3.1.3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ МАГНИТНО-АКУСТИЧЕСКОГО ШУМОВОГО КОНТРОЛЯ При возбуждении МАШ используют известные конструкции для перемагничивания изделий, например, приведенные в п.3.1.2 рис.3.5. При регистрации сигналов требуется учитывать особенности МАШ. Для большинства конструкционных сталей сигналы МАШ по амплитуде бывают одного порядка величины с посторонними шумами и помехами, поэтому целью оптимизации параметров ПП является получение наибольшего отношения сигнал/шум. В случае, когда отсутствуют акустические помехи, необходимо обеспечить максимальную чувствительность аппаратуры, за счет: 1)выбора оптимальной полосы рабочих частот системы обработки, которая определяется в основном полосой частот пьезопреобразователя; 2) подбора наиболее чувствительных активных элементов; 3) уменьшения собственных шумов предварительного усилителя; 4)оптимального согласования преобразователя с предусилителем. Верхняя частота спектра сигналов МАШ в конструкционных сталях достигает 1,5 2,0 МГц, поэтому для исследовательских целей следует использовать широкополосные преобразователи. Однако, низкая чувствительность таких датчиков (как с демфированным пьезоэлементом,так и с пьезоэлементом переменной толщины) позволяет получить удовлетворительное соотношение сигнал/шум только при перемагничивании ферромагнетиков с высоким значением константы магнитострикции. Для цепей неразрушающего контроля удобнее пользоваться узкополосными преобразователями с центральной частотой, лежащей в пределах 10 т 200 кГц, т.к. этот диапазон соответствует наибольшим изменениям характеристик МАШ от физико-механических свойств 90 |
График выражения (2.43) с учетом (3.26) для параметра <тх=500 МПа, коэффициента Пуассона г=0,29 и различных уровней макронапряжений приведена на рис. 3.28. Анализ этих графиков, а также зависимостей Вм и Н м от сг0, приведенных на рис. 3.29, показывает, что при приложении растягивающей нагрузки Вм и Н и меняется неоднозначно. Величина Вм увеличивается на начальном участке нагружения, достигает максимального значения и затем существенно падает, в то время как Н м меняется незначительно. Характер зависимостей Ви / {Нм), полученных из условий сг0=0, ах=var (кривая 1) и cr0=var, ох=const (кривая 2), графики которых приведены на рис.3.30, качественно соответствуют аналогичным результатам в разделе 2.9. Такой характер изменений параметров ОМШ ограничивает применение преобразователей с однополюсной системой перемагничивания при контроле одноосных растягивающих напряжений нагрузкой, величина которой зависит от соотношения % . Необходимо отметить, что диапазон нагрузок, для которых Ви изменяется однозначно, реально ограничивается значением несколько большим, чем <т0=% , поскольку величина магнитострикции насыщения, принятая в расчетах постоянной, снижается при воздействии растягивающих напряжений. Для высокопрочных конструкционных сталей, магнитострикция насыщения которых, как правило, достаточно мала (-2*10"6), этот диапазон составляет (1,5 2,0)* 103 МПа и практически полностью включает в себя упругую область деформирования. Следует отметить обратный характер зависимостей Ви и Н м от сг0 на участках неоднозначности (рис. 3.29), что позволяет предположить перспективность использования параметров R и Р (см. п. 3.4) при контроле напряжений в ферромагнитных материалах с использованием преобразователей с круговой диаграммой перемагничивания. 3.5.3 Исследование конструктивных параметров и режимов работы первичных преобразователей МАШ. При возбуждении МАШ используют известные конструкции для перемагничивания изделий, например, приведенные в п.3.5.1 рис.3.16 и 3.17. При регистрации сигналов требуется учитывать особенности МАШ. Для большинства конструкционных сталей сигналы магнитоупругой акустической эмиссии по амплитуде бывают одного порядка величины с посторонними шумами и помехами, поэтому целью оптимизации параметров 1111является получение наибольшего отношения сигнал/шум. 145 В случае, когда отсутствуют акустические помехи, необходимо обеспечить максимальную чувствительность аппаратуры, за счет: 1)выбора оптимальной полосы рабочих частот системы обработки, которая определяется в основном полосой частот пьезопреобразователя; 2) подбора наиболее чувствительных активных элементов; 3) уменьшения собственных шумов предварительного усилителя; 4)оптимального согласования преобразователя с предусилителем. Верхняя частота спектра сигналов МАШ в конструкционных сталях достигает 1,5 * 2,0 МГц, поэтому для исследовательских целей следует использовать широкополосные преобразователи. Однако, низкая чувствительность таких датчиков (как с демфированным пьезоэлементом,так и с пьезоэлементом переменной толщины) позволяет получить удовлетворительное соотношение сигнал/шум только при перемагничивании ферромагнетиков с высоким значением константы магнитострикции. Таблица 3.1. Характеристики пьезоэлектрических материалов Пьезоматериал Плотно сть, 103 кг/м3 Точка Кюри, °С Диэлектрическая проницаемость Пьезомодули,10' 1м/в Бц/So Сзз/ео dn dn 622 d33 di4 dis ЦТС-19 7,0 290 1500 100 200 ЦТС-21 7,0 410 550 27 67 ЦТС-22 7,0 330 800 50 100 ЦТС-23 285 1050 75 125 ЦТС-29 350 700 _ ЦГБС-3 180 2400 150 300 PZT-4* 7,5 328 1300 4 123 280 PZT-5A* 7,75 365 1700 171 374 PZT-5H* 7,5 193 3400 274 593 LiNb03 4,7 1210 44 30 1 21 6 Кварц 2,65 576 4,58 4,68 2,31 \ 0,427 Сегнетова соль 1,77 18-24 350 275 * Пьезокерамика выпускается фирмой "Клевайт" США. Для целей неразрушающего контроля удобнее пользоваться узкополосными преобразователями с центральной частотой, лежащей в пределах 10 -г200 кГц, т.к. этот диапазон соответствует наибольшим изменениям характеристик МАШ от физико-механических свойств 146 |