Bài 1 cơ sở nguyên lý của phương pháp siêu âm

Phương pháp kiểm tra siêu âm Bài Cơ sở ngun lí • Lịch sử-Ngun lí • Bản chất siêu âm • Đặc trưng lan truyền sóng âm • Các loại sóng siêu âm • Biểu sóng siêu âm • Tạo phát siêu âm • Đặc trưng chùm tia siêu âm • Đơn vị dB Lịch sử  Khoa học âm có lịch sử lâu đời, giống nhiều lý thuyết kỹ thuật với ứng dụng công nghiệp, ngành siêu âm học có phát triển mạnh nhanh vào năm cuối kỷ 19, đầu kỷ 20, gắn liền với tên tuổi nhà khoa học lớn, Rayleigh, Lamb, Curie, Lippman, …        Lịch sử Xét theo góc độ, nói rằng, giống thân sống, ứng dụng ngành siêu âm học đến từ biển cả, đại dương Thảm hoạ tàu Titanic va núi băng 1912  Nỗ lực phát tàu ngầm Chiến tranh • giới lần I Sự phát triển kỹ thuật vô tuyến điện tử radar năm 30-40 kỷ trước: phát minh CRT Lịch sử • S Y Sokolov, Russia, người đầu tiên, năm 1929, đề • xuất sử dụng sóng siêu âm để phát bất liên tục kim loại, phương pháp truyền qua (sóng liên tục) Đến Thế chiến lần II, cơng nhân hai phía, đưa áp dụng kỹ thuật xung dội Lịch sử • Những hệ thống dò khuyết tật siêu âm xung dội đại hoàn chỉnh đầu tiên độc lập thiết kế nhà khoa học Anh, Đức Hoa Kỳ vào năm 42 (tia thẳng) -47 (tia xiên): Sproul,Trost Gotz, Firestone Lịch sử • Từ đây, ngun lí chủ yếu phát khuyết tật kỹ thuật xung dội giống ngày Sự phát triển mạnh xảy chủ yếu lĩnh vực máy móc, điện tử xử lí số liệu… - Những năm 1980-1990: microchip đưa vào cho phép xử lý, lưu trữ thông số chuẩn kiểm tra - Từ năm 1990 trở đi, cơng nghệ hình tiên tiến, LCD, EL, TFI,… dần thay hình CRT, giúp cho hệ thống trở nên gọn nhẹ cải thiện nhiều điều kiện quan sát Ngun lý • Sóng siêu âm, sóng âm có tần số cao, truyền vào vật liệu kiểm tra, phản xạ lại từ bề mặt khuyết tật • Năng lượng âm phản xạ hiển thị tương ứng với thời gian lan truyền kích thước bề mặt tạo phản xạ cho biết tồn tại, vị trí kích thước khuyết tật NGUYÊN LY • Phương pháp kiểm tra siêu âm xung dội A-Scan Chỉ thị ban đầu Chỉ thị đáy Chỉ thị nứt nứt 10 Màn hình máy kiểm tra siêu âm tôn Bản chất siêu âm • Sóng siêu âm sóng âm có tần số lớn, nằm khả nghe tai người Dải tần số Hz - 20 Mô tả Infrasound 20 - 20.000 Âm nghe > 20.000 Siêu âm Ví dụ Động đất Lời nói, âm nhạc Dơi, Quartz crystal GIAO THOA ĐỒNG PHA DỊCH PHA NGHỊCH PHA Các đặc trưng chùm tia siêu âm Vùng gần: đây: N = chiều dài trường gần N D 4.λ D f 4.v D = đường kính biến tử v = vận tốc sóng âm vật liệu f, λ = tần số bước sóng sóng âm Các đặc trưng chùm tia siêu âm Vùng xa: chùm tia nở rộng suy giảm theo khoảng cách góc nở rợng Các đặc trưng chùm tia siêu âm Độ mở rộng chùm âm: Sine θ/2 = λ = bước sóng sóng âm D = đường kính biến tử K = 1.22 v = vận tốc truyền âm Sự nở rộng chùm tia (sin θ/2 =1.22* wavelength / diameter) Tần số, MHz Đường kính, in Góc nở rộng, độ Độ nở rộng, in./ft 0.62 14 1.50 1.0 30 3.00 0.5 30 3.00 Các đặc trưng chùm tia siêu âm Sự suy giảm chùm tia siêu âm (tỷ lệ với lũy thừa tần số, thường dược xác định thực nghiệm) - Sự tán xạ sóng âm ( gây không đồng vật liệu) - Sự hấp thụ sóng âm (một phần lượng sóng âm huyển thành nhiệt) - Sự liên kết (tiếp âm) độ thô ráp bề mặt vật liệu SỰ SUY GIẢM BIÊN ĐỘ SÓNG ÂM = -d/exp (Qλ) d độ dài đường truyền âm Q-hệ số chất lượng Sự suy giảm chùm tia siêu âm (tỷ lệ với lũy thừa tần số, thường dược xác định bằng thực nghiệm) liên quan đến kích thước hạt vật liệu Sự tán xạ sóng âm ( gây không đồng nhất, không đẳng hướng vật liệu) Sự liên kết (tiếp âm) độ thô ráp bề mặt vật liệu ĐƠN VỊ DECIBEL • Trong kiểm tra siêu âm ln có nhu cầu so sánh hai nhiều tín hiệu (chỉ thị)/sóng siêu âm với nhau: - - tăng giảm mức độ khuếch đại - thị sóng siêu âm phản xạ từ bất liên tục thị sóng phản xạ từ mợt chi tiết nhân tạo biết trước Để tiện dụng, đưa vào đơn vị đặc biệt, dB Đơn vị dB • Giá trị tính theo đơn vị dB xác định theo cơng thức: 20 log (H1/H2) = ….dB Ví dụ một số giá trị đặc biệt: H1/H2 = tương ứng dB H1/H2 = tương ứng 14 dB H1/H2 = 10 tương ứng 20 dB Độ nhạy Signal-to-Noise Ratio • Khả phát bất liên tục phụ tḥc vào nhiều yếu tố: - Kích thước bất liên tục - Hướng bất liên tục - Khác biệt âm trở bất liên tục xung quanh - Tỷ số R/N • Tỷ số R/N, khác biệt tín hiệu từ bất liên tục tín hiệu phản xạ nền, phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Kích thước đầu dò đặc tính hợi tụ - Hiệu suất, tần số, độ rộng dải tần đầu dò - Đợ dài đường truyền - Điều kiện bề mặt tiếp xúc - Các phản xạ cấu trúc nội (hạt) vật liệu Signal-to-Noise Ratio Signal-to-Noise Ratio • TĂNG - Kích thước bất liên tục tăng - Độ hội tụ chùm tia tăng - Giảm độ rộng xung (tăng mức đợ dập) • GIẢM - Mật đợ vật liệu tăng - Vận tốc truyền âm tăng - Tần số tăng (nói chung, ngoại trừ mợt số vật liệu, hợp kim titan) Any question? .. .Bài Cơ sở ngun lí • Lịch sử-Ngun lí • Bản chất siêu âm • Đặc trưng lan truyền sóng âm • Các loại sóng siêu âm • Biểu sóng siêu âm • Tạo phát siêu âm • Đặc trưng chùm tia siêu âm • Đơn... tật NGUYÊN LY • Phương pháp kiểm tra siêu âm xung dội A-Scan Chỉ thị ban đầu Chỉ thị đáy Chỉ thị nứt nứt 10 Màn hình máy kiểm tra siêu âm tôn Bản chất siêu âm • Sóng siêu âm sóng âm có... sóng siêu âm Được phân loại sở phương dao động hạt môi trưường so với phương truyền sóng Các loại sóng siêu âm - Sóng dọc (sóng nén) • Phương dao đợng phần tử môi trường song song với phương