Как найти точку выхода луча - Autoru.top - решение различных проблем

__________________________________________________________
__________________________________________________________.

Лабораторная
работа № 11

Изучение
методики настройки параметров контроля
по стандартным образцам

Цель:
изучить основные
настраиваемые параметры ультразвукового
контроля рельсов

Наглядные
пособия:
СО-1,
СО-ЗР,
дефектоскоп,
плакаты

Порядок
выполнения:

Определение
точки выхода луча ПЭП
Определение
угла ввода луча ПЭП
Определение
«мертвой» зоны
Точность
работы глубиномера
Условная
чувствительность
Вывод

1.
Определение точки выхода луча ПЭП

Под
точкой выхода луча понимают точку
пересечения акустической оси
ультразвукового луча с контактной
поверхностью преобразователя (рис.18,
рис.19).

Рис.
18.
Определение точки выхода луча ПЭП на
СО-3

Положение
точки выхода луча на призме (корпусе)
преобразователя проверяют по СО-3
(рис.18)
или СО-ЗР (рис.19).
Перемещая преобразователь по рабочей
поверхности образца, выбирают такое
его положение, при котором амплитуда
эхо-сигнала от вогнутой цилиндрической
поверхности наибольшая. В этом случае
точка выхода луча совпадает с геометрическим
центром полуокружности в СО-3 или
СО-ЗР. Если метка, обозначающая точку
выхода луча, не соответствует
действительному положению последней
(или отсутствует), то па призму (корпус)
преобразователя следует нанести новую
метку.

Рис.
19.
Определение точки выхода луча ПЭП на
СО-ЗР

При
определении точки выхода луча следует
также убедиться, что максимальная
амплитуда эхо-сигнала соответствует
положению преобразователя, при котором
его боковые грани (плоскости) параллельны
боковым плоскостям СО-3 или СО-ЗР или
риска на корпусе круглого резонатора
(вставки) преобразователя совпадает
с продольной осью
образца.

Расстояние
между точкой ввода луча и передней
гранью корпуса наклонного ПЭП называется
стрелой преобразователя и обозначается
буквой n
(рис.20).
Этот параметр весьма важен при
ультразвуковом контроле сварных
соединений с валиком усиления. Чем
меньше стрела преобразователя, тем
ближе при проверке качества сварки
можно приблизить ПЭП к зоне сварного
шва. Для используемых на практике ПЭП
n
= 9-15 мм.

2. Определение угла ввода луча пэп

Под
углом ввода луча
α
понимают
угол между нормалью к поверхности,
на которой установлен преобразователь,
и линией, соединяющей центр цилиндрического
отражателя с точкой выхода луча при
установке преобразователя в положение,
при котором амплитуда эхо-сигнала от
отражателя наибольшая.

Угол
ввода луча измеряют по СО-2 или СО-ЗР
(рис.21).

Рис.
21.
Определение угла α
ввода луча на СО-ЗР

Угол
ввода отсчитывают по шкале стандартного
образца против метки, обозначающей
точку выхода луча, при установке
преобразователя в положение,
соответствующее максимальной
амплитуде эхо-сигнала от отверстия
диаметром 6 мм на глубине 44 мм. Например,
измеренный угол ввода луча для
преобразователя с углом призмы 40°
должен быть равен 50°±2°.

Если
измеренное значение угла ввода луча не
соответствует требуемому, то
преобразователь должен быть сдан в
ремонт.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Точка — выход — луч

Cтраница 1

Точка выхода УЗ луча проверяется по стандартному образцу № 3; положение метки, соответствующей точке выхода, не должно отличаться от действительной более чем на 1 мм. Стрела преобразователя не должна быть более значения, рассчитанного для конкретного сварного соединения.
[1]

Положение точки выхода луча определяют по стандартному образцу СО-3 ( рис. 4.9), изготовленному из стали той же марки, что и образец СО-2 — По образцу СО-3 можно также определять время Шк ( в мкс) распространения ультразвуковых колебаний в призме преобразователя: 2tn 4 — 33 7, где — временной сдвиг между зондирующим импульсом и эхо-сигналом от вогнутой цилиндрической поверхности в образце СО-3 при установке преобразователя в положение, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала.
[3]

Положение точки выхода луча определяют по стандартному образцу СО-3 ( рис. 4.12), изготовленному из стали той же марки, что и образец СО-2. По образцу СО-3 можно также определить схему преобразователя и отстроить от времени 2tn ( в мкс) распространения ультразвуковых колебаний в призме преобразователя: 2tn ti — 33 7, где ti — временный сдвиг между зондирующим импульсом и эхо-сигналом от вогнутой цилиндрической поверхности в образце СО-3 при установке преобразователя в положение, соответствующее максимальной амплитуде эхо-сигнала.
[5]

Работоспособность дефектоскопа с преобразователем проверяют в начале рабочей смены — определяют соответствие точки выхода УЗ луча и стрелы преобразователя, угол ввода УЗ луча в металл, точность работы глубиномера, чувствительность дефектоскопа с преобразователем и, при необходимости, частоту УЗ колебаний.
[6]

Поскольку, по определению (1.135), оптическая толщина т уменьшается по мере возрастания s, за начало отсчета т удобно взять точку выхода луча из среды и отсчитывать назад по лучу.
[7]

Точка выхода и угол ввода луча искателя определяют точность измерения координат дефекта. При проверке точки выхода луча яеобходимо убедиться, что измеренное значение не должно отклоняться от положения метки, нанесенной на призме, более чем на 0 5 мм. Если эта ошибка больше, то необходимо несколько передвинуть пьезоэлемент, отвернув прижимной винт.
[8]

Луч, проходящий сквозь среду. Оптическая толщина т измеряется от Л — точки выхода луча.
[9]

Каждый цикл сканирования состоит из рабочего хода и обратного хода. Точка Ли соответствует точке AI входа луча в тень, а точка В01 — точке BI выхода луча из тени.
[10]

Зоны вокруг отверстий контролируют УЗ с двух противоположных сторон, обводя преобразователь вокруг отверстия так, чтобы направление акустической оси было перпендикулярно расположению наиболее вероятных дефектов-трещин, а именно — по касательной к образующей поверхности отверстия. Исходя из параметров контролируемого участка детали ( диаметр отверстия, толщина), установлено, что начальный радиус окружности, по которой должна перемещаться точка выхода луча, определяется по формуле R ffiig a r, где h — толщина детали в месте контроля; г — радиус отверстия; а — угол ввода ультразвукового луча в металл.
[11]

Комплексные лучи определяются как решение уравнений геометрической оптики, но они описывают поля в таких точках пространства, куда обычные вещественные лучи, идущие в пространстве с вещественными координатами, не проникают. Если в г попадает геометрооптический луч, то координаты (, 0) существуют и они вещественны. Однако если мы формально все же попытаемся найти точку выхода луча из начальной плоскости, то она окажется комплексной. Комплексными будут и все координаты точек на луче, но конечная его точка г окажется вещественной. Поле в этой точке и будет найдено таким способом. Координата r t в которой мы ищем поле, вещественна.
[12]

Страницы:

Источник

Тонкие линзы. Ход лучей.

Понятие тонкой линзы.
Оптический центр и фокальная плоскость.
Ход луча через оптический центр.
Ход лучей в собирающей линзе.
Ход лучей в рассеивающей линзе.

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: линзы, оптическая сила линзы

Взгляните ещё раз на рисунки линз из предыдущего листка: эти линзы обладают заметной толщиной и существенной кривизной своих сферических границ. Мы намеренно рисовали такие линзы — чтобы основные закономерности хода световых лучей проявились как можно более чётко.

к оглавлению ▴

Понятие тонкой линзы.

Теперь, когда эти закономерности достаточно ясны, мы рассмотрим очень полезную идеализацию, которая называется тонкой линзой.
В качестве примера на рис. 1 приведена двояковыпуклая линза; точки $O_{1}$ и $O_{2}$ являются центрами её сферических поверхностей, $R_{1}$ и $R_{2}$ — радиусы кривизны этих поверхностей. $O_{1}O_{2}$ — главная оптическая ось линзы.

Рис. 1. К определению тонкой линзы

Так вот, линза считается тонкой, если её толщина очень мала. Нужно, правда, уточнить: мала по сравнению с чем?

Во-первых, предполагается, что $MN ll R_{1}$ и $MN ll R_{2}$ . Тогда поверхности линзы хоть и будут выпуклыми, но могут восприниматься как «почти плоские». Этот факт нам очень скоро пригодится.
Во-вторых, MN ll a , где — характерное расстояние от линзы до интересующего нас предмета. Собственно, лишь в таком случае мы и
сможем корректно говорить о «расстоянии от предмета до линзы», не уточняя, до какой именно точки линзы берётся это самое расстояние.

Мы дали определение тонкой линзы, имея в виду двояковыпуклую линзу на рис. 1. Это определение без каких-либо изменений переносится на все остальные виды линз. Итак: линза является тонкой, если толщина линзы много меньше радиусов кривизны её сферических границ и расстояния от линзы до предмета.

Условное обозначение тонкой собирающей линзы показано на рис. 2.

Рис. 2. Обозначение тонкой собирающей линзы

Условное обозначение тонкой рассеивающей линзы показано на рис. 3.

Рис. 3. Обозначение тонкой рассеивающей линзы

В каждом случае прямая — это главная оптическая ось линзы, а сами точки — её
фокусы. Оба фокуса тонкой линзы расположены симметрично относительно линзы.

к оглавлению ▴

Оптический центр и фокальная плоскость.

Точки и , обозначенные на рис. 1, у тонкой линзы фактически сливаются в одну точку. Это точка на рис. 2 и 3, называемая оптическим центром линзы. Оптический центр находится на Пересечении линзы с её главной оптической осью.

Расстояние от оптического центра до фокуса называется фокусным расстоянием линзы. Мы будем обозначать фокусное расстояние буквой . Величина , обратная фокусному расстоянию, есть оптическая сила — линзы:

$D=frac{displaystyle 1}{displaystyle f}$ .

Оптическая сила измеряется в диоптриях (дптр). Так, если фокусное расстояние линзы равно 25 см, то её оптическая сила:

$D=frac{displaystyle 1}{displaystyle 0,25}=4$ дптр

Продолжаем вводить новые понятия. Всякая прямая, проходящая через оптический центр линзы и отличная от главной оптической оси, называется побочной оптической осью . На рис. 4 изображена побочная оптическая ось — прямая .

Рис. 4. Побочная оптическая ось, фокальная плоскость и побочный фокус

Плоскость , проходящая через фокус перпендикулярно главной оптической оси, называется фокальной плоскостью. Фокальная плоскость, таким образом, параллельна плоскости линзы. Имея два фокуса, линза соответственно имеет и две фокальных плоскости, расположенных симметрично относительно линзы.

Точка , в которой побочная оптическая ось пересекает фокальную плоскость, называется побочным фокусом. Собственно, каждая точка фокальной плоскости (кроме ) есть побочный фокус — мы ведь всегда сможем провести побочную оптическую ось, соединив данную точку с оптическим центром линзы. А сама точка — фокус линзы — в связи с этим называется ещё главным фокусом.

То, что на рис. 4 изображена собирающая линза, никакой роли не играет. Понятия побочной оптической оси, фокальной плоскости и побочного фокуса совершенно аналогично определяются и для рассеивающей линзы — с заменой на рис. 4 собирающей линзы на рассеивающую.

Теперь мы переходим к рассмотрению хода лучей в тонких линзах. Мы будем предполагать, что лучи являются параксиальными, то есть образуют достаточно малые углы с главной оптической осью. Если параксиальные лучи исходят из одной точки, то после прохождения линзы преломлённые лучи или их продолжения также пересекаются в одной точке. Поэтому изображения предметов, даваемые линзой, в параксиальных лучах получаются весьма чёткими.

к оглавлению ▴

Ход луча через оптический центр.

Как мы знаем из предыдущего раздела, луч, идущий вдоль главной оптической оси, не преломляется. В случае тонкой линзы оказывается, что луч, идущий вдоль побочной оптической оси, также не преломляется!

Объяснить это можно следующим образом. Вблизи оптического центра обе поверхности линзы неотличимы от параллельных плоскостей, и луч в данном случае идёт как будто через плоскопараллельную стеклянную пластинку (рис. 5).

Рис. 5. Ход луча через оптический центр линзы

Угол преломления луча равен углу падения преломлённого луча на вторую поверхность. Поэтому второй преломлённый луч выходит из плоскопараллельной пластинки параллельно падающему лучу . Плоскопараллельная пластинка лишь смещает луч, не изменяя его направления, и это смещение тем меньше, чем меньше толщина пластинки.

Но для тонкой линзы мы можем считать, что эта толщина равна нулю. Тогда точки B, O, C фактически сольются в одну точку, и луч окажется просто продолжением луча . Вот поэтому и получается, что луч, идущий вдоль побочной оптической оси, не преломляется тонкой линзой (рис. 6).

Рис. 6. Луч, идущий через оптический центр тонкой линзы, не преломляется

Это единственное общее свойство собирающих и рассеивающих линз. В остальном ход лучей в них оказывается различным, и дальше нам придётся рассматривать собирающую и рассеивающую линзу по отдельности.

к оглавлению ▴

Ход лучей в собирающей линзе.

Как мы помним, собирающая линза называется так потому, что световой пучок, параллельный главной оптической оси, после прохождения линзы собирается в её главном фокусе (рис. 7).

Рис. 7. Параллельный пучок собирается в главном фокусе

Пользуясь обратимостью световых лучей, приходим к следующему выводу: если в главном фокусе собирающей линзы находится точечный источник света, то на выходе из линзы получится световой пучок, параллельный главной оптической оси (рис. 8).

Рис. 8. Преломление пучка, идущего из главного фокуса

Оказывается, что пучок параллельных лучей, падающих на собирающую линзу наклонно, тоже соберётся в фокусе — но в побочном. Этот побочный фокус отвечает тому лучу, который проходит через оптический центр линзы и не преломляется (рис. 9).

Рис. 9. Параллельный пучок собирается в побочном фокусе

Теперь мы можем сформулировать правила хода лучей в собирающей линзе. Эти правила вытекают из рисунков 6-9,

1. Луч, идущий через оптический центр линзы, не преломляется.
2. Луч, идущий параллельно главной оптической оси линзы, после преломления пойдёт через главный фокус (рис. 10).

Рис. 10. К правилу 2

3. Если луч падает на линзу наклонно, то для построения его дальнейшего хода мы проводим побочную оптическую ось, параллельную этому лучу, и находим соответствующий побочный фокус. Вот через этот побочный фокус и пойдёт преломлённый луч (рис. 11).

Рис. 11. К правилу 3

В частности, если падающий луч проходит через фокус линзы, то после преломления он пойдёт параллельно главной оптической оси.

к оглавлению ▴

Ход лучей в рассеивающей линзе.

Переходим к рассеивающей линзе. Она преобразует пучок света, параллельный главной оптической оси, в расходящийся пучок, как бы выходящий из главного фокуса (рис. 12)

Рис. 12. Рассеяние параллельного пучка

Наблюдая этот расходящийся пучок, мы увидим светящуюся точку, расположенную в фокусе позади линзы.

Если параллельный пучок падает на линзу наклонно, то после преломления он также станет расходящимся. Продолжения лучей расходящегося пучка соберутся в побочном фокусе , отвечающем тому лучу, который проходит через через оптический центр линзы и не преломляется (рис. 13).

Рис. 13. Рассеяние наклонного параллельного пучка

Этот расходящийся пучок создаст у нас иллюзию светящейся точки, расположенной в побочном фокусе за линзой.

Теперь мы готовы сформулировать правила хода лучей в рассеивающей линзе. Эти правила следуют из рисунков 6, 12 и 13.

1. Луч, идущий через оптический центр линзы, не преломляется.
2. Луч, идущий параллельно главной оптической оси линзы, после преломления начнёт удаляться от главной оптической оси; при этом продолжение преломлённого луча пройдёт через главный фокус (рис. 14).

Рис. 14. К правилу 2

3. Если луч падает на линзу наклонно, то мы проводим побочную оптическую ось, параллельную этому лучу, и находим соответствующий побочный фокус. Преломлённый луч пойдёт так, словно он исходит из этого побочного фокуса (рис. 15).

Рис. 15. К правилу 3

Пользуясь правилами хода лучей 1–3 для собирающей и рассеивающей линзы, мы теперь научимся самому главному — строить изображения предметов, даваемые линзами.

Разберем задачи ЕГЭ по теме: Тонкие линзы.

1. На экране с помощью тонкой линзы получено изображение предмета с пятикратным увеличением. Экран передвинули на 30 см вдоль главной оптической оси линзы. Затем при неизменном положении линзы передвинули предмет, чтобы изображение снова стало резким. В этом случае получилось изображение с трехкратным увеличением. На сколько пришлось передвинуть предмет относительно первоначального положения?
Дано:
Г₁=5
Г₂=3
а = 30 см = 0,3 м.
Найти:
Δd — ?

Решение.

При решении этой задачи главным является создание модели, которая поясняет изменения в увеличении линзы и позволяет правильно определить перемещение экрана и предмета. На представленных ниже рис.1 и рис.2 выполнены все необходимые построения для двух случаев задачи. Так как увеличение линзы уменьшается, то предмет смещается в сторону двойного фокуса. Именно в этом случае возможно уменьшение изображения, по сравнению с первым случаем.

Особое внимание надо обратить на фразу, что изображение снова стало резким. Это возможно только при выполнении всех соотношений в формуле тонкой линзы $frac{1}{d}+frac{1}{f}=frac{1}{F}.$

Для каждого случая запишем формулу тонкой линзы и учтем соотношения между d и f через значение увеличения (Г), даваемое линзой.

$frac{1}{d_1}+frac{1}{f_1}=frac{1}{F} ~~(1)$

$frac{1}{d_2}+frac{1}{f_2}=frac{1}{F} ~~(2)$

$frac{f_1}{d_1}=$ Г₁ , отсюда $d_1=frac{f_1}{5}.$

$frac{f_2}{d_2}=$ Г₂ , отсюда $d_2=frac{f_2}{3}.$

Тогда формулы (1) и (2) примут вид:

$frac{5}{f_1}+frac{1}{f_1}=frac{1}{F}$

$frac{3}{f_2}+frac{1}{f_2}=frac{1}{F}$

$frac{6}{f_1}=frac{1}{F}~~(5)$

$frac{4}{f_2}=frac{1}{F}~~(6)$

Остается решить следующую систему из двух уравнений:

$begin{cases}frac{6}{f_1}=frac{4}{f_2} \f_1-f_2=aend{cases}$

Решение этой системы можно провести с подстановкой численных значений.

$frac{6}{f_1}=frac{4}{f_1=0,3}$

f_1=0,9 (м). Тогда (м)

$d_1=frac{0,9}{5}=0,18$ (м)

$d_2=frac{0,6}{3}=0,2$ (м)

(м).

Ответ: 0,02 м

2. На оси ОХ в точке x_1=0 находится оптический центр тонкой рассеивающей линзы с фокусным расстоянием F_1=-20 см, а в точке x_2=20 см – тонкой собирающей линзы. Главные оптические ос обеих линз лежат на оси ОХ. На рассеивающую линзу вдоль оси ОХ падает параллельный пучок света из области х<0. Пройдя данную оптическую систему, лучи собираются в точке с координатой x_3=30 см. Найдите фокусное расстояние собирающей линзы F_2 .

Дано:
x_1=0
F_1=-20 см = -0,2 м
x_2=20 см = 0,2 м
x_3=30 см = 0,6 м
Найти:
F_2 — ?

Решение
На рисунке представлен ход лучей через систему рассеивающей и собирающей линз. При решении подобных задач необходимо рассматривать отдельно ход лучей сквозь каждую линзу.

Рассмотрим сначала ход лучей через рассеивающую линзу. Для этого воспользуемся формулой тонкой линзы и учтем, что , так как на рассеивающую линзу падает параллельный пучок света из области x<0 . Тогда дробь $frac{1}{d_1}rightarrow 0$ и формула примет вид:

$-frac{1}{f_1}=-frac{1}{F_1}$

Перед f_1 стоит знак (-), так как линза рассеивающая и она дает всегда мнимое изображение.

Поэтому (м).

В точке S сформировалось мнимое изображение светового пучка, который падает на собирающую линзу из области x<0.

Теперь отдельно рассмотрим собирающую линзу. Для нее расстояние d_2 будет равно 0,4 м (согласно рисунку). Применим для собирающей линзы формулу тонкой линзы с учетом d_2 и f_2 . Расстояние ; (м).

$frac{1}{d_2}+frac{1}{f_2}=frac{1}{F}$

$frac{d_2+f_2}{d_2cdot f_2}=frac{1}{F}$

$F=frac{d_2cdot f_2}{d_2+f_2}$

$F=frac{0,4 cdot 0,4}{0,4+0,4}=0,2$ (м) = 20 (см).

Ответ: 20 см.

3. Точечный источник света движется со скоростью v вокруг главной оптической оси собирающей линзы в плоскости, параллельной плоскости линзы на расстоянии d=15 см от линзы. Фокусное расстояние линзы F= 10 cм. Скорость движения изображения точечного источника света V=10 м/с. Найдите скорость движения источника света.

Дано:
d=15 см = 0,15 м
F= 10 см = 0,1 м
V=10 м/с
Найти: v-?

Решение.

Для решения этой задачи воспользуемся формулой тонкой линзы.

$frac{1}{d}+frac{1}{f}=frac{1}{F}$

$frac{1}{f}=frac{1}{F}-frac{1}{d}$

$frac{1}{f}=frac{d-F}{Fd}$

$f=frac{Fd}{d-F}$

Проведем расчет для определения расстояния от линзы до изображения.

$f=frac{0,1 cdot 0,15}{0,15-0,1}=0,3$ (м).

Полученный результат говорит о том, что увеличение линзы Г>1.

Г = $frac{0,3}{0,15}=2.$

Точечный источник и его изображение будут двигаться с разными линейными скоростями, но в тоже самое время период их обращения, частота обращения и угловые скорости у них будут равными. Радиусы окружностей, которые будут описывать источник света и его изображения, будут отличаться в 2 раза. Радиус окружности изображения R будет превышать радиус окружности источника r в 2 раза $(frac{R}{r}=2$ или $frac{r}{R}=frac{1}{2}).$

Воспользуемся формулой равенства периодов обращения.

$T_1=frac{2pi r}{v}$

$T_2=frac{2pi R}{V}$

T_1=T_2

$frac{2pi r}{v}=frac{2pi R}{V}$

$v=frac{rcdot V}{R}$

$v=frac{1cdot 10}{2}=5$ (м/с)

4. Точечный источник света S расположен на расстоянии 40 cм от оптического центра тонкой собирающей линзы с фокусным расстоянием 0,2 м на её главной оптической оси АВ. На сколько сместиться вдоль прямой АВ изображение источника, если линзу повернуть на угол alpha =30° относительно оси, перпендикулярной плоскости рисунка и проходящей через оптический центр линзы? Сделайте пояснительный чертеж, указав ход лучей в линзе для обоих случаев её расположения.

Дано:
d_1= 40 cм = 0,4 м
F = 0,2 м
alpha = 30°
Найти:
Delta f — ?

Решение.

Применим формулу тонкой линзы для первого случая.

$frac{1}{d_1}+frac{1}{f_1}=frac{1}{F}$

$frac{1}{f_1}=frac{1}{F}-frac{1}{d_1}$

$frac{1}{f_1}=frac{d_1-F}{Fd_1}$

$f_1=frac{Fd_1}{d_1-F}$

$f_1=frac{0,2cdot 0,4}{0,4-0,2}=0,4$ (м).

Применим формулу тонкой линзы для второго случая.

$frac{1}{d_2}+frac{1}{f_2}=frac{1}{F}$

$frac{1}{f_2}=frac{1}{F}-frac{1}{d_2}$

$frac{1}{f_2}=frac{d_2-F}{Fd_2}$

$f_2=frac{Fd_2}{d_2-F}$

Здесь необходимо учесть, что (м).

$f_2=frac{0,2 cdot 0,35}{0,35-0,2}approx 0,47$ (м).

Изображение источника во втором случае также формируется на прямой АВ. Для нахождения расстояния OS_2 необходимо

$OS_2=frac{f_2}{cosalpha}$

$OS_2=frac{0,47}{cos 30textdegree } = 0,54$ (м).

Таким образом, изображения источников в обоих случаях получились на прямой АВ на расстоянии (м).
Ответ: 0,14 м.

Если вам нравятся наши материалы — записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по физике онлайн

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими статьями.
Информация на странице «Тонкие линзы. Ход лучей.» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать нужные и поступить в высшее учебное заведение или техникум нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.

Публикация обновлена:
07.05.2023

Источник

Конспекты — новый формат на «Дефектоскопист.ру». Это попытка структурировать информацию на форуме в более понятной и удобной форме. На истину в последней инстанции не претендуем — просто стремимся помочь тем людям, которые хотят разобраться в том или ином вопросе. В зависимости от вашей аппаратуры и руководящих документов на контроль могут быть расхождения с изложенным ниже. Поэтому форум форумом, но руководство по эксплуатации, технологическую карту, ТЗ на контроль, руководящую нормативно-техническую документацию нужно знать.

С правилами ухода за настроечными и мерами

разобрались

. Едем дальше — подготовка к работе и калибровка совмещённых

наклонных ПЭП поперечных

волн для классического эхо-метода. В этом обзоре постараемся разобрать действия ДО этапа настройки чувствительности. Чтобы лучше понимать, что собой представляют параметры ПЭП, о которых мы будем говорить ниже, рекомендуем

пояснительную схему

2.1. Внешний осмотр ПЭП
Не должно быть сколов, трещин, разбитых разъёмов. Желательна читаемая маркировка. Недопустимы порезы, разрывы, отслоения изоляции у кабелей. Не должно быть заломов, перекрученных участков, узлов и пр. Далее — определить степень износа ПЭП. Для непритертых в паспорте (иногда) задают габаритную и минимальную высоту ПЭП. Оценить разность размеров ПЭП по высоте в 5 точках — 4 угла и середина. Оценить плоскостность рабочей поверхности прикладыванием линейки по диагоналям, а также в поперечном и продольном направлениях по нескольким позициям. У

притертого

ПЭП проверить хотя бы прямолинейность образующих и оценить зазоры между ПЭП и НО соответствующего диаметра. При необходимости,

откорректировать

форму рабочей поверхности в пределах допуска на износ.

В настройках дефектоскопа нужно проследить, что после подключения ПЭП корректно заданы: а) скорость распространения поперечной УЗ-волны, б) тип ПЭП (совмещённый), в) рабочая частота, г) угол ввода (возможна его последующая коррекция — см. п. 2.4), д) частота заполнения зондирующего импульса импульса (в УСД-60). Значение задержки в призме (протектор) можно обнулить, можно оставить, без разницы: всё равно его почти наверняка придётся регулировать. Чтобы было проще следить за максимальной амплитудой, можно рекомендовать включить

огибающую

. Форму пьезоэлемента тоже

желательно знать

. На руках к ПЭП неплохо бы иметь паспорт. Поверка не предполагается — вот

здесь

— окончательный вердикт по данному вопросу.

2.2. Определение точки выхода наклонного ПЭП
ПЭП устанавливается на плоскую поверхность СО-3, СО-3Р, V1 или V2. Перемещая ПЭП, нужно зафиксировать максимальную амплитуду сигнала от полуцилиндрической поверхности. Датчик следует водить по центру меры, параллельно боковым граням, без поворота в какую-либо из сторон. Если на мере есть дополнительные «прицелы», то правильно поставить ПЭП будет проще. Но это не точно.

Точку выхода обычно обозначают на боковых гранях корпуса ПЭП штриховой линией, точкой, круговым фризом и пр. Но обозначенная изготовителем точка может не совпадать с фактической —

такое иногда случается

Зафиксировали максимум — смотрим миллиметровую шкалу на образце и/или на корпусе ПЭП. Если фактическая точка выхода отличается от заводской более чем на ±1 мм (см. п. 7.2 в

ГОСТ Р 55724-2013

), придётся заменить датчик. Если фактическая точка выхода совпадает с заводской — переходим к п. 2.3. Если разница не превышает ±1 мм, то высчитываем по шкалам значение стрелы и вводим её в настройки дефектоскопа. Если есть желание, можно обозначить фактическую точку выхода на боковой грани корпуса ПЭП мелом или маркером. Но не обязательно, тем более что и сделать это с такой точностью — не так уж и просто. Проще запомнить, что, например, точке выхода соответствует риска левее или правее той, что обозначена производителем.

2.3. Определение стрелы
Стрела — расстояние от передней грани ПЭП до точки выхода. Собственно, определяется вместе с точкой выхода, по тем же образцам. Корректное значение стрелы в настройках дефектоскопа будет влиять на точность показаний X. Некоторые НТД требуют определения координат отражателей с точностью до ±1 мм (пример — п. 8.5.11.9 в РД 25-160.10-КТН-016-15). А

вот тут

— наблюдения по реальной точности измерения координат отражателей при настройке по зарубкам. Также точное значение стрелы требуется для соблюдения требований ряда НТД (пример — таблица 19 в

СТО Газпром 2-2.4-083-2006

2.4. Определение угла ввода наклонного ПЭП
Определяется на СО-2, СО-3Р, V1 или V2. Есть также

способ

измерения угла ввода по СО-3. В случае с СО-2 делается это по боковому цилиндрическому отверстию Ø6 мм на глубине 44 мм. Как и в п. 2.2, ПЭП нужно водить параллельно боковым граням, что ненароком не поймать сигнал от угла между БЦО и боковой гранью образца (см. с. 175 2-го изд. тома №3 справочника «Неразрушающий контроль» и вот

этот пост

). Риска напротив фактической точки выхода на боковой грани корпуса ПЭП (см. п. 2.2) в идеале должен совпадать с риской, обозначающей угол на шкале меры. Допустимое отклонение не более ±2° (см. п. 7.2 в ГОСТ Р 55724-2013).

Важно:
— выполнять настройку по образцам, скорость распространения УЗ-волн и затухание в которых идентичны скорости и затуханию в материале ОК. В противном случае —

понадобятся

специальные образцы СО-2А, СО-3А из материала, по акустическим свойствам идентичного материалу ОК. Пара способов, как можно посчитать скорость распространения поперечной УЗ-волны в материале ОК, изложены

тут

. Справочники со значениями скоростей для различных сплавов можно скачать

здесь

.
— делать это при той же температуре, при которой будет проводиться контроль (п. 10.6.9 в СТО Газпром 2-2.4-083-2006, например, требует перепроверять настройки при изменении температур более чем на ±10°С). Это желательно соблюдать

всегда

, хотя раньше требование было обязательно только для ПЭП с углами ввода ≥70°. Подробнее про температуру —

здесь

и здесь.
— учесть квазиискривление при контроле больших толщин, от

100 мм

(п. 8.8.5 в ГОСТ Р 55724-2013)
— если говорить о настройке перед контролем сварных соединений с неснятым валиком усиления, то неплохо быть иметь НО тоже с валиком усиления сварного шва или его имитацией — для того, чтобы производить эталонирование по тому лучу, которым будет браться зарубка (это может быть не центральный, а боковой луч). Правда, это уже ближе к настройке чувствительности — пока рекомендуем вот

этот пост

и с. 156 в 3-м изд. учебника В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений»
— в процессе настройки использовать ту же контактную жидкость, что будет применяться для контроля.

Подборка

НТД с требованиями к КЖ.
— увы, даже наличие паспорта и свидетельства о калибровке меры — не 100% гарантия того, что она изготовлена по «фэншую». Сюрпризы

случаются

. Аналогично — с

зарубками

в НО.
— прижимать ПЭП к поверхности образца и ОК с равномерным, умеренным усилием,

без фанатизма

2.5. Оценка мёртвой зоны наклонного ПЭП
Проверяется по БЦО Ø2 мм на глубине 3 мм или 8 мм в СО-2. Если удаётся зафиксировать чёткий сигнал от первого — значит, мёртвая зона в пределах 3 мм. Если только от второго — в пределах 8 мм. Если оба БЦО не удаётся обнаружить — то мёртвая зона больше 8 мм.

Но — не все НТД требуют проверять МЗ. К тому же даже на СО-2 с калибровкой это всё очень приблизительно, поскольку МЗ зависит от многих факторов:
— частоты
— особенностей материала (коэффициент затухания, размер зерна, уровень шумов, шероховатость и пр.)
— чувствительности
— размера и конфигурации призмы (насколько эффективны «ловушки» и дополнительные вставки для поглощения отражённых лучей от поверхности ввода)
Поэтому мёртвую зону необходимо проверять после настройки чувствительности. Делать это также можно по СО-3Р и V1.

2.6. Калибровка задержки в призме наклонного ПЭП
Вообще, делается по СО-3. Нужно:
2.6.1. В настройках дефектоскопа перевести шкалу по оси абсцисс в мкс.
2.6.2. Развёртку лучше «поджать», чтобы было видно первое и второе отражение.
2.6.3. Как и в п. 2.1, установить ПЭП в положение, при котором достигается максимальная амплитуда сигнала от боковой цилиндрической поверхности.
2.6.4. Используя а- и б-зону (строба), одну ставим на первый эхо-сигнал (от 55 мм), другую — на второй эхо-сигнал (от 165 мм, по сути,

это третье отражение

). Также в настройках дефектоскопа нужно задать измерение разницы между этими зонами (Sab в УСД-60). Задержка в призме (протектор) Тпр = Sa-(Sab/2). Про настройку по двум отражениям есть ещё

здесь

В помощь для настройки глубиномера по СО-3 — таблица №6 из

этого файла

Настройка

по первому отражению

тоже возможна, но считается менее точной. Шкалу можно перевести в мкс, установить а-зону на первый эхо-сигнал и далее, регулируя значение протектора, добиться, чтобы время прихода сигнала равнялось 33,7 мкс (или 34,1 мкс — в зависимости от меры). Если перевести шкалу в мм глубины, то, опять же регулируя значение задержки в призме (протектора) нужно будет добиться, чтобы путь по лучу составлял 55 мм. Угол ввода в настройках дефектоскопа можно

обнулить

, чтобы глубиномер

показывал радиус

образца, а не глубину отражающей точки относительно поверхности ввода.

Также задержку в призме (протектор) можно настроить по V2. Пошаговое руководство

вот здесь

. Формула в п. 2.6.6 будет отличаться: Тпр=Sa-(Sab/1,5).

Но. Если речь идёт о малых толщинах и больших частотах (точные значения в учебниках вы вряд ли найдёте, так что приходится читать

«между строк»

), то калибровка задержки в призме (протектора) и настройка глубиномера

могут выполняться

не по мере, а по настроечному образцу. Если это НО с

зарубкой

, то нужно:
2.6.8. Перевести шкалу по оси абсцисс в мм глубины.
2.6.9. Настроить ширину (масштаб) развёртки. В.М. Лопатин (

НУЦ «Качество»

) рекомендует задавать масштаб из расчёта 7t, где t — толщина образца.
2.6.10. Зафиксировать максимум эхо-сигнала прямым лучом. Если НО с зарубкой, то

нужно убедиться

, что это сигнал

именно от двугранного угла

, а не

переотражение

(

незеркальное отражение

— при настройке по зарубке с углами ввода, близкими к третьему критическому) или не эхо-сигнал от вершины зарубки. Рекомендуется при помощи линейки проверять расстояние между ПЭП и зарубкой. Для прямого луча расстояние от точки выхода ПЭП до передней грани зарубки (двугранного угла) будет равняться: t*tgβ, где t — толщина НО, β — угол ввода (см. п. 2.4). Для однократно отражённого луча: 2t*tgβ. Если хотите измерять от передней грани ПЭП, то в обеих формулах нужно будет ещё вычитать значение стрелы (см. 2.3). И для удобства ещё можно прибавлять расстояние от боковой грани НО до передней (ближней к ПЭП) грани зарубки (чтобы было удобнее откладывать линейкой нужное расстояние, особенно для прямого луча). Также вместо зарубки можно использовать двугранный угол (ребро) самого НО или

меры

.
2.6.11. Изменяя значение задержки в призме (протектора) в меньшую или большую сторону, добиться показания глубиномера (Ya в УСД-60, Z в А1212), равного толщине образца. Вот

здесь

, на 11:14, наглядно показано, как это происходит. И ещё можно почитать

вот здесь

.
2.6.12. Зафиксировать максимум однократно отражённого эхо-сигнала от дальней зарубки (либо от той же, но тогда придётся переворачивать образец). Убедиться, что глубиномер не врёт (должен показывать значение 2t, где t — толщина образца). Измерять координаты лучше при одном и том же уровне усиления (амплитуде сигнала). Так как она может «скакать», то небольшие отклонения допустимы. Вообще, некоторые источники требуют погрешность измерения амплитуды не более ±0,2 дБ (с. 137 в 3-м изд. учебника В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений»). Забегая вперёд — сходимость результатов оценки дефектов по амплитуде обеспечивается при разнице н

е более 3 дБ

. Для надёжности, можно проверять правильно настроек

несколько раз

. Формулы для более точного расчёта погрешности измерения координат на с. 78 в справочнике «Расчёты в ультразвуковой дефектоскопии» (2004).

Есть и

другой подход

: когда задержку в призме (протектор) всё же определяют по мерам СО-3, СО-3Р, V2, а для корректных показаний глубиномера (X, Y)

регулируют

значение скорости распространения поперечной УЗ-волны (см. п. 2.1) и даже

угла ввода

(

вот здесь

здесь

аргументы в пользу такого подхода). Подробнее: с. 213-214 во 2-м изд. тома №3 справочника «Неразрушающий контроль».

Если есть время и желание или нет другого выбора, то определить задержку в призме можно ещё

несколькими

каноничными способами:
2.6.13. Совместить два

одинаковых

наклонных ПЭП, подключённых к дефектоскопу, рабочими поверхностями. В том месте на шкале абсцисс в мкс, где будет зафиксирована максимальная амплитуда сигнала, прошедшего из одного ПЭП в другой, и укажет на задержку.
2.6.14. То же самое, но с подключением к дефектоскопу только одного сигнала. Тогда значение задержки на шкале в мкс будет ровно посередине между зондирующим импульсом и первым максимумом.
2.6.15. Установить ПЭП на ребро двугранного угла образца. Значению задержки будет соответствовать максимум эхо-сигнала от ребра. Наверное, самый неудобный способ, но об этом пишут в книжках. Надо полагать, для случаев, когда нет под рукой СО-3, ни двух идентичных ПЭП.

Так или иначе, способ настройки глубиномера

должен определяться

требованиями НТД на контроль!

Но это всё — про ручную настройку. Если используется автоматическая калибровка задержки в призме (протектора), то тут уже зависит от конкретного прибора. В дефектоскопах УСД, например,

предусмотрена

возможность такой калибровки по СО-3, V2 или по образцу (в последнем случае придётся точно задать его толщину). Выбираете нужный вариант — прибор переходит в режим калибровки. Там будут а- и б-зоны (первый и второй стробы), соответственно, для первого и второго отражённого луча. Чтобы их амплитуда была достаточной для измерения, можно увеличить усиление. Когда сигнал стабилизировался и прибор посчитал значение протектора в мкс (μs), нажимаем Применить. Впрочем, автоматическую настройку рекомендуют

не всегда

Пункты 2.1-2.4 и 2.6 обязательны к выполнению в любом случае, так как они предусмотрены большинством инструкций. То есть, резюмируя, при подготовке к работе с совмещённым наклонным ПЭП поперечных волн последовательность действий до этапа амплитудной коррекции и настройки чувствительности будет следующая:
а) определение точки выхода по СО-3/СО-3Р/V1/V2
б) определение стрелы по СО-3/СО-3Р/V1/V2
в) определение угла ввода по СО-2/СО-3Р/V1/V2
г) определение мёртвой зоны по СО-2/СО-3Р
д) определение (или калибровка — см. п. 2.6) задержки в призме (протектора) по СО-3/СО-3Р/V1/V2/настроечному образцу

Приведённые ниже пункты 2.7-2.10 могут и не предусматриваться методикой контроля — поэтому это либо для более «экзотичных» задач контроля, либо просто для «спортивного интереса».

2.8. Определение лучевой и фронтальной разрешающей способности наклонного ПЭП
Лучевую разрешающую способность можно проверить по СО-1. Подробнее — с. 237 тома №3 справочника «Неразрушающий контроль». Но, как и в случае с МЗ, это всё условно, поскольку «на практике почти никогда не бывает небольших (по сравнению с шириной пучка ультразвука) лежащих строго в одной плоскости или по одному лучу дефектов, которые надо разрешать» (с. 65 в 3-м изд. учебника В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений»). А

вот здесь

— калькулятор для расчёта ширины пучка.

2.9. Определение отклонения акустической оси в дополнительной (азимутальной) плоскости
Требуется не везде (одно из немногих исключений —

ГОСТ Р 50.05.05-2018

, п. 7.1.10), хотя согласно приложению В в

ГОСТ Р 55725-2013

, угол скоса тоже рекомендуется к указанию в паспорте к ПЭП. Для определения понадобится специальный контрольный образец с вертикальным отверстием. Подробнее: параграф 5.3 учебника В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений» (

3-е изд.

, с.146), параграф 2.2.4.3 тома №3 справочника «Неразрушающий контроль» (2-е изд., с. 211-212).

2.10. Определение отношения сигнал-шум наклонного ПЭП
Реверберационно-шумовая

характеристика

(резерв усиления) проверяется производителем по зарубкам или плоскодонным отверстиям и указывается в паспорте (вот

здесь

можно посмотреть старенькие паспорта к S5182 и S5096). Подробнее: с. 151 учебника В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений», с. 177 учебника Е.Ф. Кретова «Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении» (4-е изд.), п. 4.12 в

ГОСТ Р 55808-2013

2.11. Определение диаграммы направленности наклонного ПЭП
Диаграмму

направленности

излучения-приёма ПЭП в плоскости падения определяется

по СО-2

или любому другому образцу с БЦО или другим

ненаправленным

отражателем. Диаграмму направленности излучения-приёма ПЭП в дополнительной (азимутальной плоскости) — по контрольному образцу с закруглённым пазом (по форме похож на СО-3Р). Ширину основного лепестка диаграммы направленности также можно определить по СО-3Р и по СО-3 (в последнем случае — при использовании «ЭМА-приёмника»). Ширину углового захвата (угол расхождения пучка лучей) проверяется по СО-2. Подробнее: с. 147-150 учебника В.Г. Щербинского «Технология ультразвукового контроля сварных соединений», п. 4.8 в

ГОСТ Р 55808-2013

, вот этот

пост

. В 2015 году на форуме даже

выкладывали

компьютерную программу для построения диаграммы направленности.

2.12. Определение рабочей частоты наклонного ПЭП
Согласно п. 7.2 в ГОСТ Р 55724-2013, отклонение рабочей частоты от номинального значения не должно превышать 10% (для частот свыше 1,25 МГц) или 20% (для частот не более 1,25 МГц). Тем не менее, доподлинно это определить можно только при наличии специальной аппаратуры (частотомера, например). Проверка длины волны и частоты по образцам СО-4 (в указанном стандарте уже не упоминается, хотя в предшественнике, ГОСТ 14782-86 он фигурировал) по ряду причин в современном мире уже мало востребована. Подробнее: с. 170, 205-206 во 2-м изд. тома №3 справочника «Неразрушающий контроль», раздел 4 в

ГОСТ Р 55808-2013

. Про полосу пропускания: с. 131 и 171 в учебнике Е.Ф. Кретова «Ультразвуковая дефектоскопия в энергомашиностроении» (4-е изд.), с. 64-68 в томе №3 справочника «Неразрушающий контроль» (2-е изд.).

2.13. Особенность настройки с притёртыми наклонными ПЭП
С определением угла ввода, точки выхода и стрелы

возникнут

большие трудности. Могут потребоваться либо специальные образцы (с радиусом кривизны поверхности ввода в соответствии с диаметром, под который притёрт ПЭП, например, V2/25-Р), либо придётся делать «локальную иммерсионную

ванну

«, заполняя зазор между контактной поверхностью ПЭП и поверхностью ОК (про допуски —

здесь

) контактной средой, желательно густой (см. п. 5.7.5

СТО 00220256-005-2005

). Но вообще здесь всё

не так просто

Источник

Подборка по базе: Практическое занятие 3.docx, Практическое занятие 2.pdf, Практическое занятие 4.docx, Математика практическое занятие2 (копия).docx, Музейное занятие Косинова.pptx, 2.1 Определение понятия скважины.pdf, Вводное занятие 8-9 лет.pdf, Инженерка тема 1 занятие 1-WPS Office.docx, Практическое занятие 3.docx, Практическое занятие по комплексному экономическому анализу.docx

Лабораторное занятие №4

Определение точки выхода ультразвукового луча, угла ввода ПЭП.

Определение « мёртвой » зоны. Точность работы глубиномера
Для определения точки выхода луча наклонный ПЭП необходимо установить на поверхность стандартного образца СО-3Р СО-3) так, чтобы сигнал от цилиндрической поверхности имел максимальное значение (рис. 1). Положение метки на корпусе ПЭП не должно отличаться от положения нулевой отметки на стандартном образце более чем на 1 мм. В противном случае следует стереть старую метку и нанести новую, соответствующую истинному положению точки выхода луча. Если на ПЭП нанесено несколько меток, пометить, напротив которой из них находится нулевая отметка на стандартном образце.

Рис. 1. Положение ПЭП на СО-3Р при проверке точки выхода луча и настройке времени распространения УЗ в призме

Время распространения УЗ в призмеопределяется в этом же положении ПЭП на стандартном образе. Суть способа заключается в том, что из суммарного времени распространения УЗ в призме и стандартном образце вычитается последнее, которое определяется по известному радиусу цилиндрической поверхности СО-3Р и скорости УЗ в стали.

Для проверкиугла ввода и точности работы глубиномера необходимо установить ПЭП на поверхность стандартного образца СО-3Р (СО-2) так, чтобы сигнал от бокового цилиндрического отверстия  6 мм на глубине 44 мм имел максимальное значение (рис.2) и, изменяя усиление установить амплитуду сигнала в пределах экрана дефектоскопа. Считать значение угла ввода со шкалы СО-3Р (СО-2) напротив метки, соответствующей точке выхода луча на ПЭП. Отклонения угла ввода не должно превышать 2º (3º для ПЭП с углом ввода больше 65º). Уточненное значение угла ввода можно занести в соответствующую настройку дефектоскопов. Убедиться, что показания глубиномера прибора Н (Y) соответствует 422 мм.

Рис. 2. Положение ПЭП при проверке угла ввода и точности работы глубиномера

Определение опорного уровня (пороговой чувствительности) для настройки прибора на заданнуюусловную чувствительность производится в том же положении ПЭП на СО-3Р (СО-2). Для этого необходимо, совершая небольшие перемещения ПЭП, убедиться, что сигнал от бокового цилиндрического отверстия  6 мм на глубине 44 мм имеет максимальное значение и, изменяя усиление дефектоскопа установить эхо-сигнал на порог срабатывания АСД. Усиление дефектоскопа, при котором эхо-сигнал находится на пороге срабатывания АСД, является опорным уровнем (пороговой чувствительностью).

Условную чувствительность при эхо-методе контроля по стандартному образцуОСО-3Р или (СО-2) выражают разностью в децибелах между показанием усиления при данной настройке дефектоскопа и показанием, усиления при котором эхо-сигнал от цилиндрического отверстия диаметром 6 мм на глубине 44 мм фиксируется на пороге АСД. То есть для проведения контроля условную чувствительность добавляют к пороговой.

П роверка мертвой зоны и установка временной регулировки чувствительности (ВРЧ) производится в таком положении ПЭП на поверхности стандартного образца СО-3Р, при котором наблюдается эхо-сигнал от бокового цилиндрического отверстия  2 мм на глубине, соответствующей мертвой зоне настраиваемого преобразователя в соответствии с инструкцией на контроль (рис. 2.15, а). Значение ВРЧ необходимо установить таким, чтобы сигнал от отверстия не сливался с задним фронтом зондирующего импульса, и находился несколько выше порога срабатывания дефектоскопа (рис.3, б).