Критические углы

1. Критические углы

КРИТИЧЕСКИЕ УГЛЫ

2.

Волновые процессы на границе раздела
сред определяют закономерности
прохождения волн из преобразователя в
объект контроля и обратно.
Под действием электрического сигнала,
вырабатываемого дефектоскопом,
пьезопластина совершает колебания, в
процессе которых изменяется ее толщина. В
призме преобразователя возбуждается
акустическая волна продольного типа,
падающая на границу раздела с объектом
контроля под некоторым углом к нормали.

3.

В зависимости от угла
падения в объект контроля
проникают только
продольные волны,
продольные и поперечные,
только поперечные или
поверхностные волны.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

Для системы «оргстекло–сталь»
расчётные критические углы
составляют:
•первый критический угол βкр1≈ 27º;
•второй критический угол βкр2 ≈ 55º;
•третий критический угол βкр3 ≈ 34º.

15.

Отмеченное свойство имеет большое
практическое значение.
Все типовые наклонные ПЭП, используемые для
контроля головки и шейки рельса, имеют углы
призмы в интервале между первым и вторым
критическими углами (30º, 40º, 45º и 50º) и
излучают поперечную волну. Этим достигается
возможность обнаружения дефектов меньших
размеров в связи с более короткой длиной
поперечной волны. Кроме того, облегчается
восприятие дефектоскопной информации
благодаря более рациональному числу
информативных сигналов.

16.

Зная скорость распространения ультразвуковых
колебаний в призме и контролируемом изделии,
можно рассчитать значения углов
распространения продольных и поперечных волн
в среде 2 в зависимости от угла β по формуле.

17. Пример

ПРИМЕР
Найти угол ввода луча при контроле рельсов (Сt2
=3260 м/с) с помощью наклонного
пьезообразователя с углом призмы β = 40º из
органического стекла (Сl1 = 2670 м/с).

18. Задача

ЗАДАЧА
Дано: границы раздела. Рассчитать первый и
второй критический угол для продольной волны.
Среда
вода-сталь
оргстекло-сталь
вода-алюминий
оргстекло-алюминий
вода-медь
оргстекло-медь
Cl1
1490
2670
1490
2670
1490
2670
C l2
5900
5900
6360
6360
4720
4720
Ct2
3260
3260
3130
3130
2440
2440
βкр1
βкр2

19.

Всё сказанное выше относилось к
отражению по законам геометри ческой оптики, справедливым для
гладких поверхностей раздела. При
отражении от шероховатых
поверхностей, имеющих неровности
высотой более 0,05λ-0,1λ, происходит
диффузное отражение, сопровож дающееся рассеянием части энергии
в разные стороны.

20.

Поверхность считается зеркальной, если ее
шероховатость существенно меньше длины
волны.
В этом случае
падающий
параллельный
пучок лучей
отражается и
преломляется в
виде
параллельных
пучков.

21.

Поверхность является диффузной, если ее
шероховатость сравнима с длиной волны.
Отраженное и
прошедшее
излучение является
диффузным,
параллельный пучок
хаотично рассеива ется на неровностях
среды, происходит
рассеяние волны во
всех направлениях.