Методы измерения скорости распространения продольных и поперечных колебаний

Возможно определение скорости распространения продольных волн при нормальном вводе УЗ-сигнала. Для нормального ввода УЗ-сигнала необходимо использовать прямой пьезопреобразователь и плоскопараллельный образец как показано на Рисунке 2.

Путь продольной волны равен двойной толщине образца при условии однократного отражения от дна образца, соответственно скорость продольной волны:

(6)

Рисунок 2 - Схема распространения продольных волн

Также можно определить скорость распространения поперечных волн, используя наклонный преобразователь с углом вводаa, удовлетворяющим условию < < . Волна будет отражаться от дна объекта также под углом в соотвествии с законами геометрической оптики и акустики. Для принятия отраженной волны преобразователем необходимо направить преломляемую волну некототорый отражатель, которым будет являться в данном случае уголковый отражатель как показано на рисунке 3.

Также необходимо учитывать, что время распространения зондирующих импульсов включает в себя время распространения продольной волны в призме преобразователя и врямя распространения волны в образце .

Рисунок 3 - Схема распространения поперечных волн

Общее время распространения зондирующих импульсов в положениях 1 и 2 преобразователя определяется следующим образом соответственно:

, (7)

, (8)

где l_n – расстояние, проходимое импульсом в призме;

L_1,2 – расстояние, проходимое импульсом в образце при положении 1 и 2 преобразователя.

Вычитая (7) из (8), получим:

(9)

Из формулы (9), подставив измеренные значения t₁, t₂, l₁, l₂, можно вычислить скорость распространения поперечных волн.

Значения L₁, L2 легко вычислить по измеренным величинам l₁, l₂, D.

Во все приведенные формулы в качестве скорости ультразвука входит фазовая скорость перемещения определенной фазы бесконечной синусоидальной (монохроматической) волны.

Но УЗ-дефектоскоп для зондирования использует ограниченные по времени последовательности УЗ-сигналов и это приводит к существованию некоторого распределения ультразвука по частотам. В таком случае используется понятие групповой скорости – это скорость движения группы (цуга) волн, образующих в каждый момент времени локализованный в пространстве пакет.

Для зондирования используются достаточно длинные последовательности импульсов, период следования которых во много раз превышает период УЗ-колебаний, и, в связи с малой дисперсионной способностью исследуемых сред, можно считать групповую скорость примерно равной фазовой и использовать приведенные формулы.