MG"16

Fala ultradźwiękowa polega na wzajemnym przekazywaniu sobie ruchu drgającego przez cząsteczki ośrodka.

W przypadku fali płaskiej ruch ten można opisać ogólną zależnością

(5.26)

u = f(x — ct),

gdzie:

u — przemieszczenie cząsteczki ośrodka, x — współrzędne wzdłuż kierunku propagacji fali, c — prędkość propagacji, t — czas.

W szczególnym przypadku mogą to być drgania harmoniczne; wtedy

A — długość fali.

(5.27)

gdzie: 5.3.1. Przetworniki ultradźwiękowe

Elementy drgające przetworników ultradźwiękowych wytwarza się z materiałów piezoelektrycznych lub piezomagnetycznych. Materiały te można pobudzić do drgań mechanicznych za pośrednictwem wytwarzanego w nich zmien-

L

rf

Rys. 5.17

nego pola elektrycznego lub magnetycznego, które powoduje zmiany ich wymiarów (kurczenie się i rozszerzanie), (rys. 5.17). Zjawisko to nazywa się elektro-strykcją lub magnetostrykcją.

Zetknięcie drgającego przetwornika z innym ośrodkiem powoduje rozchodzenie się w nim fal ultradźwiękowych. Aby zmierzyć parametry tych fal, stosuje się

przetwomiki odbiorcze (nie różniące się zasadniczo od nadawczych), które pobudzone drganiami ośrodka wytwarzają zmienne pole magnetyczne lub elektryczne. Odpowiadające im sygnały elektryczne łatwo jest wzmacniać oraz rejestrować w aparaturze elektronicznej.

5.3.2. Pole fali ultradźwiękowej

W przypadku dużego stosunku średnicy D kołowego przetwornika do długości fali A znaczna część energii fali jest skupiona w małym kącie przestrzennym. Oznacza to małą rozbieżność wiązki fali. Z pewnym przybliżeniem można przyjąć, że w sąsiedztwie przetwornika wiązka fal jest nieraz-bieżna i prawie cała energia drgań jest skupiona w walcu, którego podstawą jest przetwornik, a długość określa zależność

^Z° " T’

gdzie:

a — promień przetwornika, X — długość fali.

Rys. 5.18

Obszar ten nazywa się polem bliskim. Poza obszarem pola bliskiego energia drgań zawarta jest w stożku, którego wierzchołek znajduje się w środku powierzchni przetwornika, a tworzące przenikają walec ograniczający pole bliskie w odległości Z₀ od przetwornika. W polu dalekim czoło fali jest powierzchnią kulistą o środku krzywizny w środku powierzchni przetwornika. Należy zaznaczyć, że opisany powyżej i przedstawiony na rys. 5.18 model rozkładu energii w polu fali jest bardzo uproszczony.

5.3.3. Rodzaje fal ultradźwiękowych

W zależności od sposobu pobudzenia do drgań oraz od warunków brzegowych narzuconych przez wymiary ośrodka powstają różne postacie fal ultradźwiękowych.

Ośrodek ograniczony z punktu widzenia falowego to ośrodek, którego wymiary porównywalne są z długością przebiegającej w nim fali, np. cienkie pręty lub płyty (płytę o grubości g > 5X można już uważać za nieograniczoną).

W ośrodkach nieograniczonych falowo mogą występować fale podłużne i fale poprzeczne (fale ścinania). Fala podłużna jest to fala zagęszczeń i roz-rzedzeń ośrodka; towarzyszy jej deformacja objętościowa. Fala ścinania polega na drganiach w kierunku prostopadłym do kierunku propagacji fali, powodując deformację postaciową. Prędkości propagacji obu fal w tym samym ośrodku są różne.

W ośrodkach ograniczonych falowo mogą powstać fale giętne, skrętne, dylatacyjne i powierzchniowe.

187