МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ
The article deals with the model of the receiver high-frequency ultrasonic pulse Rayleigh waves that extending along the metal surface products. Application of such transducers allows to carry out operational control of large areas of products (sheets, large diameter pipes, a considerable number of...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/871 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870202616958418944 |
|---|---|
| author | Мигущенко, Р.П. Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Ноздрачева, Е.Л. |
| author_facet | Мигущенко, Р.П. Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Ноздрачева, Е.Л. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Р.П. Мигущенко",
"institution": "Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина"
},
{
"author": "Г.М. Сучков",
"institution": "Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина"
},
{
"author": "О.Н. Петрищев",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
},
{
"author": "Е.Л. Ноздрачева",
"institution": "Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина"
}
] |
| author_sort | Мигущенко, Р.П. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-12-23T21:43:43Z |
| description | The article deals with the model of the receiver high-frequency ultrasonic pulse Rayleigh waves that extending along the metal surface products. Application of such transducers allows to carry out operational control of large areas of products (sheets, large diameter pipes, a considerable number of other objects of the exploited). Highly efficient applying transducers of this type in the field of acoustic emission, especially in areas of high temperatures, radiation and other fields of information-measuring systems in the power industry, metallurgy, aggressive chemical production, transport, environmental segment. References 8, figures 5. |
| doi_str_mv | 10.15407/techned2016.06.083 |
| first_indexed | 2026-06-16T01:13:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 83
УДК 620.179.17
МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ
Р.П. Мигущенко1, докт.техн.наук, Г.М. Сучков1, докт.техн.наук, О.Н. Петрищев2, докт.техн.наук,
Е.Л. Ноздрачева1, канд.техн.наук
1 – Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. E-mail: suchkov gm@mail.ru
2 – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина.
Разработана математическая модель емкостного приемника высокочастотных ультразвуковых волн Релея,
радиально распространяющихся в металлических листах. С помощью преобразователей емкостного типа
осуществляется оперативный контроль значительных площадей изделий (листов, труб большого диаметра,
значительного числа других эксплуатируемых объектов). Применение преобразователей такого типа целесо-
образно в системах мониторинга шумов акустической эмиссии, особенно в зонах высоких температур, радиа-
ции, а также в первичных преобразователях информационно-измерительных систем в электроэнергетике, ме-
таллургии, агрессивных химических производствах, транспорте, в комплексах экологического контроля окру-
жающей среды. Библ. 8, рис. 5.
Ключевые слова: метрология, электромеханический преобразователь, ультразвуковая диагностика, неразру-
шающий контроль, экологический мониторинг.
Введение. Известные контактные и бесконтактные методы ультразвукового контроля метал-
лоизделий имеют ряд недостатков: требуют применения контактной жидкости, очистки поверхности
изделия [5], мощных генераторов и источников магнитного поля [8], сложности контроля тонких ма-
териалов, высокая стоимость и др. Устранить часть указанных недостатков возможно за счет возбуж-
дения и приема ультразвуковых импульсов путем воздействия поляризующего электрического и вы-
сокочастотного электромагнитного полей на поверхность электропроводного материала [4]. В то же
время авторы [3, 5] утверждают, что чувствительность такого способа на несколько порядков мень-
ше, чем традиционных методов, и в промышленности его использовать в настоящее время невозмож-
но. Однако этому утверждению противоречат результаты экспериментальных исследований [4, 6].
Отмеченное противоречие требует проведения глубоких теоретических и экспериментальных иссле-
дований предложенного физического эффекта, которые были начаты в работе [7].
Мы считаем, что разработка нового направления даст возможность заполнить нишу по диаг-
ностике материалов, недостаточно охваченных традиционным
методами (нержавеющих сталей, сплавов на основе титана и
меди), реализовать контроль толщины сверхтонких изделий,
существенно снизить стоимость преобразователей и др.
Целью работы является создание математической мо-
дели приемника емкостного типа, установление и рационали-
зация факторов, существенно влияющих на величину ампли-
туды измеряемой поверхностной ультразвуковой волны Релея.
Результаты разработки. Для построения математиче-
ской модели электромеханического преобразователя (рис. 1)
емкостного типа (ЕП) в режиме приема ультразвуковых волн
воспользуемся теоремой Шокли-Рамо [2], согласно которой
электрический ток i(t), подходящий к заземленному электро-
ду, когда в его окрестности пролетает со скоростью ( )txv ,k
r
точечный электрический заряд q0, определяется как
( ) ( ) ( )txvxEqti ,kk0
rr
⋅−= ∗ , (1)
где ( ) ( ) эkk UxExE
rr
=∗ ; ( )kxE
r
- вектор напряженности элек-
трического поля в пустоте в точке с координатами xk, в кото-
© Мигущенко Р.П., Сучков Г.М., Петрищев О.Н., Ноздрачева Е.Л., 2016 Рис. 1
84 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
рой в момент времени t находится движущийся со скоростью ( )txv ,k
r точечный электрический заряд
q0; Uэ - электрический потенциал, который необходимо подключить к электроду для создания элек-
трического поля напряженностью ( )kxE
r
.
Рассмотрим металлическое полупространство (позиция 1 на рис. 1), над поверхностью х3 = 0
которого располагается электрод 2 произвольной формы. На электрод подается постоянный потенци-
ал U0. При этом на поверхности полупространства формируется область Sq с наведенным статиче-
ским электрическим зарядом с поверхностной плотностью σ0(x1, x2). Под электродом распространяет-
ся ультразвуковая волна Релея со смещениями поверхности металла ( ) tiexxu ω0,, 21
r , где ( )0,, 21 xxur -
амплитудное значение вектора смещения материальных частиц поверхности металлического полу-
пространства; 1−=i ; ω - круговая частота. При этом элементарная площадка dSq поверхности со
статическим зарядом ( ) q21
0 , dSxxdq σ= движется относительно электрода со скоростью
( ) ( ) tiexxuitxxv ωω= 0,,,, 2121
rr . Этот участок можно рассматривать как точечный заряд, который в
цепи переменного тока, состоящей из разделительного конденсатора C0 и комплексного нагрузочно-
го сопротивления Zн, формирует электрический ток
( ) ( ) ( )[ ] titi edSxxuxxExx
U
ieId ωω ⋅σ
ω
−= q212121
0
э
0,,0,,, rr
, (2)
где ( )0,, 21 xxE
r
- напряженность электрического поля, создаваемого в вакууме электродом при пода-
че на него электрического потенциала Uэ.
Амплитудное значение тока I, подходящего к электроду, рассчитывается по формуле
( ) ( ) ( )[ ]∫ ⋅σ
ω
−=
q
q212121
0
э
0,,0,,,
S
dSxxuxxExx
U
iI rr
. (3)
На нагрузочном сопротивлении формируется па-
дение напряжения с амплитудным значением Zн І, несу-
щим информацию об амплитуде смещений волн Релея.
Математическая модель ЕП в режиме приема по-
верхностных ультразвуковых волн в общем случае опре-
деляется следующим выражением:
( ) ( ) ( )[ ]∫ ⋅σ
ω
−=
q
q212121
0
э
н
вых 0,,0,,,
S
dSxxuxxExx
U
Zi
U rr
. (4) (4)
Для примера рассмотрим математическую модель
преобразователя с дисковым электродом в режиме приема
радиально распространяющихся волн Рэлея. Расчетная
схема преобразователя показана на рис. 2. Предположим,
что из точки O′ , как из центра, излучаются осесимметрич-
ные, радиально распространяющиеся волны Рэлея. В ци-
линдрической системе координат ( )zr ′ψ ,, , начало кото-
рой находится в точке O′ , ось z′ совмещена с осью 3O x′ ′
(рис. 2, а). Компоненты вектора смещения материальных
частиц металлического полупространства запишем в виде
( ) ( ) ( ) ( ) ( )rHzuAzru RRrRr γγ′ω=ω′ 2
1,,, ,
( ) ( ) ( ) ( ) ( )rHzuAzru RRzRz γγ′ω=ω′ 2
0,,, , (5)
где ur(r, z′ , ω) и uz(r, z′ , ω) - амплитудные значения изме-
няющихся во времени по закону еiωt компонентов вектора
смещения материальных частиц поверхности металличе-
ского полупространства; AR(ω) - амплитудный множитель
волн Рэлея, формируемых их источником; ur ( z′ , γR) и
uz ( z′ , γR) - радиальный и аксиальный компоненты собст-
венного вектора однородной граничной задачи, которые Рис. 2
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 85
задаются следующими расчетными формулами
( ) z
22
R
z
Rr
2, ′β′α
β+γ
αβ
−=γ′ eezu , ( )
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
β+γ
γ
−
γ
α
−=γ′ ′′ zβ
22
R
2
Rzα
R
Rz
2
, eezu , (6)
где волновые числа α, β и γR связаны между собой условием существования распространяющейся
волны Рэлея, которое записывается в следующем виде:
( ) ( ) 04 2
R
222
RRR =αβγ−β+γ=χΔ , 2
RR γ=χ .
Символами ( ) ( )2
0 RH rγ и ( ) ( )2
1 RH rγ в формулах (5) обозначены функции Ханкеля второго ро-
да нулевого и первого порядков.
На расстоянии R0 от центра O′ располагается дисковый приемник ультразвуковых волн. В
системе координат (ρ, φ, z), центр которой находится в точке O, а ось z совмещена с осью Ox3, диск
радиуса R создает осесимметрично распределенный по поверхности металла статический электриче-
ский заряд, поверхностная плотность ( )ρσ0 которого определяется согласно [7] следующей форму-
лой:
( ) ( )
max
0 0 0
0
0
xU xW x J x dx
R
χ ρσ ρ
δ
⎛ ⎞≈ − ⎜ ⎟
⎝ ⎠∫ , (7)
где χ0 = 8,85·10-12 Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума; δ - расстояние (неконтакт) между
нижней поверхностью диска и поверхностью металлического полупространства; параметр хmax ≥ 40;
J0 (xρ / R) − функция Бесселя нулевого порядка; W(x) − функция, определяющая влияние геометриче-
ских параметров диска, ( ) ( )
( )
( )
x
xJ
Rxh
eexW 1
Rxh
Rxδ 1 −
− −
= , где J1(x) − функция Бесселя первого порядка.
Напряженность электрического поля в пустом пространстве под диском определяется по ме-
тодике, изложенной в статье [7]. При этом радиальный и аксиальный компоненты вектора напряжен-
ности электрического поля определя-
ются следующими расчетными форму-
лами:
( ) ( )
max
0
12
00
,
2
,
xC U
E z xW x e J x dx
RR
ρ
ρ
ρ
π χ
∗
= ⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠∫ xz Rэ
( ) ( )
max
0
02
00
,
2
,xz Rэ
z
xC U
E z xW x e J x dx
RR
ρ
ρ
π χ
∗
= − ⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠∫
(8)
где ∗
0C - электрическая емкость уеди-
ненного дискового электрода.
На рис. 3 показаны результаты
вычислений по формулам (8), выпол-
ненные в предположении, что
δχπ≈∗
0
2
0 RC ; Uэ=1 В; δ=0,1 мм; R=5
мм; для h=1 мм (рис. 3, а) и h=5 мм,
(рис. 3, б). Цифры возле кривых соот-
ветствуют значению аксиальной коор-
динаты z в единицах неконтакта δ.
Анализ приведенных данных показы-
вает, что при конструировании преоб-
разователей емкостного типа необхо-
димо использовать тонкие диски. За-
пишем формулу (4) в цилиндрической
системе координат (ρ, φ, z) Рис. 3
86 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]∫ ∫
π ∞
ρ ϕρωρ+ωρρσρ
ω
−=
2
0 0
zzr
0
н
э
вых ,0,0,,0,0, ddruEruEZ
U
iU , (9)
где ( ) ( ) ( ) ( )rH
k
Aru R
2
12
R
2
s
Rr
2
,0, γ
γ
ω=ω ; ( ) ( ) ( )
( ) ( )rH
k
Aru R
2
022
RR
2
s
Rz ,0, γ
β+γγ
α
ω=ω .
Из рис. 2, б следует, что 2
00
2 cos2 RRr +ϑρ−ρ= . Из [1] известно, что
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )2 2 22 2
0 R 0 0 0 R 0 R 0 R R 0
1
2 cos 2 cosn n
n
H R R J H R J H R nγ ρ ρ ϑ γ ρ γ γ ρ γ ϑ
∞
=
− + = + ∑ . (10)
Так как ϑ = φ + α − 3π/2, то
( ) ( ) ( ) ( )
2
2 22 2
0 0 0 00 0
0
2 cos 2R R RH R R d J H R
π
γ ρ ρ ϑ ϕ π γ ρ γ⎛ ⎞− + =⎜ ⎟
⎝ ⎠∫ . (11)
Для того чтобы записать радиальный компонент ur (r, 0) вектора смещения в цилиндрической
системе координат (ρ, φ, z), необходимы три этапа преобразований.
1. Выполняется переход от системы координат ( )zr ′ψ ,, к связанной с ней правовинтовой де-
картовой системе координат ( )321 ,, xxx ′′′ (рис. 2, б) по формулам
( ) ( )
1 1 2
1 1 2 2 2
1 2
( , ,0, )
( , ) ( ,0, ) cosr
rx u x x
u x x u r
x x
ω
ω ψ
′ ′ ′
′ ′ ′ = =
′ ′+
,
( ) ( )
2 1 2
2 1 2 2 2
1 2
( , ,0, )
( , ) ( ,0, )sinr
rx u x x
u x x u r
x x
ω
ω ψ
′ ′ ′
′ ′ ′ = =
′ ′+
. (12)
2. В формулах (12) выполняется переход к правовинтовой декартовой системе координат
( )1 2 3, ,x x x (рис. 2, б), связанной с осью симметрии дискового электрода,
)()( mkmk xuxu ′= , 2,1, =mk , (13)
где компоненты )( mk xu′ заданы соотношениями (12). Аргументы mx′ этих функций заменяются на
аргументы xm по формулам: 111 α+=′ xx , 222 α+=′ xx (рис. 2, б).
3. По известным )( mk xu определяются компоненты )0,,( ϕρρu и )0,,( ϕρϕu в цилиндрической
системе координат, ось z которой проходит через центр диска,
ϕϕρ+ϕϕρ=ϕρρ sin)0,,(cos)0,,()0,,( 21 uuu ,
ϕϕρ+ϕϕρ−=ϕρϕ cos)0,,(sin)0,,()0,,( 21 uuu , (14)
где функции )0,,(k ϕρu (k=1, 2) заданы соотношениями (13), в которых ϕρ= cos1x и ϕρ= sin2x
соответственно.
Выполнив необходимые вычисления, получаем выражение для расчета величин )0,,( ϕρρu
( ) ( )
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ ϑρ−+ργ
ϑρ−+ρ
ϑ−ρ
γ
ω=ϕρρ cos2
cos2
cos
2
)0,,( 0
2
0
2
R
)2(
1
0
2
0
2
0
2
R
2
s
R RRH
RR
Rk
Au . (15)
Продифференцируем левую и правую части равенства (11) по параметру ρ
( ) ( ) ( ) ( )0R
2
0R1
2
0
0
2
0
2
R
)2(
1
0
2
0
2
0 2cos2
cos2
cos
RHJdRRH
RR
R
γργπ=ϕ⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ ϑρ−+ργ
ϑρ−+ρ
ϑ−ρ
∫
π
.
Таким образом
( ) ( ) ( ) ( ) ( )00
2
0R12
R
2
R
2
0 2
20,, RHJ
k
Adu s γργ
γ
ωπ=ϕϕρ∫
π
ρ ,
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )00
2
0R022
RR
2
s
R
2
0
z 20,, RHJ
k
Adu γργ
β+γγ
α
ωπ=ϕϕρ∫
π
. (16)
Подставляя интегралы (16) в (9), получаем выражение для расчета сигнала на электрическом
выходе дискового преобразователя в режиме приема радиально распространяющихся волн Рэлея
( ) ( ) ( ) ( )Ωγω= п
00R
2
0Rвых WWRHAiU , (17)
где W0 - абсолютная чувствительность дискового приемника волн Рэлея; W п(Ω) - его волновая харак-
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 87
теристика.
Абсолютная чувствительность дискового ЕП рассчитывается по формуле
( )
0 0
0 32
s
н
R s
U C vW Z
k Rγ δ
∗
= . (18)
Для значений Zн=100 кОм, U0=1 кВ, 0 2 пФC∗ = , s 3298 м сv = , ( )R s 1,83842kγ = , δ=0,1 мм и
R=5 мм абсолютная чувствительность 5
0 1,062 10 В мW = ⋅ , что на четыре порядка меньше абсолют-
ной чувствительности пьезоэлектрических приемников, но всего на порядок меньше чувствительно-
сти приемников электромагнитного типа [3]. Этот вывод подтверждает возможность достижения
чувствительности, достаточной для выполнения высокоточных измерений и контроля качества.
Волновая характеристика W п(Ω) дискового приемника определяется следующим выражением:
( ) ( ) ( )[ ]∫
∞
ρ ξξ+ξΩ=Ω
0
п dffW z , (19)
где RRγ=Ω - безразмерное волновое число или, что то же самое, безразмерная частота; ξ = ρ / R −
безразмерная радиальная координата. Функции fρ (ξ) и fz (ξ) определяются следующими расчетными
формулами: ( ) ( ) ( ) ( )ξΩξξσξ=ξ ρρ 1
0 0,~~ JEf , ( ) ( ) ( ) ( )ξΩξξσξ
β+γ
αγ
−=ξ 0z
0
22
R
R
z 0,~~2 JEf .
При этом
( ) ( ) ( ) ( )∫ ξ=ξ=ξσ
max
0
0
0 0,~~
x
z dxxJxWxE ,
( ) ( ) ( )∫ ξ=ξρ
max
0
10,~ x
dxxJxWxE .
Для выбора реального значения верхнего пре-
дела интегрирования исследовано изменение функций
fρ (ξ) и fz (ξ) при различных значениях безразмерной
частоты Ω при δ = 0,1, h = 0,1 мм и R = 5 мм, рис. 4.
Вычисления проводились в предположении, что
( ) 489,12 22
RR =β+γαγ , что соответствует среднему
для сталей значению коэффициента Пуассона ν = 0,27.
Цифры возле кривых в поле рисунка соответствуют
значениям безразмерной частоты Ω. Все без исключе-
ния функции fρ (ξ) при малых значениях безразмерной
радиальной координаты (ξ < 0,1) положительны, а все
функции fz (ξ) отрицательны.
Из показанных на рис. 4 результатов вычислений
следует, что при ξ ≥ 2 функции fρ (ξ) и fz (ξ) практически
равны нулю, т. е. безразмерная координата ξ = 2 являет-
ся технической бесконечностью для дискового приемни-
ка поверхностных волн Рэлея.
С учетом этого факта были проведены вычисле-
ния по формуле (19) для диска с параметрами δ=0,1 и
R=5 мм. Варьируемым параметром выбрана толщина
диска, значения которой принимались равными h =0,1
мм, h=1 мм и h=10 мм. Эти цифры проставлены возле
соответствующих кривых в поле рис. 5, где представле-
ны результаты вычисления модуля волновой характери-
стики W п(Ω). Отчетливо видно, что диск наименьшей
толщины является наилучшим приемником поверх-
Рис. 4
Рис. 5
88 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
ностных волн Рэлея. С ростом толщины диска наблюдается уменьшение максимальных значений мо-
дуля волновой характеристики. При этом можно заметить незначительное смещение максимального
значения функции W п(Ω) в область низких частот. Эти особенности частотно зависимого изменения
функции W п(Ω) можно объяснить интерференцией (сложением) в объеме диска подтекающих токов,
которые наводятся колебаниями различных участков поверхности металлического полупространства.
Диск минимальной толщины реагирует на колебания элементов поверхности металла, находящихся
непосредственно под диском. На низких частотах, когда длина поверхностной волны Рэлея больше
диаметра диска, элементы этой поверхности колеблются практически синфазно, и наводимые токи
имеют практически один знак (фазу). Это наблюдается на восходящем участке кривой волновой ха-
рактеристики W п(Ω). При дальнейшем повышении частоты длина рэлеевской волны становится
меньше диаметра диска и некоторые участки поверхности металла генерируют токи противополож-
ного знака. Суммарный ток начинает уменьшаться. На высоких частотах под поверхностью диска
располагается практически равное число областей, каждая из которых генерирует токи противопо-
ложных знаков. Результирующий ток через дисковый электрод становится практически равным ну-
лю. Чем толще электрод, тем эффективнее собираются токи, которые наводятся более удаленными от
центра электрода областями поверхности металлического полупространства. Это приводит к умень-
шению результирующего значения тока, т.е. к уменьшению эффективности процесса регистрации
поверхностной волны Рэлея.
Выводы. Разработана математическая модель ультразвукового приемного преобразователя по-
верхностных волн Релея емкостного типа для использования в метрологии и информационно-изме-
рительной технике для сложных или опасных условий эксплуатации.
Установлена связь между длиной волны Релея и размерами приемного электрода преобразо-
вателя. Показано, что для приема более высокочастотных поверхностных волн необходимо умень-
шать размер дискового электрода приемника. Очевидно, что для повышения чувствительности прие-
ма высокочастотных импульсов можно использовать несколько соединенных согласно по электриче-
скому полю электродов малых размеров.
Из полученного выражения для ЭДС на выходе приемного электромеханического ультразву-
кового преобразователя следует, что основными факторами повышения чувствительности датчика
являются: повышение постоянного напряжения между изделием и электродом; уменьшение расстоя-
ния между электродом и поверхностью изделия при сохранении стойкости к электрическому пробою;
повышение емкости преобразователя, что выражается через увеличение диэлектрической проницае-
мости прослойки между электродом и поверхностью металла и увеличение эффективного размера
электрода с секциями, принимающими синфазные сигналы.
1. Ватсон Г.Н. Теория бесселевых функций. Часть первая. – Москва: Издательство иностранной литерату-
ры, 1949. – 799 с.
2. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений. – Моск-
ва-Ленинград: Изд-во АН СССР, 1948. – 728 с.
3. Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Потапов А.И. Неразрушающий контроль. Акустические методы контроля. –
Москва: Высшая школа, 1991. – 283 с.
4. Кондратьев А.И., Луговой В.А. Датчик акустических сигналов для высокоточных измерений // Дефекто-
скопия. – 1990. – № 3. – С. 30–38.
5. Ермолов И.Н., Ланге Ю.В. Неразрушающий контроль: Справочник. Ультразвуковой контроль. – Москва:
Машиностроение, 2004. – 864 с.
6. Ноздрачова Е.Л, Сучков Г.М., Петрищев О.Н. Особенности возбуждения ультразвуковых импульсов ем-
костным преобразователем // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія «Обчис-
лювальна техніка та автоматизація». – 2015. – № 1 (28). – С. 165–171.
7. Сучков Г.М., Петрищев О.Н., Ноздрачева Е.Л., Карпусь В.В. О возбуждении ультразвуковых волн в ме-
таллах емкостным преобразователем. Часть 1 // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2015. –
№ 1. – С. 45–50.
8. Suchkov G.M., Petrishchev O.N., Cherednichenko I.V., Fedorov V.V., Desyatnichenko A.V., Khashchina S.V.,
Maslova M.S. Generator of Probing Pulses for EMA Flaw Detectors // Russian Journal of Nondestructive Testing. –
New York, 2012. – Vol. 48. − No 9. – Pp. 537–540.
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 89
УДК 620.179.17
МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВИХ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ ПРИЙМАЛЬНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
УЛЬТРАЗВУКОВИХ ХВИЛЬ РЕЛЕЯ
Р.П. Мигущенко1, докт.техн.наук, Г.М. Сучков1, докт.техн.наук, О.М. Петрищев2, докт.техн.наук,
Ноздрачова К.Л. 1, канд.техн.наук
1 - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,
вул. Фрунзе, 21, Харків, 61002, Україна. E-mail: suchkov gm@mail.ru
2 - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,
пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна.
Розроблено на основі електростатичного високовольтного поля модель приймача високочастотних ультра-
звукових хвиль Релея, що поширюються по поверхні металевих виробів. Застосування таких перетворювачів
дозволяє проводити оперативний контроль значних площ виробів (листів, труб великого діаметра, значної
кількості інших експлуатованих об'єктів). Високоефективне застосування перетворювачів такого типу доці-
льне в області акустичної емісії, особливо в зонах високих температур, радіації та інших областях інформа-
ційно-вимірювальних систем в електроенергетиці, металургії, агресивних хімічних виробництвах, транспорті,
екологічному сегменті. Бібл. 8, рис. 5.
Ключові слова: метрологія, електромеханічний перетворювач, ультразвукова діагностика, неруйнівний конт-
роль, екологічний моніторинг.
MODEL OF ELECTROMECHANICAL RECEIVING TRANSDUCERS OF ULTRASOUND
RAYLEIGH WAVE
R.P. Myhushchenko1, G.M.Suchkov1, O.N.Petrishchev2, K.L.Nozdrachova1
1 – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute",
Frunze str., 21, Kharkiv, Ukraine, 61002, E-mail: suchkov gm@mail.ru
2 – National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute",
pr. Peremohy, 37, Kyiv, 03056, Ukraine.
The article deals with the model of the receiver high-frequency ultrasonic pulse Rayleigh waves that extending along
the metal surface products. Application of such transducers allows to carry out operational control of large areas of
products (sheets, large diameter pipes, a considerable number of other objects of the exploited). Highly efficient apply-
ing transducers of this type in the field of acoustic emission, especially in areas of high temperatures, radiation and
other fields of information-measuring systems in the power industry, metallurgy, aggressive chemical production,
transport, environmental segment. References 8, figures 5.
Key words: metrology, the electromechanical transducer, ultrasound diagnostics, non-destructive testing, environmental
monitoring.
1. Vatson G.N. Theory of Bessel functions. Part one. – Moskva: Izdatelstvo inostrannoi literatury, 1949. – 799
p. (Rus)
2. Grinberg G.A. Selected problems of mathematical theory of electrical and magnetic phenomena. – Moskva-
Leningrad: Izdatelstvo AN SSSR, 1948. – 728 p. (Rus)
3. Ermolov I.N., Aleshin N.P., Potapov A.I. Non-destructive testing: Pract. Manual: 5 book, Vol. 2. Acoustic
methods of monitoring. – Moskva: Vysshaia shkola, 1991. – 283 p. (Rus)
4. Kondratyev A.I., Lugovoy V.A. The sensor of acoustic signals for high-precision measurement // Defek-
toskopiia. – 1990. – No 3. – Pp. 30–38. (Rus)
5. Yermolov I.N., Lange Yu.V. Non-destructive testing: Reference. Vol. 3: Ultrasonic testing. – Moskva:
Mashinostroenie, 2004. – 864 p. (Rus)
6. Nozdrachova K.L., Suchkov G.M., Petrishchev O.N. Excitation of ultrasonic pulses with a capacitive trans-
ducer // Naukovi Pratsi Donetskoho Natsionalnoho Tekhnichnoho Universytetu, seriia «Obchysliuvalna Tekhnika ta
Avtomatyzatsiia». – 2015. – No 1 (28). – Pp. 165–171. (Rus)
7. Suchkov G.M., Petrishchev O.N., Nozdracheva Ye.L., Karpus V.V. On ultrasonic wave excitation in metals
by capacitive transducer // Tekhnicheskaia diagnostika i nerazrushaiushchii kontrol. – 2015. – No 1. – Pp. 45–50. (Rus)
8. Suchkov G.M., Petrishchev O.N., Cherednichenko I.V., Fedorov V.V., Desyatnichenko A.V., Khashchina
S.V., Maslova M.S. Generator of Probing Pulses for EMA Flaw Detectors // Russian Journal of Nondestructive Testing.
– New York, 2012. – Vol. 48. − No 9. – Pp. 537–540.
Надійшла 21.04.2016
Остаточний варіант 12.05.2016
|
| id | techned_org_ua-article-871 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:13:42Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/d7/007b70bb429fd3df6a8ae165b318e3d7.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-8712022-12-23T21:43:43Z MODEL OF ELECTROMECHANICAL RECEIVING TRANSDUCERS OF ULTRASOUND RAYLEIGH WAVE МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ Мигущенко, Р.П. Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Ноздрачева, Е.Л. metrology the electromechanical transducer ultrasound diagnostics non-destructive testing environmental monitoring метрология электромеханический преобразователь ультразвуковая диагностика неразрушающий контроль экологический мониторинг The article deals with the model of the receiver high-frequency ultrasonic pulse Rayleigh waves that extending along the metal surface products. Application of such transducers allows to carry out operational control of large areas of products (sheets, large diameter pipes, a considerable number of other objects of the exploited). Highly efficient applying transducers of this type in the field of acoustic emission, especially in areas of high temperatures, radiation and other fields of information-measuring systems in the power industry, metallurgy, aggressive chemical production, transport, environmental segment. References 8, figures 5. Разработана математическая модель емкостного приемника высокочастотных ультразвуковых волн Релея, радиально распространяющихся в металлических листах. С помощью преобразователей емкостного типа осуществляется оперативный контроль значительных площадей изделий (листов, труб большого диаметра, значительного числа других эксплуатируемых объектов). Применение преобразователей такого типа целесообразно в системах мониторинга шумов акустической эмиссии, особенно в зонах высоких температур, радиации, а также в первичных преобразователях информационно-измерительных систем в электроэнергетике, металлургии, агрессивных химических производствах, транспорте, в комплексах экологического контроля окружающей среды. Библ. 8, рис. 5. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2016-10-06 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/871 10.15407/techned2016.06.083 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 6 (2016): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 083 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 6 (2016): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 083 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2016.06 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/871/748 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | метрология электромеханический преобразователь ультразвуковая диагностика неразрушающий контроль экологический мониторинг Мигущенко, Р.П. Сучков, Г.М. Петрищев, О.Н. Ноздрачева, Е.Л. МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ |
| title | МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ |
| title_alt | MODEL OF ELECTROMECHANICAL RECEIVING TRANSDUCERS OF ULTRASOUND RAYLEIGH WAVE |
| title_full | МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ |
| title_fullStr | МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ |
| title_full_unstemmed | МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ |
| title_short | МОДЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН РЕЛЕЯ |
| title_sort | модель ультразвуковых электромеханических приемных преобразователей ультразвуковых волн релея |
| topic | метрология электромеханический преобразователь ультразвуковая диагностика неразрушающий контроль экологический мониторинг |
| topic_facet | metrology the electromechanical transducer ultrasound diagnostics non-destructive testing environmental monitoring метрология электромеханический преобразователь ультразвуковая диагностика неразрушающий контроль экологический мониторинг |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/871 |
| work_keys_str_mv | AT miguŝenkorp modelofelectromechanicalreceivingtransducersofultrasoundrayleighwave AT sučkovgm modelofelectromechanicalreceivingtransducersofultrasoundrayleighwave AT petriŝevon modelofelectromechanicalreceivingtransducersofultrasoundrayleighwave AT nozdračevael modelofelectromechanicalreceivingtransducersofultrasoundrayleighwave AT miguŝenkorp modelʹulʹtrazvukovyhélektromehaničeskihpriemnyhpreobrazovatelejulʹtrazvukovyhvolnreleâ AT sučkovgm modelʹulʹtrazvukovyhélektromehaničeskihpriemnyhpreobrazovatelejulʹtrazvukovyhvolnreleâ AT petriŝevon modelʹulʹtrazvukovyhélektromehaničeskihpriemnyhpreobrazovatelejulʹtrazvukovyhvolnreleâ AT nozdračevael modelʹulʹtrazvukovyhélektromehaničeskihpriemnyhpreobrazovatelejulʹtrazvukovyhvolnreleâ |