Что такое ультразвуковой прибор?

Что такое ультразвуковой прибор?

Ультразвуковые измерительные приборы передают ультразвуковые волны (звуковые волны высокой частоты, неслышимые человеческим ухом) газообразным, жидким или твердым объектам и измеряют различные состояния объектов, используя их характеристики, такие как отражение и поглощение.

Звуковые волны имеют такие характеристики, как отражение, скорость и затухание. Свойства звуковых волн, такие как отражение, скорость и затухание, различаются в зависимости от материала, концентрации и скорости потока среды (вещества, которое опосредует передачу звуковых волн). Измеряя эти изменения характеристик звуковой волны, можно исследовать свойства среды.

Использование ультразвуковых инструментов

Рисунок 1. Использование ультразвуковых инструментов

Объекты, которые необходимо исследовать с помощью ультразвуковых измерительных приборов, можно классифицировать по трем состояниям вещества: твердое, жидкое, газообразное и смешанное состояние.

1. Индивидуумы
Примером твердого тела является измерение толщины металла. Путем облучения металла ультразвуковыми волнами и измерения времени, необходимого для отражения волн, можно определить толщину металла.

2. Жидкость
Примером жидкости является эхолот. Излучая ультразвуковые волны в море и измеряя время, необходимое волнам для отражения от косяка рыб или морского дна, можно определить размер и положение косяка рыб, а также расстояние до морского дна.

3. Газ
Примером газа является газовый анемометр. Используя тот факт, что звуковые волны в газе зависят от скорости газа, можно измерить скорость газа.

4. Смешанное состояние
Примером смешанного состояния является система ультразвуковой визуализации. В отличие от рентгеновских снимков или КТ-снимков, ультразвук не подвергается воздействию радиации, поэтому его используют для осмотра плода.

Принцип работы ультразвуковых инструментов

Рисунок 2. Характеристики и параметры волны

1. Параметры ультразвуковой волны

В общем, «волны» имеют следующие параметры: длина волны, амплитуда, частота, скорость и период.

Синусоида может быть представлена ​​следующим уравнением:

y = Asin (2π/T) (x — t/v)

Где y — положение на вертикальной оси, A — амплитуда, T — период, x — положение на горизонтальной оси, t — время, а v — скорость. Частоту f и длину волны λ можно изобразить следующим образом, соответственно:

f = 1/T

λ = Tv

Эти параметры также справедливы для звуковых волн. В случае звуковых волн указанные выше параметры изменяются для одной и той же звуковой волны в разных средах.

2. Ультразвуковое измерение

Измерение ультразвуковых волн использует тот факт, что характеристики ультразвуковых волн изменяются в зависимости от среды.

Например, соотношение между скоростью звука: газ <жидкость <твердое тело. Даже в одном и том же твердом теле скорость звука меняется в зависимости от вещества. Используя эти характеристики, можно провести следующие измерения.

1. Индивидуальные
Поскольку скорость звука в твердом теле при тех же условиях считается постоянной, толщину твердого тела можно измерить, если известны скорость звука и время, необходимое для отражения звуковых волн, излучаемых в твердом теле.

2. Жидкие
Предполагая, что подводные условия почти постоянны, положение косяка рыб можно оценить по времени, которое требуется для отражения излучаемых ультразвуковых волн обратно косяком рыб.

3. Газ
Если среда движется:

(скорость звука в среде) = (исходная скорость звука) + (скорость среды)

Это соотношение справедливо. Используя это соотношение, скорость среды можно измерить, измерив скорость звука в среде.

4. Состояние смешивания
Затухание звука связано с коэффициентом затухания, расстоянием и частотой, а коэффициент затухания варьируется в зависимости от среды. Используя эту связь, можно оценить состояние среды, измерив коэффициент затухания.

Другая информация об ультразвуковых приборах

1. Ультразвуковой прибор для измерения толщины

Ультразвуковые приборы измеряют толщину объекта, помещая преобразователь (зонд) с одной стороны измеряемого объекта.

Ультразвуковые волны, излучаемые преобразователем, проходят через контактную среду, проходят через объект и отражаются обратно к преобразователю на противоположной стороне объекта. Ультразвуковые волны, проходящие через материал, имеют определенное значение скорости звука. Ультразвуковые толщиномеры измеряют толщину материала на основе собственной скорости звука в материале и времени, необходимого для передачи и отражения ультразвуковых волн.

Измеряемым материалом может быть металл, стекло, пластик или множество других материалов. Кроме того, применимы различные формы, от плоских до изогнутых.

2. Как использовать ультразвуковой прибор

Рисунок 3. Как использовать ультразвуковой толщиномер

Известно, что с помощью ультразвуковых толщиномеров используются следующие методы измерения.

1. Метод одноразового измерения
В методе одноразового измерения зонд (преобразователь) приводится в контакт с измеряемым объектом для измерения его толщины. Этот метод подходит для случаев, когда коррозия или истончение стенки измеряемого объекта незначительны.

2. Метод двукратного измерения
Метод двойного измерения — это метод измерения, при котором преобразователь поворачивается на 90 градусов, а метод однократного измерения выполняется дважды; меньшее из двух измерений используется в качестве значения измерения, что приводит к более высокой точности измерения, чем метод однократного измерения.

3. Метод многоточечного измерения
В методе многоточечного измерения внутренняя часть круга с центром в точке измерения измеряется несколько раз. Наименьшее значение среди нескольких измерений принимается в качестве значения измерения, что подходит для измерения мест, где происходит локальная коррозия.

4. Метод точного измерения
Метод точного измерения измеряет распределение уменьшения толщины из-за коррозии в местах, где коррозия, как ожидается, достигла определенной степени.

5. Метод непрерывного измерения
Метод непрерывного измерения — это метод измерения, используемый для подтверждения изменений толщины и для определения состояния задней поверхности на основе изменений толщины поперечного сечения измеряемого объекта. Изменение толщины можно проверить путем измерения методом одноразового измерения через регулярные интервалы или путем непрерывного сканирования. В случае трубчатых материалов истончение стенки может прогрессировать изнутри, даже если снаружи нет никаких отклонений.

6. Другие методы измерения
Для измерения толщины материалов труб используется зонд Ni-осциллятора, и используется либо метод одноразового, либо метод двукратного измерения. Направление контакта преобразователя важно во время измерения.