Что такое ультразвуковой преобразователь?

Типы ультразвуковых преобразователей

Контактные датчики

Контактные преобразователи, также известные как преобразователи прямых пучков или преобразователи погружения, являются самым основным и широко используемым типом ультразвукового преобразователя. Эти преобразователи имеют плоскую или изогнутую поверхность, которая напрямую контактирует с проверенным материалом. Они испускают звуковые волны, перпендикулярные поверхности и получают эхо, отраженные обратно изнутри материала. Контактные преобразователи являются универсальными и могут использоваться для различных применений, таких как обнаружение недостатков, измерение толщины и характеристика материала.

Угловые преобразователи луча

Датчики углового луча, как следует из названия, излучает звуковые волны под углом к ​​поверхности проверенного материала. Эти преобразователи используют клин или призму для направления звукового луча под определенным углом, что позволяет обнаружить и оценить дефекты, которые не перпендикулярны поверхности. Датчики углового луча обычно используются для инспекций сварки, картирования коррозии и размера недостатков в компонентах со сложными геометриями.

Двухэлементные преобразователи

Двойные преобразователи состоят из двух отдельных элементов в одном корпусе-один для передачи звуковых волн, а другой для получения эхо. Отдельные элементы передачи и приема обеспечивают улучшенную чувствительность и лучший контроль над передаваемыми и полученными сигналами. Эти преобразователи часто используются в приложениях, где требуется визуализация с высоким разрешением или обнаружение небольших дефектов, например, в аэрокосмических и критических компонентных проверках.

Преобразователи с фазированной решеткой

Поэтапные преобразователи массива представляют собой более продвинутый тип ультразвукового преобразователя, который обеспечивает точный контроль над направлением и фокусом звукового луча. Они состоят из нескольких отдельных элементов, каждый из которых со своей собственной электронной схемой задержки. Управляя временем и величиной электрических сигналов, отправляемых каждому элементу, преобразователь фазированного массива может управлять звуковым лучом, изменить фокусную точку и создавать сложные шаблоны проверки. Это позволяет улучшить возможности обнаружения, визуализации и размеров, что делает датчики с фазированными массивами подходящими для широкого спектра применений, включая аэрокосмическую, электроэнергию и нефтегазовую промышленность.

Погружные преобразователи

Погрузочные преобразователи предназначены для работы в жидких средах, таких как вода или нефтяные резервуары. Эти преобразователи обычно используются в тестировании погружения, где проверенный материал погружается в жидкую среду. Датчики погружения обеспечивают превосходную связь между преобразователем и материалом, обеспечивая эффективную передачу и прием звуковых волн. Они обычно используются для инспекций критических компонентов с высоким разрешением, таких как лопасти турбины, аэрокосмические компоненты и сосуды ядерного реактора.

Применение ультразвукового преобразователя

Неразрушающий контроль (NDT)

Ультразвуковое тестирование (UT) является одним из основных методов NDT, и ультразвуковые преобразователи играют решающую роль в этой области. Они используются для обнаружения и оценки дефектов, измерения толщины материала, оценки качества сварки и проверки различных компонентов, таких как трубы, тарелки и отливки.

Медицинская визуализация

Ультразвуковые преобразователи широко используются в методах медицинской визуализации, таких как ультразвуковое сканирование. Эти преобразователи испускают и получают звуковые волны для создания подробных изображений внутренних органов, тканей и кровотока. Они безопасны, неинвазивны и предоставляют возможности изображения в реальном времени для диагностических целей.

Характеристика материала

Ультразвуковые преобразователи используются в процессах характеристики материала, таких как определение упругих свойств, измерение акустического сопротивления и оценка качества материалов. Это особенно важно в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и производственная, где целостность и производительность материала имеют решающее значение.

Измерение уровня и расхода

Ультразвуковые преобразователи используются в приложениях измерения уровня и потока. Излучая звуковые волны и измеряя время, необходимое для возврата эхо, преобразователи могут точно определить уровень жидкостей или твердых веществ в резервуарах или измерить скорость жидкостей в трубах.

Определение расстояния и приближения

Ультразвуковые преобразователи также используются для расстояния и зондирования близости в различных приложениях. Они испускают звуковые волны и измеряют время, необходимое для возврата эхо, что позволяет определить точные измерения расстояния и обнаружение объекта.

Конструкция ультразвукового преобразователя

Конструкция ультразвукового преобразователя зависит от его предполагаемого применения. В общем, это включает в себя следующие компоненты:

1. Пьезоэлектрический элемент: пьезоэлектрический элемент является основным компонентом датчика. Это тонкая пластина или дисковый кристалл, изготовленный из пьезоэлектрического материала. Когда к элементу применяется электрическое напряжение, оно подвергается механической деформации, вибрируя при желаемой ультразвуковой частоте.

2. Западный материал: подложенный материал представляет собой слой, расположенный за пьезоэлектрическим элементом. Он обеспечивает механическую поддержку и демпфирование для элемента, уменьшая нежелательные вибрации и улучшая производительность преобразователя.

3. Акустический сопостающий слой: в некоторых приложениях акустический сопостающий слой добавляется к передней части пьезоэлектрического элемента. Этот слой помогает оптимизировать передачу ультразвуковых волн от преобразователя в среду, повышая эффективность и производительность преобразователя.

4. Жилье или корпус: преобразователь обычно хранится в защитном корпусе или жилье. Обсадка обеспечивает механическую поддержку, защиту от внешних факторов и изоляцию для электрических соединений.

Конструкция и характеристики ультразвуковых преобразователей могут варьироваться в зависимости от конкретных требований применения, таких как частота, мощность, ширина луча и чувствительность. Достижения в области технологии преобразователей привели к улучшению ультразвуковых приложений, что позволяет более точным измерениям, визуализации и возможности обнаружения.