzy zlosliwe i niezlosliwe piersi, wady pluc, sledziony i trzustki, choroby ukladu krazenia, osteoporoza, zaburzenia metabolizmu kosci, postep zrostu kostnego kosci dlugich, marskosc watroby, diagnostyka kamicy z?lciowej i nerkowej)

33. Podsumowanie 1. Przy pomocy badan ultradzwiekowych mozemy okreslic: a) w spos?b bezposredni: anizotropie pr?bek, niejednorodnosc wyznaczyc wszystkie stale sprezystosci lub stale materialowe pr?bek izotropowych i anizotropowych defekty mikrostruktury (wykrywanie wad, rozwarstwien, pekniec) b) w spos?b posredni (o wczesniej wyznaczone korelacje): wytrzymalosc na zginanie, sciskanie, rozciaganie wsp?lczynnik rozszerzalnosci cieplnej twardosc, porowatosc gestosc. 1. Przy pomocy badan ultradzwiekowych mozemy okreslic: a) w spos?b bezposredni: anizotropie pr?bek, niejednorodnosc wyznaczyc wszystkie stale sprezystosci lub stale materialowe pr?bek izotropowych i anizotropowych defekty mikrostruktury (wykrywanie wad, rozwarstwien, pekniec) b) w spos?b posredni (o wczesniej wyznaczone korelacje): wytrzymalosc na zginanie, sciskanie, rozciaganie wsp?lczynnik rozszerzalnosci cieplnej twardosc, porowatosc 1. Przy pomocy badan ultradzwiekowych mozemy okreslic: a) w spos?b bezposredni: anizotropie pr?bek, niejednorodnosc wyznaczyc wszystkie stale sprezystosci lub stale materialowe pr?bek izotropowych i anizotropowych defekty mikrostruktury (wykrywanie wad, rozwarstwien, pekniec) b) w spos?b posredni (o wczesniej wyznaczone korelacje): wytrzymalosc na zginanie, sciskanie, rozciaganie wsp?lczynnik rozszerzalnosci cieplnej twardosc, porowatosc

34. Podsumowanie 2. Metody ultradzwiekowe stosuje sie: do badania jakosci, stabilnosci i powtarzalnosci warunk?w technologicznych do badan miedzyoperacyjnych (kontroli poszczeg?lnych etap?w procesu technologicznego: jednorodnosci zasypu, wymieszania, prasowania, suszenia, spiekania) do opracowania nowej technologii- optymalizacja warunk?w technologicznych (upakowania materialu, dob?r optymalnego lepiszcza, techniki prasowania, spiekania). Mozliwosci wykorzystania metod ultradzwiekowych zwlaszcza w badaniach material?w porowatych, gruboziarnistych, anizotropowych uzaleznione sa od mozliwosci aparatury.

35. Literatura Filipczynski L., Pawlowski Z., Wehr J. Ultradzwiekowe metody badan material?w, Wyd. Naukowo- Techniczne, Warszawa 1963. Sliwinski A. Ultradzwieki i ich zastosowanie, Wyd. Naukowo- Techniczne, Warszawa 2001. Piekarczyk J. Metody badan. Badania ultradzwiekowe.


Other Related Presentations

Copyright © 2014 SlideServe. All rights reserved | Powered By DigitalOfficePro