Расчетная часть. 1. Определение длины ультразвуковой волны.

1. Определение длины ультразвуковой волны.

 

В данном пункте стоит задача определения длины звуковой волны на частотах 2кГц и

2 МГц для воды, для воздуха и для стали по формуле (1).

(1)

Для глицерина:

1) f= 2 кГц

2) f= 2 МГц

Для стали:

1) f= 2 кГц

2)f= 2 МГц

 

2. Определение коэффициента прохождения ультразвуковой волны.

 

В данном пункте стоит задача определения коэффициентов прохождения ультразвуковой волны из пьезоэлемента в воздух, в сталь, в воду.

Коэффициент отражения R зависит от соотношения акустических сопротивлений сред Z₁ и Z₂.

(2)

где Z₁ – акустическое сопротивление среды, из которой падает волна;

Z₂ - акустическое сопротивление среды, в которую падает волна.

Z= ρC, где ρ- плотность среды, С-скорость звука в среде.

 

Коэффициент прохождения D равен: (3)

Z1= 15.2*10⁵ кг/м²с – акустическое сопротивление пьезоэлемента.

Рассчитаем эти коэффициенты.

1) Прохождение из пьезоэлемента в глицерин:

Z1= 15.2*10⁵ кг/м²с

Z2= 24.2*10⁵ кг/м²с

D = 1-0.051=0,949

 

2) Прохождение из пьезоэлемента в сталь:

Z1=15.2*10⁵кг/м²с

Z2=46*10⁵кг/м²с

D = 1-0.25 = 0.75

 

3. Расчет функции чувствительности (F) для частот 1МГц и 5МГц.

 

F – Это функция, характеризующая чувствительность и резонансные свойства всего ультразвукового преобразователя, состоящего из пьезоэлемента, демпфера, протектора. Она является основным параметром, определяющим работу ультразвукового преобразователя, определяет амплитуду сигнала и зависимость ее от частоты, то есть полосу пропускания сигнала.

Функция чувствительности определяется следующими параметрами:

1. Акустическими свойствами:

демпфер: Z₀=17*10⁵;

смазка(глицерин): Z₂=2.42*10⁵;

пьезоэлемент: Z₁=15.2 *10⁵;

контролируемая среда(сталь): Z=46*10⁵.

1. От сдвига фаз ультразвукового сигнала в пьезоэлементе

d - толщина пьезоэлемента, - толщина протектора, k - волновое число (характеризует резонансные свойства)

, отсюда , f – частота, с – скорость звука.

сталь 40ХНМА с=5600 м/с

Толщина пьезоэлемента ,

для f_p = 1МГц d= 2.8мм,

для f_p = 5МГц d= 0,56 мм.

 

 

Вывод: в ходе проделанной курсовой работы был изучен ультразвуковой пьезоэлектрический

преобразователь, также была рассчитана функция чувствительности, определяющая работу

ультразвукового преобразователя.

 

Список используемой литературы:

1. А.И.Трофимов, М.А.Трофимов “Пьезоэлектрические измерительные преобразователи в ультразвуковых системах контроля” учебное пособие для студентов ИАТЭ 2001г.

2. Лекции по курсу “Элементы Автоматики” А.И.Трофимов