В разобранных выше вариантах акустического тракта определялись максимальные амплитуды эхосигналов от раз­личных отражателей. Рассмотрим, что происходит, когда преобра­зователь перемещается относительно отражателя.

Амплитуда отражения при изменении взаимного расположения преобразователя и отражателяАмплитуда отражения при изменении взаимного расположения преобразователя и отражателяПодпись: Рис. 2.18. К расчету отражения от цилиндрического отверстия (а) и наклонного дефекта (б), не лежащих на оси преобразователя

Подпись: Фak sin 8) cos 4 (6/2), (2.24)

Отражение от сферы и цилиндра, ось которого перпендикулярна оси преобразователя, не зависит от на­правления падения ультразвука, по­этому, когда такие отражатели сме­шаются в направлении, перпендику­лярном оси преобразователя, ампли­туда сигнала изменяется пропорцио­нально квадрату диаграммы направ­ленности преобразователя. Например, если преобразователь перемещается по поверхности образца над протя­женным цилиндрическим отражателем (рис. 2.18, а), расположенным на рас­стоянии h от поверхности (г = А/cos0), то, как следует из (2.17) и (1.56), амплитуда эхосигнала изменяется со­гласно формуле

где Ф — диаграмма направленности преобразователя, а 0 — угол между его осью и направлением на проекцию оси цилиндра. В связи с изложенным цилиндрические отражатели удобно ис­пользовать для экспериментального исследования диаграмм на­правленности преобразователей и определения направления мак­симума излучения.

Для отражателей плоской формы (диск, полоса, бесконечная плоскость) амплитуда отражения зависит от наклона их плоскости к оси преобразователя. Рассмотрим в приближении Кирхгофа от­ражение от плоского непротяженного дефекта размером Ьь=2Ь, наклоненного к оси преобразователя под углом ф (рис. 2.18, б).

Общая формула для расчета эхосигнала для отражателя, распо­ложенного в дальней зоне совмещенного преобразователя, согласно

(2.5) имеет вид [cos4 (0,50) 1].

_Р— — S„Sb cqs a j і ф2(а^5{п 0)Ф’ {kb sin 8). (2.25)

Рг)

Здесь 6=ф — 0 — угол падения луча на дефект. Последний мно­житель определяет диаграмму направленности отражателя, кото­рый рассматривается как вторичный излучатель; например, для дискообразного отражателя

Подпись:Амплитуда отражения при изменении взаимного расположения преобразователя и отражателя(2.26)

Подпись: Р0 №  г ) Р/Рв,ВБ Рис. 2.19. Изменение амплитуды эхосигнала при перемещени преобразователя (D=12 мм, /=2,5 МГц) над плоскодонными отверстиями разного диаметра в стали

Рассмотрим случай плоского отражателя, параллельного по­верхности образца (ф = 0), по которой перемещается преобразова­тель (рис. 2.19). Когда размер отражателя значительно меньше размера преобразователя, то диаграмма направленности преобра­зователя значительно уже, чем диаграмма направленности вторич­ного излучателя — дефекта. Такой отражатель можно считать то­чечным, Ф’» 1. При перемещении преобразователя по поверхности образца амплитуда изменяется в соответствии с изменением поля излучения — приема преобразователя на заданном расстоянии г (кривые / и 2). В дальней зоне согласно (2.25)

где р — расстояние между осями преобразователя и отражателя.

При увеличении размеров отражателя сужение диаграммы на­правленности диска как вторичного излучателя оказывает сущест­венное влияние и приводит к сужению общей диаграммы направ­ленности преобразователь — отражатель (кривые 3, 4). Это хоро­шо заметно, если измерить ширину кривых на одинаковом уровне (например, 6 дБ) от максимума. Наибольшее сужение наблюдает­ся, когда диаметры преобразователя и отражателя равны (кри­вая 5). Кривая 6 соответствует случаю, когда амплитуда сигнала от дефекта, расположенного в дальней зоне преобразователя, боль­ше донного сигнала (см. кривую 2 на рис. 2.11). Если размер отра­жателя больше ширины пучка ультразвуковых лучей на глубине расположения дефекта, на кривой изменения амплитуды сигнала появится плато (кривая 7), а при положении преобразователя вблизи края плоскодонного отверстия на кривой имеется интерфе­ренционный максимум, подобный показанному на рис. 2.14, кривая /-//-6=3.

Анализ отражения от наклонного плоского дефекта с помощью дифракционных теорий [10] представляет поле отражения как сум­му геометрически отраженной волны и двух дифракционных волн рт краев дефекта, ближнего и дальнего к преобразователю. Пове­дение каждой из них подчиняется закономерностям, рассмотрен­ным в п. 1.4.1. Наличие двух источников дифракционных волн вы­зывает их интерференцию, под влиянием которой амплитуда эхо — сигнала осциллирует с изменением частоты, размера дефекта и угла падения на него. Возникновение осцилляций следует также из формул (2.25) с учетом (2.26) поскольку Ф’ — осциллирую­щая функция с аргументом bk sin б. Имеется существенное раз­личие в результатах расчетов методом Кирхгофа и по дифракци­онной теории [7]. Согласно первому амплитуда максимумов осцил­ляций уменьшается с увеличением аргумента, а согласно второ­му— остается постоянной. Последний результат подтверждается экспериментом.