ОБРАЗЕЦ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДВУХЛУЧЕВЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к устройствам для калибровки или сравнения пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) и может быть использована при производстве и эксплуатации двухлучевых ПЭП, применяемых, в частности, при дефектоскопии железнодорожных рельсов.
Известны устройства для ультразвукового (УЗ) контроля головки рельса [1], [2], [3], в которых для дефектоскопии требуется два ПЭП, направленных симметрично под определенными пространственными углами от поверхности катания рельса к боковым поверхностям головки рельса. При этом для обеспечения точности измерений от ПЭП требуется равенство углов ввода и амплитуд излучаемых УЗ колебаний. Из особенностей проведения дефектоскопии предпочтительным оказывается конструктивное размещение двух ПЭП в общем корпусе, заполненном ультразвуководом - материалом, хорошо проводящим УЗ колебания, например, оргстеклом. Двухлучевой ПЭП снабжается рисками, указывающими проекции направлений излучения на измерительную плоскость и позволяющими правильно установить его в дефектоскоп. При производстве таких ПЭП возникают проблемы обеспечения высокой точности выставления углов излучения и нанесения указанных отметок, а также равенства амплитуд УЗ сигналов. Входной и текущий контроль ПЭП необходим и при их эксплуатации, поскольку несоответствие их параметров заданным приводит к снижению качества дефектоскопии рельсов.
Известны [4] образцы СО-1, СО-1, СО-3 предназначенные для измерения и проверки основных параметров дефектоскопической аппаратуры, использующей эхо-метод при контроле сварных соединений.
Известны [5] образцы CO-1P, СО-2Р, использующиеся для измерения и проверки основных параметров дефектоскопической аппаратуры при ультразвуковом контроле рельсов с целью выявления дефектов (расслоений, флокенов, раковин, инородных включений и т.п.) в головке рельса.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является стандартный образец СО-3Р [5], предназначенный, в том числе для измерения углов ввода УЗ колебаний.
Все перечисленные образцы выполнены в виде объемного тела, имеющего измерительную плоскость с метками для установки пьезоэлектрического преобразователя, и отверстия, расположенные так, чтобы зеркально отражать ультразвуковые лучи пьезоэлектрического преобразователя, установленного на отметках. Отверстия в образцах [5] направлены поперек направления распространения ультразвуковых лучей. Образцы позволяют измерять различные характеристики как ПЭП, так и дефектоскопической аппаратуры. В частности можно измерить диаграмму направленности однолучевого ПЭП и амплитуду излучаемых УЗ колебаний.
Недостатком образцов [5] является сложность измерения характеристик двухлучевых ПЭП. Действительно, измерение лучей по отдельности не позволяет с достаточной точностью оценить их пространственное относительное положение, а, следовательно, добиться высокого качества дефектоскопии.
Задачей решаемой данной полезной моделью является обеспечение точного измерения направленности и амплитуды УЗ колебаний двухлучевого ПЭП.
Для решения этой задачи образец для контроля, выполненный в виде объемного тела, имеющего измерительную плоскость с отметками для установки пьезоэлектрического преобразователя и отверстия, расположенные так, чтобы зеркально отражать ультразвуковые лучи пьезоэлектрического преобразователя, установленного на отметках, снабжается на измерительной плоскости установочным местом для неподвижного размещения пьезоэлектрического преобразователя с возможностью его вращения вокруг оси симметрии, имеет два отверстия, направленых навстречу требуемым осям ультразвуковых лучей пьезоэлектрического преобразователя, отверстия являются глухими, торцы отверстий имеют разное расстояние до пьезоэлектрического преобразователя.
Заявляемую полезную модель иллюстрирует Фиг.1, где:
1. Образец для контроля.
2. Измерительная плоскость.
3. Пьезоэлектрические преобразователи.
4. Двухлучевой пьезоэлектрический преобразователь.
5. Метки для установки пьезоэлектрического преобразователя.
6. Отверстие 1.
7. Отверстие 2.
8. Лучи пьезоэлектрического преобразователя.
9. Установочное место.
10. Ось симметрии ПЭП.
11. Меткина ПЭП.
Образец для контроля двухлучевых ПЭП, фиг.1 может быть выполнен из металла со свойствами, близкими к предстоящему объекту исследования (рельсу). В качестве измерительной плоскости в данном случае может использоваться установочное место 9, выполненное в виде углубления для фиксированного размещения двухлучевого ПЭП 4 в цилиндрическом корпусе. Внутри двухлучевого ПЭП 4 установлены два ПЭП 3. На ПЭП 4 производителем наносятся метки 11, указывающие на направление излучения ПЭП 3 в измерительной плоскости. Отверстия 6 и 7 выполняются на прецизионном сверлильном оборудовании. Заявляемый образец прост в изготовлении, дешев и может применяться оперативно в ходе работ по дефектоскопии рельсовых путей.
Существенными отличиями заявляемой полезной модели являются.
Наличие на измерительной плоскости установочного места для неподвижного размещения пьезоэлектрического преобразователя с возможностью его вращения вокруг оси симметрии позволяет с высокой точностью установить ПЭП по отношению к отверстиям 1 и 2.
В прототипе установка ПЭП осуществляется на плоскости по меткам (рискам) с возможностью свободного перемещения, что не обеспечивает высокой точности измерений.
Два отверстия, направленные навстречу требуемым осям ультразвуковых лучей пьезоэлектрического преобразователя позволяют принимать и отражать УЗ колебания, излученные одновременно двумя ПЭП, что дает возможность оценить их относительную ориентацию.
В прототипе возможна работа только с одним ПЭП.
Отверстия являются глухими, а в качестве отражающей поверхности использовать их торец, что позволяет с высокой точностью определить направление излучения.
В прототипе в качестве отражающей используется боковая поверхность отверстий, в результате, например, перемещение ПЭП параллельно отверстиям не влияет на отражение, что не позволяет точно определить направление излучения.
Торцы отверстий имеют разное расстояние до пьезоэлектрического преобразователя, что позволяет излучать УЗ сигналы одновременно двумя ПЭП, а отраженные сигналы будут разнесены во времени.
В прототипе такие режимы не рассматриваются.
Рассмотрим применение заявляемого образца. Схема проведения измерений очевидна и здесь не приводится.
Двухлучесвой ПЭП 4 размещают в установочное место 9, совмещая метки 11 на нем с метками 5 на измерительной плоскости. Двухканальным ультразвуковым дефектоскопом подают одинаковые электрические сигналы на ПЭП 3, которые преобразуют их в УЗ сигналы, излучаемые в образец 1. Переключают дефектоскоп с излучения на прием. УЗ колебания, отраженные от торцов отверстий 6 и 7 принимают ПЭП 3 и преобразуют в электрические сигналы, которые измеряются и анализируются. Разное расстояние от торцов отверстий 6 и 7 до ПЭП 3 позволяет исключить взаимовлияние отраженных УЗ сигналов за счет их разнесения по времени. При проведении измерений можно решить следующие задачи:
1. Проверить работоспособность двухлучевого ПЭП 4.
2. Найти или уточнить положение меток 11 путем вращения ПЭП 4 вокруг оси 10.
3. Сравнить амплитуды сигналов, полученных преобразователями 3 - для точных измерений разброс не должен превышать 2 дБ.
Таким образом, заявляемый образец позволяет быстро и точно контролировать двухлучевые ПЭП и за счет этого повысить качество дефектоскопии.
Источники информации:
1. Патент RU 2308027.
2. Патент RU 2184960.
3. Патент RU 2184374.
4. ГОСТ 14782-96.
5. ГОСТ 18576-96.