7.4. Ультразвукові перетворювачі

7.4.1. Класифікація ультразвукових перетворювачів

Перетворювачі класифікують за рядом ознак, які розглянуто далі.

За способом акустичного контакту твердотільної частини перетворювача (протектора, призми) з контрольованим об'єктом розрізняють:

 контактні перетворювачі, які притискаються до поверхні виробу, заздалегідь змазаною рідиною; у деяких випадках шар рідини замінюють еластичним матеріалом (еластичним протектором);

 імерсійні перетворювачі, між поверхнею яких і виробом є товстий шар рідини (товщина цього шару у багато разів перевищує довжину хвилі); при цьому виріб цілком або частково занурюють в імерсійну ванну, використовують, наприклад, струмінь води;

 контактно-імерсійні перетворювачі, які мають в своєму складі локальну імерсійну ванну з еластичною мембраною, що контактує з виробом безпосередньо або через тонкий шар рідини;

 щілинні (меніскові) перетворювачі, між поверхнею яких і виробом створюється зазор, сумірний з довжиною хвилі ультразвуку;

 перетворювачі з сухим точковим контактом, що мають опуклу поверхню, дотичну з виробом; площа дотику 0,01 ... 0,50 мм²;

 безконтактні перетворювачі, які збуджують акустичні коливання у виробі через шар повітря або вакуум (повітряно-акустичний зв'язок) за допомогою електромагнітно-акустичного і оптикотеплових ефектів; ці перетворювачі не набули широкого практичного втілення, оскільки їх чутливість в десятки тисяч раз нижча від чутливості інших перетворювачів.

Використання контактних перетворювачів з еластичним протектором, а також щілинних, контактно-імерсійних і безконтактних дозволяє понизити вимоги до параметрів шорсткості поверхні контрольованого виробу.

Залежно від способу з'єднання перетворювачів з електричною схемою приладу можна виокремити:

 суміщені перетворювачі, які з'єднуються одночасно з генератором і підсилювачем приладу і служать як для випромінювання, так і приймання ультразвукових коливань;

 роздільні перетворювачі, що складаються з випромінювача, з'єднаного з генератором зондувальних сигналів, і приймача, з’єднаного з підсилювальним трактом;

 роздільно-суміщені перетворювачі, що складаються з випромінювального і приймального елементів, конструктивно зв'язаних між собою, але розділених електричним і акустичним екранами;

 мультиелементні перетворювачі з одновимірним або двомірним розподілом незалежних перетворювачів, що дозволяють електричним шляхом керувати характеристикою напрямленості випромінювання-приймання.

За напрямом акустичної осі перетворювачі поділяють на такі:

 прямі, що випромінюють хвилі нормально до поверхні виробу; роздільно-суміщені перетворювачі називають нормальними, якщо їх загальна акустична вісь перпендикулярна до поверхні об'єкта контролю;

 похилі, акустична вісь яких має кут відхилення від нормалі понад 6°…8°. Використовують здебільшого для збудження поперечних, нормальних і поверхневих хвиль (Релея);

 із змінним кутом уведення.

За формою акустичного поля розрізняють:

 площинні перетворювачі з п′єзопластиною плоскої форми, форма акустичного поля яких залежить від форми електродів, поляризації п′єзопластини, хвильового розміру та ін.;

 фокусувальні перетворювачі, що забезпечують звуження акустичного поля в деякій ділянці контрольованого об'єкта;

 широконапрямлені (віялові), які випромінюють хвильовий пучок променів, що розходяться, іноді по різному в окремих площинах;

 фазовані ґратки (розподілені перетворювачі), що складаються з ряду окремих керованих елементів; твірна поверхня, на якій розташовані окремі елементи, може мати форму як площини, так і іншу; подаючи різні за фазою і амплітудою сигнали на ці елементи, можна змінювати напрям випромінювання (тобто кут уведення), домагатися фокусування або розфокусування, усувати бокові пелюстки.

Залежно від ширини смуги робочих частот виділяють:

 вузько смугові перетворювачі ширина смуги пропускання яких менша від однієї октави;

 широкосмугові перетворювачі ширина смуги пропускання яких більша від однієї октави (відношення максимальної частоти до мінімальної більше двох).

Позначення п′єзоперетворювачів. Для позначення перетворювачів використовують буквено-цифрову систему, що відображає більшість наведених вище ознак (рис. 7.25).

Рис. 7.25. Позначення п′єзоперетворювачів для дефектоскопії

Позиція I: перша буква П означає «Перетворювач».

Позиція II: група цифр

 перша з яких означає спосіб контакту, на який перетворювач розрахований (1  контактний, 2  імерсійний, 3  контактно-імерсійний);

 друга  напрям акустичної осі (1  для прямих перетворювачів, 2  для похилих));

 третя  режим роботи (1  суміщений, 2  роздільний, 3  роздільно-суміщений).

Позиція III: ставиться буква:

 Ф для фокусувальних перетворювачів;

 Н для неплоских перетворювачів;

 не ставиться для плоских перетворювачів.

Позиція IV: указується частота перетворювача в мегагерцах (з точністю 0,05 МГц).

Позиція V: указує кут призми:

 для похилого введення указується кут призми з органічного скла (якщо призма виготовлена з іншого матеріалу, виконується відповідний перерахунок на органічне скло);

 для прямих перетворювачів ці цифри не указуються.

Позиція VI: для перетворювачів спеціального призначення застосовують умовне позначення додаткових характеристик, наприклад, Т120  максимальна температура ОК 120 °С; КН - керамічний захист, нормальне виконання корпуса; К36  керамічний захист, діаметр п’єзоелемента  36 мм; М - малогабаритне виконання корпуса; ММ  мініатюрне виконання корпуса; НЗ  корпус нормальний, заливне виготовлення призми та ін.