Khảo sát mạch Đo kích thước bằng sóng siêu Âm

Mục tiêu nghiên cứu : Để tìm hiểu sâu hơn về kỹ thật siêu âm, ta phải tiến hành khảo sát mạch ứng dụng cụ thể vào thực tế, Khi làm thực tế sẽ tiếp xúc được nhiều kinh nghiệm trong quá t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

ÍCH THƯỚC BẰNG SÓNG SIÊU ÂM

L]

Giáo viên hướng dẫn: Quách Thanh Hải

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Lộc

_ CẢM TẠ

„„< Sau một thời gian làm đổ án tốt nghiệp, người làm đổ án đã gặp rất

nhiều hạn chế về nhiều mặt như về kiến thức chuyên môn và việc thỉ

công ở thực tế Lĩnh vực siêu âm chưa được sử dụng phổ biến nên việc

tìm lài liệu tham khảo còn bị hạn chế rất nhiều Các linh kiện điện tử _

chuyên dùng cho siều âm cũng khó tìm trên thị trường Trong quá tính

thực hiện đổ án sẽ không tránh khỏi sai sót Tuy nhiên người thực hiện

đã nhận được sự giúp đỡ của thÂy cô trong trường, đặc biệt là thẫy cô

trong khoa Điện - Điện tử cùng các bạn sinh viên trong việc tham khảo

tài liệu và thi công mạch Đặc biệt người thực hiện đã nhận được sự

hướng dẫn tận tình của thấy Quách Thanh Hải đã giúp em hoàn thành đổ

án này

Ê Vịn chân thành cảm ơn thấy Quách Thanh Hải và các thầy cô trong Khoa đà hướng dẫn em hoàn thành đổ án đúng thời hạn Xin cẩm ơn quí

thay có cùng các ban sinh viền ‘

Sinh viên thực hiện:

Phan Văn Lộc

“Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật - Thành phố Hồ Chí Minh Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập - Tự do — Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên : Phan Văn Lộc

MSSV :98221436

Lớp : 98NKĐĐ

I- Tên để tài;

KHẢO SẮT MẠCH ĐÓ KÍCH THƯỚC BẰNG SÓNG SIÊU ÂM

2- Các số liệu ban dau:

Cần bộ hướng dẫn: Quách Thanh Hải

6- Ngày giao nhiệm vụ: : hf M/ doo

1- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 2| | 3ơvA;

Chủ nhiệm bộ môn

—

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉ T CUA GIAO VIÊN PHẢÁN BIEN

MỤC LỤC `

DAN NHAP

Phân I : Sơ lược về sóng siêu âm

CHƯƠNG I : SÓNG SIÊU ÂM - CO SO - CAc PHAN TU CUA SIÊU ÂM

I SÓNG SIÊU ÂM VÀ CƠ SỞ CỦA SÓNG SIÊU ÂM

6 hiện tượng chảy âm

7 hiện tượng xâm thực sóng

II BIỂN TỬ SIU ÂM

1 vài trò ~ phản loại biến tử siêu ám

- qui trình chế tạo biến tử từ giảo

- tính định hướng của biến tử siêu âm

CHƯƠNG Il: CAC UNG DUNG CO BAN CUA SONG SIEU AM

2 Các yêu cầu của phương pháp tẩy rửa bằng sóng siêu âm

3 Nguyên lý hoạt động của thiết bị tẩy rửa dùng sóng siêu âm

4 đặc điểm của phương pháp tẩy rửa dùng sóng siêu âm

11 HỆ THỐNG PHÁT HIỆN ĐỘT NHẬP VÀ DI ĐỘNG

1 Các khái niệm ban đầu

2 Cơ sở của hệ thống phát hiện đột nhập và di động

3 chức năng và nhiệm vụ của từng thành phần trong hệ thống

IL THIET BI DO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG SÓNG SIÊU ÂM

1 Cơ sở đo khoảng cách bằng sóng siêu âm

2 Nguyên tắc chung 39

IV THIET BI GIA CONG VAT LIEU CỨNG BẰNG SIÊU ÂM

V ỨNG DỤNG SÓI AM TRONG NGANH Y KHOA

PHAN IL: THIẾT BỊ ĐO KÍCH THƯỚC BẰNG SÓNG SIÊU ÂM

2 Mach tao xung cấp cho mạch công suất biến tử phát 48 4Ä Mạch điều khiển số lượng xung đưa đến biến tử 49

5 Khoi chuyển trạng thái cho biến tử thu phát 50

6 Mạch khuếch đại tín hiệu thư 51

C MACH DIEU KHIEN THU PHAT

1 Mạch tạo xung Clock cấp cho điều khiển đóng mở thu phát 52

3 Mạch điều khiển tác động thu phát 54

4 Bộ tạo xung chốt giữ 55

D MACH GIAI MA HIEN THI

1 Dao động tạo xung Clock cấp cho mạch đếm thập phan sang BCD 55

2 Mạch đếm thập phân sang BCD 56

Luan Yan Tot Aghiep

cũng ra đời đã đóng góp một phần quan trọng trong sự phát triển này,

Sự kết hợp giữa lĩnh vực diện tử và kỹ thuật siêu âm đã cho ra những sẵn phẩm kỹ thuật ứng dụng rất phong phú trong công nghiệp, nông nghiệp, quân sự, y học v.v

Vì vậy nghiên cứu về lĩnh vực siêu ầm điểu quan trọng để làm nền tang cho các kỹ

thuật tiến bộ sử dụng lĩnh vực siều âm và làm tài liệu tham khảo cho những bạn sinh

viền am này để sáng tao ra những ứng dụng kỹ thuật mới và tiến bộ hơn,

2 Gidi han của vấn để : *

Có rất nhiều những ứng dụng của kỹ thuật siêu âm trong nhiều lĩnh vực của đời

Xông, Nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên người làm để tài không thể tìm hiểu

sâu hơn về kỹ thuật siéu âm Người làm để tài có thể Gm hiểu những vấn để cơ bản

+ Sơ lược về sóng siêu âm

+ Các ứng dụng cơ bản của sóng siều âm

+ Khảo sát mạch đo kích thước bằng sóng siêu âm

3 Mục tiêu nghiên cứu :

Để tìm hiểu sâu hơn về kỹ thật siêu âm, ta phải tiến hành khảo sát mạch ứng dụng

cụ thể vào thực tế, Khi làm thực tế sẽ tiếp xúc được nhiều kinh nghiệm trong quá trình khảo sát, mở rộng kiến thức vé các ứng dụng siêu âm và củng cố được các kiến thức

cơ bản của kỹ thuật điện tử,

4 Đối tượng nghiên cứu :

Do thời gian có hạn nên người nghiên cứu không thể giới thiệu được hết các ứng dụng của siêu âm Trong thời gian ngắn chỉ có thể tham khảo những điều cơ bản của

kỹ thuật siêu âm Vì vậy đối tượng để nghiên cứu chủ yếu là những vấn để của kỹ

thuật siêu âm mà cụ thể là khảo sát mạch đo kích thước dùng sóng siêu âm

Trang |

Luin Yan Tot Sghiep

5 Giả thiết nghiên cứu ;

Việc đo kích thứoc bằng sóng siêu am này chưa đựợc khả thỈ lắm Vì vận tốc truyền của sóng siều âm trong mỗi chất liệu là khác nhau

6 Phương pháp nghiên cứu và phương tiện nghiên cứu :

Phương pháp tham khảo tài liệu :

Tham khẩo và chọn lọc các tài liệu để rút ra các kiến thức có liên quan để tổng hợp

dưa vào đổ án,

=> Phương tiện : tạp chí điện tứ ; các sách kỹ thuật chuyên môn

Phương pháp thực nghiệm :

ve hiện thi công trực tiếp mạch điện để từ đó có thể rút ra các kinh nghiệm thực

ác qui trình thực hiên để có kết quả chính xác đưa vào để tài

Phương tiện : các dụng cụ liền quan phục vụ cho quá trình thi công

Trang 2

Luan Yan Tot Äfuep

+ PHẨNT

SƠ LƯỢC VỀ SÓNG SIÊU ÂM

Nương 1

SONG Situ AM - CƠ SỞ - CÁC PHẨN TỬ CỦA SIÊU ÂM

1 SÓNG SIÊU ÂM VÀ CƠ SỞ CỦA SÓNG SIÊU ÂM:

Ngày này còn người hiểu rò sóng ấm thanh là các dao động cơ học (sóng đàn hồi)

lần tuyền trong môi trường đàn hồi Sóng âm thanh đều có thể truyền được trong chất

ran lng khi Chan khong không phải là môi trường đàn hồi nên chúng được xem là

môi trường cách ấm lý tưởng Sóng đàn hồi được phân chia theo các vùng tần số sau:

+ Vùng hạ âm : tân số dao động từ 1Hz đến 16Hz,

+ Vùng âm tân : tần số đao động từ 16Hz đến 20KHz

+ Vùng siêu âm : tẩn số dao động từ 20KHz đến 10MH¿,

truyền trong môi trường vật 1

20KHz đến I0MHz et

i Ĩ

ặc điểm cửa sóng siêu | | are

* Sóng siêu âm mang năng

lượng lớn so với sóng âm, Biểu đồ phân bố năng lượn

Trang ở

Xuận Tân Tốt Sighiep

Ví dự : ĐỂ đun sôi một lít nước mà lấy năng lượng từ nguồn sóng âm của con người phát ra có tan số khoảng 1000Hz thì phải huy động 7 triệu người la hét liên tye trong

suốt 12 giờ Trong khi đó năng lượng sóng siêủ âm tần số,IMHz sẽ lớn gấp một triệu

lần năng lượng sóng âm ở tần số 1000Hz với điều kiện cùng một biên độ dao động Sóng siều âm mang năng lượng lớn như vậy nên cường độ của nó có thể đạt tới hàng

trăm, hang ngàn W/em),

s Sóng siêu âm có bước sóng ngắn (4 = ? nên nó có tính định hướng rất cao, nghĩa

là năng lượng sóng phát ra được tập trung vào một phương nhất định

® Trong một điều kiện nhất định sẽ xảy ra hiện tương xâm thực sóng

+ Khoảng cách truyền sóng siêu âm phụ thuộc vào bản chất của môi trường truyền

Ta trên cơ sở so sánh phương truyền sóng với chiểu dịch chuyển của các hạt trong

môi trường tuyển sóng mã người ta chia ra làm các loại sau :

Chiều chuyển động của

các hạt trong môi trường phương với phương truyền sóng

Luan Yan Tét Ngtiep

b Song ngang :

Hinh thanh khi céc phan uf trong m6i trường chuyển động vuông góc với phương,

truyền sóng Sóng này chỉ xuất hiện trong môi trường chất rắn Sóng này có vận tốc

<9>-<0>

Chiều chuyển động chủ yếu t †

SST YI

Chiều chuyển động của

các hạt của môi trường

kuận Yan Tot Nghiep

3 Các thông số đặc trưng của môi trường truyền :

4 Âm trở (trở kháng âm) là đặt trưng tính chất của môi trường truyền sóng, có thể gọi

là độ vang hay độ đội của sóng âm trong môi trường

“Trở kháng âm của môi trường :

Z=pv +7 :Rayls

+ p :mật độ môi trường(kg/m”)

+ v :vận tốc lan truyỄn trong mồi trường

b Vân tốc :

là quảng dưỡng sóng truyển di dược trong một đơn vị thời gian Vận tốc phụ thuộc

\ầu mốt số yếu tố sau:

®- Đồ nền: vật liệu càng khó nén thì vận tốc truyển ấm cảng cao và ngược lại

® tha Mẫt đề ÿ vật Hệu có mát đó dày đát tạo bởi các hạt lớn thì vận tốc lan truyền càng,

`

+ Trong cùng một môi trường thì vận tốc truyền sóng không thay đổi, tức vận tốc không

phụ thuộc vào tần số mà chỉ phụ thuộc vào kết cấu của môi trường mà thôi

Luan Yan Tốt Aghi¢p

Sự bức xạ phụ thuộc vào kích thước của biến tử,

Sự bức xạ cũng phụ thuộc vào nguồn cung cấp náng lượng cho biến tử : nguồn càng

Luan Yan Tot Nghigp

~ ¿ là bước sóng

Sing = 224

D

Ô: góc tập trung năng lượng bức xạ

Bang số liệu của độ dài vùng gần z theo đường kính biến tử D (cm):

~ Ta thấy rằng : đường kính của biến tử càng lớn thì Ø càng hẹp nên tính định hướng

càng cao tuy nhiên D>>A thì sẽ xuất hiện nhiều búp sống phụ làm tổn hao năng

Luan Yăn Tốf Afuệp

- Ÿóng truyển qua mặt phân cách thì sẽ có i

một phân truyền qua và một phéin phin xa trở fi

- Theo định luật phản xạ thì góc tới eee

bang g6c phan xa(a, =a") Liic nay song

truyền trong môi trường 2 không còn cùng

hướng với sóng tới mà nó đột ngột đổi

hướng Hiện tượng nnày gọi là hiện tượng,

Xuận Yăn Tốt Nghiep

~ Các góc tới, góc phần xạ và góc khúc xạđược liên hệ với nhau theo những hệ thức:

Đồng thời các tỉa phản xa, khúc xạ đều nằm trong mặt phẳng tới(mặt phẳng chứa tia

tới và tỉa pháp tuyến),

-NẾU vị>w thì @, >a

- NẾU vị <ư; thì a, <a, Trong trường hợp này nếu tăng góc tới @, thi tia khúc xạ

*È ngày càng tiến sát vẺ mặt phân cách và đến một giá trị giới hạn nào đó của ø, thì

tia khúc xạ hoàn toàn biến mất a nổi sóng siêu âm bị phần xạ toàn phân và góc a, lúc đó gọi là góc giới han toàn phần,

+ y: là vận tốc truyền âm trong môi trường,

+ Po: la ti rọng trung bình của môi trường

+1? : đặt trưng cho độ nhớt của môi trường,

„ &: số nhiệt riêng

+ K: hệ số dẫn nhiệt của mồi trường

+ Co; là nhiệt riêng tại áp suất P cố định

A, = Ae™

+ Ay: là biên độ tại x cách nguồn một khoảng cách là x,

Trang IO

Luan Yan Tot Nghiep

Chất khí : ø'.10:9° [em | Chat ling: @.10"s?/em | Chat rn: @.10%s*/em

7 Hiện tượng chảy âm ;

- Nếu truyền chùm tỉa siêu âm có cường đó đủ lớn vào trong môi trường chất lồng,

vóng siéu âm sẽ bị chất lồng hấp thu rất manh Năng lượng hấp thụ sẽ biến thành nội nang cla cae phẩn tử trong chất lồng làm cho nói náng của chúng tăng lên đáng kể,

- MãI khác, xóng siêu Âm tạo ra trong chất lỏng các vùng nền dãn cách nhau liên-

tiếp nền xuất hiện sự hiến thiên mắt độ fáng lướng trong các vùng này một cách đột

ngột, Tại vùng nén mái đó tăng lên kh Ở vùng dãn mật độ năng lượng rất nhỏ

Kẻt quả, làm xuất hiện một động hạt chất lồng gọi là dòng thủy động lực Dong nay có

văn tốc khá lớn và hướng theo phương truyền sóng

cần

- Lợi dung tính chất này của sóng siều âm, người ta có thể ứng dụng vào thực tế :

- Phá vỡ ranh giới giữa hai chất lỗng khó hòa tan với nhau,

- Tăng nhanh quá trình vật rần hòa tan vào trong dung dich,

- Tẩy rửa và làm sạch bằng sóng siêu âm,

8 Hiện tượng xâm thực sóng :

Trang II

Luén Yan Tot Mghiep

- Khi, có lực cơ học tác đông vào chất lỏng sẽ làm phá vỡ các cấu trúc liên kết của các bọt khí trong chất lổng(do va đập =› áp suất tăng, nhiệt độ tăng) sinh ra vô số phan

tử nhỏ Các phân tử nhỏ này sẽ kết hợp với nhau để hình thành bọt khí lớn rồi lại bị phá

vỡ liên kết Hiện tượng phá vỡ và kết hợp rồi lại phá vỡ các bọt khí trong chất lỏng khi truyền lực cơ học gọï là hiện tượng xâm thực sóng

1 BIẾN TỬ SIÊU ÂM:

1 Vai trò = phân loại biến tử siêu âm :

- Biến tử siêu âm là thiết bị biến đổi dao động điện thành dao động cơ hoặc từ dao dộng cơ thành dao động đện,

- Biến tử biến đổi dao động diên thành dao động cơ có cùng tẫn số và bức xạ ra môi trường gọi là biến tử phát sóng,

tử nhận dao động cơ và biến đổi thành đạo động điện có cùng tân số gọi là

biển tử thu sóng

® Hiến tử phát sáng

Ran dau phải cá tín hiểu dao dong sin.vudng qua bộ xử ly tin hiéu và đưa tới biến tử

phat song sé lo ra dav dong cơ và bức xá ra ngoài môi trường

s Biến tử thu sóng :

- Nhận đao động cơ và chu:

nhận dạng tín hiệu để xử lý

báo, lưu trữ, điều khiển

thành dao đóng điện có tần số ƒ rồi đưa đến mạch

à khuếch đại tín hiệu để cấp cho chỉ thị, quan sát, cảnh

~ Phan loại theo cấu trúc thì biến tử siều âm có 2 loại cơ bản ;

+ _ Biến tử áp điện : làm việc được vơi tẫn số cao nhưng công suất nhỏ

*_ Biến tử từ giảo : làm việc với dn số thấp nhưng công suất lớn,

2 Biến tử áp điện :

- Trong tự nhiên, người ta thấy tỉnh thể thạch anh có tính chất khá đặc biệt Khi nén hoặc kéo dẫn chúng theo một phương nào đó thì trên hai mặt đối diện của bản tỉnh thể xuất hiện các điện tích trái đấu Ngược lại nếu đặt trên hai mặt bản này một điện thế biế đổi thì tỉnh thể sẽ bị nén ~ đãn liên tiếp, nghĩa là chiểu dày của bản bị cọ lai - dan

ra liên tục, Hiện tượng trên gọi là hiệu ứng áp điện

~ Tinh thể thạch anh có 3 trục đặc biệt trục X gọi là trục điện, trục Y gọi là trục cơ

về trục Z, là trục quang, TỪ tỉnh thể này cắt ra một bẩn nhỏ theo góe độ nhất định đối với các trục tỉnh thể để có các biến tử theo yêu cầu

Trang 12

Luan Yan Tot Nghigp

a Hiệu ứng áp điện thuận :

- Cất tấm mỏng thạch anh có bể dày là í, trên hai mặt có phủ lớp bạc(Ag) để tạo

điện cực

~ Nếu thực hiện nén — dan bản thạch

anh theo phương X thì trên bể mặt của

+ Khi nén ; 4 =/,~A/ thì mặt trên

của bản thạch anh sẽ tích điện tích âm và

mặt dưới sẽ tích diện tích dương,

+ Khi kéo dãn thạch anh 1; = Í, + AU thì mặt trên của bản thạch anh sẽ tích điện tích

dương và mật dưới sẽ tích điện tích ám

- Nếu thực hiện nén ~ dãn theo chiểu trục Y thì trên 2 bể mặt của bản thạch anh

cũng xuất hiện các điện tích trái dấu nhưng dấu của chúng thì ngược lại so với trường, hợp nén — dan theo trục X Tức kéo dãn ra thì mặt trên sẽ xuất hiện điện tích âm và mặt đưới sẽ tích điện tích dương và khi nén thì mặt trên sẽ tích điện tích dương và mặt dươi sẽ tích điện tích âm

- Điện tích Q xuất hiện trên bể mặt của bản thạch anh ỉ lệ thuận với lực nén ~ dân

Luan Yan Tốt Nghiep

~ Khi tan số của nguồn cung cấp bằng với tần số dao động riêng của biến tử thì biên

độ dao động của biến tử đạt giá tị cực

Cấu trúc của tỉnh thể thach anh

« Truc X gọi là trục điện,

„ Trục Y gọi là trục cơ

- Trục Z gọi là trục quang

tuận Yan Tot Mghiep

+ Đặc điểm của thạch anh :

+ Tính ổn định về mặt eơ học rất lớn (không bị biến dạng),

+ Có độ nhạy kém ~ đồi hỏi điện áp làm việc cao(tử 1000V mới có bức xạ)

+ Tại nhiệt độ 574” sẽ mất tính áp diện,

* Xeunseto:có những đặc điểm sau:

+ Don va br hoa tan trong nước Cấu trúc: Tình thể

+ Mất tỉnh ái điện tại 54C,

+ Dng lầm các biến tử làm việc ở nhiết đó thấp

+ Không làm việc được ở điên áp cao

b Vật liệu áp điện nhân tạo :

~_ Ngoài các chất có tính áp điện trong tự nhiền, con người đã tạo ra những tỉnh thể

có tính áp điện giống như thạch anh, như NøC,H,0,.4H;O (KTN), K H;PO,(KDP), NHẠHaPO; (AD P) chúng có hằng số áp điện thường lớn hơn hằng số áp điện của thạch anh nên hiệu ứng áp điện xảy ra mạnh hơn so với thạch anh

- Tuy nhiền các chất này có độ bền cơ học không cao Tính chất áp điện của chứng thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm, nên việc sử dụng cũng hạn chế,

- Để khắc phục những điểm trên người ta chế tạo các loại gốm áp điện như ;BaTïO;; PbZrTIO3

© BaTiO; (Titanatbari) : duge cau tạo từ B8aCO; (19%) trộn với Tì0;(21%) Cả hai trộn

lại với nhau và đưa lên nhiệt độ 1320°C „

BaCO, + TìO;, —“—» BaTiO, +CO, †

BaTiO; sẽ trộn với chất phụ gia và đưa qua khâu định hình Nung định hinh(1320°C trong vài giờ) Sau đó đem phú một lớp điện cực để phân cực : đặt trong môi trường dầu 120%C;

Xuận Yăn Tốt Nghiep

phân cực điện áp theo bể dày Vụ= 1kV-+2kV/imm bé dày trong vài giờ để tạo nên biến tử”

~ Tĩnh không đồng nhất cao dẫn đến tổn hao nhiều

+ Kha nang qué (Ai kém,

® PbZriO; (Zirieonat-Titanat chì) :

Được trăng ngưng từ ĐÓ ;Zr@; và T0; - qua khâu định hình - nung định hình và

tao điện cực, tiển hành phân cưc trong dung dich Silieon ở nhiệt độ 80%C-+ 120% với điện Ap TRV © AK Wiig bE day trong thiti gian 2 đến 3 giờ

Đặt lên hai bản cực một điện áp Vạ Các Domen(ưởng ———

cực) dịch chuyển theo phương hướng của điện trường làm cho ‘ S S|

bể đầy / thay đổi lo Ss

ca []~—> thay

* Các thông số cơ bản của biến tử áp điện :

- Modun áp điện : là thước đo phẩm chất của biến tử phát sóng Modun càng lớn thì hiệu quả phát sóng càng cao

- Hệ số biến dạng áp điện H : xác định phẩm chất của biến tử trong trạng thái thu sóng(H càng lớn thì hiệu quả thu càng tốt)

- Hệ số liên kết điện cơ & : là một thông số để chỉ hiệu suất của biến tử trong trạng

thái thu-phát sóng kết hợp,

Trang I6

Luan Yan Tot Mghiep

- Hệ số liên kết dao động xiên tâm kự : là một thông số chỉ sự xuất hiện các dao động” xiên tâm làm nhiễu loạn tín hiệ u Các dao động xiên tâm này xuất hiện do sự chuyển

đổi dạng sóng xây ra trong biến tử,

* Cấu tạo của biến tử áp điện :

«| `Chứa chấi cách âm

4 Các thông số đặt trưng của biến tử áp điện :

+ Hệ xế hiện đổi : là con số đất trưng cho mối liên hệ giữa ngõ vào và ngõ ra,

Điện —-» Cơ ¡ phái sống

=Hệ số thu sóng là : A/ý = Tơ

Ÿ, : áp trên hai đầu của biến tử,

P, : áp lực tác động lên biến tử

- Hệ số biến đổi kết hợp(hệ số thu - phát): K=L M

+ Tổng trở điện : là giá trị điện trổ đo được trên hai đầu biến tử khi nó phụ tải định

Luan Yan Tốf Nghiep

+ Thời gian quá độ : là thời gian tổn tại xung

nhiễu trong quá trình phat thu (ute do quán tính, khi Thời gian làm vide NO! Blan aud ad

ngưng tắc động nó vẫn tiếp tục đao động Thời gian

dao động quán tính cơ học là thi gian quá độ,

+ Vùng chết của biến tử : là vùng mà ta không thể dùng mắt thường để nhận biết sự

phát hiện khuyết tật trên vật thể của biến tử,

+ Đường kính của biến tử : liên quan đến công suất phát xạ và tính định hướng của:

+ Góc nghiêng của biến tử xiến :

nghiêng của biển tit xién

8:gọï là góc gnhiêng của biến tử xiên

* Phạm vi sử dụng của biến tử áp điện :

~ Thường sử dụng với công suất nhỏ < Ikw,

- Tân số ƒ từ vài chục K; đến MH:

- Dùng chủ yếu trong thiết bị kiểm tra khuyết tật Thank Niken

sẵn phẩm

- Dùng trong thiết bị điểu khiển, cảnh báo, đo

lường, thiết bị tẩy rửa đàng sóng siêu âm

5 Biến tử từ giảo : sd

Một số vật liệu như Miken, Coban và các hợp kim

của chúng có tính chất thay đổi kích thước(dãn ra hoặc B

Co lại) khi đặt trong một từ trường biến đổi Ngược lại Hiệu ving trén thank Niken

Trang 18

kuận Văn Tốf Ágiuệp

nếu nền hay dân các vật liệu này theo phương của chiều dài thì xung quanh vật liệu từ

sẽ xuất hiện một từ trường biến đổi Đó chính là hiệu ứng từ giảo, Các vật liệu có tính chất trên gọi là vật liệu từ giảo Giống như hiệu ứng áp điện, hiệu ứng từ giảo cũng có hiệu ứng từ giảo thuận và hiệu ứng từ giảo nghịch

a Hiệu ứng từ giáo thuận(biến cơ năng thành điện năng):

~ Dang vat ligu Niken để chế tạo ra lõi khung từ (ghép nhiễu miếng mỏng lại thành khối)

~ Nếu tác dụng một lực lên lõi khung từ (Miken) thì trên bai đầu của cuộn dây xuất hiện một hiệu điện thế biến đổi,

mạnh thì hiệu điện thể xuất hiện

trên hai đầu A,B càng lớn Việc

này chứng tỏ rằng khi tác dụng lực

cơ học ta sẽ có một sức điện động

cảm ứng trên hai đầu cuộn dây

b Hiệu ứng từ giảo nghịch (biến điện năng thành cơ năng):

Khi cho một dòng điệnxoay chiêu chạy trong cuộn đây(tức tạo nên từ trường biến, đổi), Người ta thấy rằng kích thước của Miken lúc dài ra và lúc ngắn lại =» chúng thực hiện dao động đàn hồi

+ Khi A nối vào dương nguồn và B nối vào âm nguồn thì ta có :

Luan Yan Tét Nghigp

= Khi từ hóa mạch từ thì kích thước hình học của vật liệu từ giảo cũng thay đổi theo

- Nếu đặt vào hai đầu của biến tử một dao động điện có tần số .ƒ thì kích thước của biến tử cũng thay đổi với cùng tân số

- Đồng thời mỗi biến tử từ giảo đêu có một tan số dao động riêng Nếu nguồn kích thích biến tử có cùng tẩn số thì biên độ dao động cửa biến tử là cực đại

- Đa số biến tử từ giảo hoạt động ở tấn số thấp nhưng làm việc với công suất lớn từ hàng trăm W dến hàng chục kW,

d.Tính chất của hiệu ứng từ giảo :

Hiệu ứng từ giảo mang tính chất chấn(dãn bao nhiêu thì co lại bấy nhiêu, không phụ thuộc vào dấu từ trường,

- Nếu không phân cực mạch từ thì biên độ dạng sóng nhỏ, méo dạng và có tần số bằng hai lẫn tần số nguồn

- Nếu có phân cực mạch từ thì biên độ dao động lớn, không méo dạng và có tấn số của nguồn cung cấp

~ Độ biến thiên kích thước hình học :

Xkuận Yan Tot Aghiep

# : là hệ số đàn hồi của vật liệu

Luén Yan Tot Nghiep

Phân cực Hạ=Const _ Biên độ lớn; co

Đề cho biên độ dạng sóng xuất ra trên biến tử đạt cực đại thì điểm phân cực phải

nằm giữa đoạn tuyến tính nhất của đường cong biểu diễn quan hệ A⁄/ và H

6 Qui trình chế tạo biến tử từ giáo :

- Biến tử từ giảo thường được chế tạo bằng cách ghép

những tấm Miken lại với nhau

+ Đem các tấm Niken có kích thước A cán mồng còn 2mm

trong I đến 2 giờ theo một hướng nhất định ở nhiệt độ 850°C,

tiếp theo cán xuống 0.5mm, đến khi mỗi tấm còn

=0.lmm +0.2mm

+ Ghép nhiều tấm mỏng lại với nhau để tránh dòng điện

Fuco, mỗi tấm mồng sẽ cách điện 10 kV

+ Định hình biên tử theo L và B Từ đó diện tích bức xạ của biến tử được xác định Sau đó được ghép chic va gia công cửa sổ

+ Tháo rời các tấm mồng và làm sạch Sau đó trai đều các tấm mồng và đưa vào lò nung ở nhiệt độ 850% để tạao lớp cách điện bé day 10 mm và cách điện 10 AV,

+ Xếp các tấm mồng lại định vị và định dang biến tử ở nhiệt 46 850°C trong vài giờ, P

Trang 22

Luan Yan Tốt Nghiep

+ Đánh bóng và phủ lên bể mặt một lớp bạc và từ đó định hình bể mặt bức xạ Đem quấn dây và đo thử, nếu biên độ dao động đạt từ 3/zm đến 5/ưm là đạt yêu cầu,

7 Tính định hướng của biến tử siêu âm ;

- Sóng siều âm phát ra môi trường từ biển tử siêu âm hầu như tập trung trong gốc ø theo phương vuông góc với mặt phát của biên tử, Cường độ của sóng siêu âm phát ra dat cực đại theo một hướng chính gọi là cực đại chính Góc ø gọi là óc mổ Góc mở, càng hep thi tính định hướng của biến tử càng cao,

Luan Yan Tot Nghiep

CHƯƠNG II Pavel 2 2 Rca

CAC UNG DUNG CO BAN CUA SONG SIÊU ẨM

DUNG SIÊU ÂM TRONG KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM

- Sóng siều âm có thể lan truyền trong tất cả các môi trường vật chất Tốc độ lan truyền rất nhanh nên có thể kiểm tra được hàng loạt sẵn phẩm trong một thời gian ngắn

- Khi dùng phương pháp siêu âm để kiểm tra sản phẩm thì sẽ kiểm tra được hàng

loạt và không phải phá huỷ mẫu kiểm tra,

- Phường pháp kiểm tra sản phẩm bằng sóng siêu âm có thể phát hiện các khuyết tật cực kỳ nhỏ và nằm sâu trong sản phẩm

“Thiết bí gon nhẹ và chỉ phí chu kiểm tra thấp,

© Cự sở để kiểm tra khuyết tật của sản phẩm:

- Nẵng lưng của sóng siêu âm khi truyền trong môi trường vật chất thì một phần sẽ

xiên qua và môi phần sẽ bị phản x4 tr

=> Để kiểm tra khuyết tật cửa kim loại người ta dùng sóng siêu âm phát ra và thu lại

năng lượng phần xạ hay năng lượng xiên qua Sau đó đi xử lý tin hiệu thu được và từ đó

ta xác định được bản chất cửa môi trường truyền

xổ:

Trang 24

Ludn Yan Tốt Nghiep

Dùng siêu âm trong kiểm tra khuyết tật kim loại ;

1.Phương pháp bóng ãm(nhận năng lượng tín hiệu truyền xiên qua):

- Một đao động cơ học có tẩn số siêu âm phải có một biến tử phát sóng và một biến

tử thu năng lượng đặt đối diện qua mẫu kiểm tra, Nếu chỉ tiết là đồng nhất thì năng lượng thu được là lớn nhất và nếu chỉ tiết là không đồng nhất thì năng lượng truyền

qua sẽ bị suy giảm Sự suy giảm năng lượng phụ thuộc vào tính chất của mồi trường

Luén Yan Tot Aghiep

+ Khối dao động Sin :

~ Là mạch tạo ra đạng són, ¿ hình Sin c6 tan sô ổn định tại một giá trị xác định Giá trị

có thể điều chỉnh được để cị ho tan số phù hợp với các loại mẫu kiểm tra khác nhau, + Khối khuếch đại công suất và phối hợp trở kháng :

- ĐỂ nâng biên độ tín hiệu dao động sóng Sử: lên Đồng thời phối hợp trở kháng giữa ngõ ra với dẫu vào của biến tử,

+ Biến tử phát sóng :

- Chuyển đổi các chùm xung điện thành các chìm xung siêu âm có tẩn số ƒ (chùm

xung cơ)

+ Biến tử thu :

- Chuyển đổi các chùm xung cơ thành các chùm xung điện có cùng tần số

+ Mach khuếch đại - nhận đạng

- Nhằm thù dược và khuếch đại các tín hiệu điện có cùng tân số với chuỗi xung phát

+ Khỏi xử lý tín hiệu thu ;

- NÓ nhận tin higu tir mach nhân dạng và khuếch đại tín hiệu thu để xử lý và đưa ra tín hiệu điện phù hợp với yếu cầu của người sử dụng

+ Khối hiển thị :

- Nhằm giải mã và chuyển đổi sang các loại đữ liệu hình ảnh ~ âm thanh để hiển

thị cho sự quan sát của người sử dụng

+ Căn cứ vào biên độ sóng thu được thông qua các mạch chỉ báo và hiển thị để đánh giá chất lượng của mẫu kiểm tra

* Nhận xét :

~ Phương pháp bóng âm phải căn cứ vào một mẫu chuẩn để đánh giá mức tổn hao

năng lượng

~ Phương pháp này không phát hiện được khuyết tật có kích thước mồng và nhỏ vì

năng lượng bị tiêu hao khi đi qua nó là không đáng kể,

- Phương pháp này không xác định được số lượng, vị trí, kích thước và chiều sâu

phân bố của khuyết tật

Trang 26

Luén Yan Tot hiệp

® Phạm vi sử dụng ;

Dùng để kiểm tra các tấm kim loại mồng ~— nhỏ

2 Phương pháp xung phần xạ(xung dội) :

- Dựa trên nguyên tắc phản xạ sóng siêu âm khi gặp các khuyết tật trong mẫu vật

người ta đã xây dựng phương pháp kiểm tra bằng xung phản xạ Đây là phương pháp

siêu âm phổ biến nhất trong việc kiểm tra chất lượng

~ Dao dong cơ học có tÂn số siêu âm đặt trên bể mặt mẫu và lan truyền trong môi

trường kiểm ta Nếu đồng nhất thì phản xạ bằng 0 Trên đường đi nếu môi trường, không đồng nhất(có khuyết tậu thì sẽ có mot chim tia phần xạ quay trổ về biến tử, thu(đặt trên cùng phía với biến tử phát)

- Cân cứ vào tín hiệu thu được từ biến tử thu, bằng các mạch điện xử lý thích hợp

người ta sẽ đánh giá được bản chất của môi trường truyền

a, Phương án 1 (Đùng hai biến tử xiên góc) :

———| Khối đồng bộ

to Khối dao động Sin | | -_ Hình ảnh - Âm thanh,

Luan Yan Tot Mghigp

b, Phương án 2 (dùng một biến tử phat — thu) :

~ Cả hai phương án trên đều dựa trên nguyền tắc phản xạ xung

- Nếu mẫu vật không có khuyết tật(mồi trường đồng nhất) thì trong chu kỳ phát sóng

người ta chỉ thu được hai chìm xung(chùm xung phát đi và chùm xung phản xạ từ đáy)

- Nếu chi tiết có khuyết tật thì ta sẽ thu được các chùm xung tuần tự theo thời

gian(xung phát, các chìm xung phần xạ từ các khuyết tật, chìm xung phần xạ từ đáy),

Trang 28