Разрешающая способность эхоме­тода - это минимальное расстояние меж­ду двумя одинаковыми дефектами, при котором эти дефекты фиксируются раз­дельно.

Различают лучевую и фронтальную разрешающие способности [132, 247]. Первую определяют минимальным рас­стоянием А г между двумя раздельно вы­явленными дефектами, расположенными в направлении хода лучей вдоль акустиче­ской оси преобразователя (рис. 2.66), вто­
рую - минимальным расстоянием АI меж­ду двумя одинаковыми по величине то­чечными раздельно выявляемыми дефек­тами, расположенными параллельно фрон­ту УЗ-волны.

Достижение максимальной лучевой разрешающей способности ограничивает­ся теми же факторами, что и минимальной мертвой зоны. Сигнал от дефекта, нахо­дящегося ближе к преобразователю, дей­ствует подобно зондирующему импульсу и мешает выявлению дефекта, импульс от которого приходит позднее. Влияние пе­реходных процессов в преобразователе в этом случае гораздо меньше, поскольку амплитуда сигнала, вызывающего эти процессы, в сотни раз меньше зондирую­щего импульса. В результате лучевая раз­решающая способность зависит в основ­ном от длительности импульса и составля­ет

Дг = 0,5ст = 1,5А., (2.25)

если импульс состоит из трех периодов колебаний.

Когда два отражателя, расположен­ные на акустической оси преобразователя, сближаются и расстояние между ними становится меньше пространственной длительности импульса, происходит ин­терференция эхосигналов, т. е. суммарный сигнал осциллирует. Считают, что два одинаковых импульса воспринимаются как раздельные, если уровень сигнала ме­жду ними уменьшается, по крайней мере, в 2 раза по сравнению с максимальной амплитудой меньшего из них. Приведен­ное условие удовлетворяет этому требова­нию.

Конечная величина лучевой разре­шающей способности иногда мешает вы­явлению дефектов вблизи противополож­ной поверхности изделия, от которой воз­никает интенсивный донный сигнал. Ус­
ловия разрешения таких дефектов затруд­нены по сравнению со случаем двух оди­наковых сигналов, поэтому вблизи донной поверхности имеется неконтролируемая зона, меньшая, чем мертвая зона, но не­сколько большая, чем лучевая разрешаю­щая способность.

Для оценки фронтальной разрешаю­щей способности прямого преобразовате­ля рассчитывают амплитуду эхосигнала от двух одинаковых точечных отражателей, залегающих на глубине г и расположен­ных на расстоянии А/ друг от друга. На рис. 2.67 показано изменение амплитуд при перемещении прямого преобразовате­ля для конкретного случая контроля. Об­ращает на себя внимание появление до­полнительного максимума, соответст­вующего положению преобразователя
посередине между отражателями. В этом случае эхосигналы от обоих отражателей приходят к преобразователю в одно время и взаимно усиливаются. При большом удалении дефектов от преобразователей (г» N) дополнительных максимумов может быть несколько. Основные макси­мумы могут достигаться не тогда, когда преобразователь расположен точно над отражателем, а когда отражатель находит­ся несколько в стороне от оси преобразо­вателя.

Рационально принять условие, что разрешение наступает тогда, когда при положении преобразователя посередине между отражателями суммарный сигнал от них на 6 дБ меньше максимального сигнала от одного отражателя. По графику функции Ф2 для круглого преобразователя (см. рис. 1.49) найдем неравенство, огра­ничивающее раздельное выявление дефек­тов в дальней зоне:

А/ > 0,7гХ/(2а)» rX/D. (2.26)

В ближней зоне разрешению дефек­тов мешают максимумы и минимумы поля преобразователя. Для надежного разреше­ния расстояние между дефектами должно быть больше половины диаметра преобра­зователя:

АI > 0,5D. (2.27)

При контроле наклонным преобразо­вателем фронтальную разрешающую спо­собность определяют с помощью того же условия (2.26). Два дефекта располагаются не на одной глубине, а вдоль фронта вол­ны, т. е. перпендикулярно к акустической оси преобразователя. Однако когда линия, соединяющая дефекты, расположена под углом 8 к оси преобразователя (см. рис. 2.66, б), они могут разрешиться под действием лучевой разрешающей спо­собности.

Можно использовать общее правило: разрешение не достигается, если сущест­вует такое пространственное положение зоны озвучивания, при котором в нее по­падают сразу оба отражателя. Зона озву­чивания - область пространства, ограни­ченная половиной пространственной дли­тельности импульса и шириной поля из­лучения-приема преобразователя (см. рис. 2.48). На границе зоны озвучивания амплитуда эхосигнала от каждого из одинаковых дефектов должна быть в 4 ра­за меньше, чем максимальная амплитуда в ее пределах, тогда амплитуда сигнала сразу от двух дефектов будет в 2 раза меньше максимальной амплитуды от одного дефекта.

При использовании когерентных ме­тодов контроля, в частности акустической голографии (см. разд. 2.2.5.6 и 3.2.7.6), во всей дальней зоне преобразователя дости­гается фокусировка с максимально воз­можным апертурным углом. Эффект дей­ствует как для прямых, так и для наклон­ных преобразователей. При использова­нии многочастотной акустической голо­графии сохраняется малая длительность импульсов. Таким образом, акустическая голография позволяет добиться наиболее высокой разрешающей способности для УЗ-контроля практически для всей тол­щины ОК.

Лучевую разрешающую способность поверяют по СО-1 из оргстекла. В нем имеются отражатели в виде ступенчатого паза и фигурного отверстия с тремя раз­ными диаметрами. Ступенчатый паз ис­пользуют при контроле прямым, а фигур­ное отверстие - наклонным преобразова­телем. Определяют минимальное расстоя­ние Аг0 между отражателями, при котором они фиксируются раздельно (из двух зна­чений ступенек 2,5 и 5 мм, имеющихся в образце). Разрешающую способность А г в стали определяют по формуле

Аг = сДг0 /с0 ,

где с и с0 - скорости звука в изделии и образце.

При использовании стандартного об­разца V-1 лучевую разрешающую способ­ность поверяют только для прямого пре­образователя по отражателям в виде сту­пенчатого паза. Преобразователь поме-

щают в положение Н (см. рис. 2.51). Сту­пенчатый паз позволяет оценить разре­шающую способность в 6 и 15 мм. Со­гласно формуле (2.27), разрешающая спо­собность в 6 мм соответствует довольно низкой частоте в 1,5 МГц.

Фронтальную разрешающую способ­ность оценивают, проверяя направлен­ность поля преобразователя: чем она ост­рее, тем выше фронтальная разрешающая способность. Диаграмму направленности по излучению-приему Ф2((р) определяют как зависимость изменения амплитуды эхосигнала от ненаправленного отражате­ля (т. е. одинаково отражающего при лю­бом направлении падающей волны) в функции угла между лучом, направлен­ным на отражатель, и акустической осью преобразователя. При этом нужно обеспе­чить постоянное расстояние до отражателя.

Для прямого преобразователя с дис­кообразным пьезоэлементом диаграмма направленности одинакова во всех плос­костях. Для наклонного преобразователя диаграммы направленности разные для плоскости падения (основной) и плоско­сти, перпендикулярной к плоскости паде­ния, проходящей через преломленную ось симметрии пьезоэлемента (дополнитель­ной).

В основной плоскости диаграмма на­правленности расширяется при увеличе­нии угла призмы, а в дополнительной не зависит от него (см. разд. 1.3.2). Числовые характеристики диаграммы направленно­сти - это угол ввода и углы раскрытия диаграммы на каком-то определенном уровне. Чаще всего для диаграммы, изме­ренной по отражению от искусственного дефекта, угол раскрытия измеряют на уровнях 6 или 20 дБ от максимума.

Диаграммы направленности снимают экспериментально, измеряя изменение амплитуды эхосигнала от ненаправленно­го отражателя при перемещении преобра­зователя по поверхности образца. На рис. 2.68 показан пример измерения диа­граммы направленности в основной плос­кости наклонного преобразователя. Отра­жателем служит цилиндрическое отвер­стие, например в СО-2. Этот образец удо­бен тем, что по его шкалам можно непо­средственно считывать углы а. Расстоя­ние г должно быть в 1,5 ... 2 раза больше N (см. разд. 2.2.4.3). Этому требованию СО-2 часто не удовлетворяет, поэтому приходится пользоваться образцом боль­шего размера. Поскольку при этом ис­пользуют образец без шкал углов, то рас­чет ведут по формуле

а = arctg (ХІТ).

Находят положение преобразователя, соответствующее максимуму эхосигнала, и определяют угол ввода а. Далее пере­мещают преобразователь по образцу и измеряют относительное изменение ам­плитуды эхосигналов при других значени­ях X = X и других углах а'.

При таком способе измерения изме­нение амплитуды эхосигнала вызывается не только диаграммой направленности, но и изменением расстояния от преобразова­теля до отражателя, происходящим при перемещении преобразователя. Чтобы исключить этот фактор, амплитуду (в от­носительных единицах) умножают на

(cos а'/с os а)3'2. Строят диаграмму

[Ф(а’)/Ф(а)]2 как относительное измене­ние скорректированной амплитуды в функции от угла а'.

Обычно проверку диаграмм направ­ленности ограничивают измерением уг­лов, при которых амплитуда эхосигнала уменьшается на 6 дБ от максимума. Изме­нение амплитуды, вызываемое изменени­ем расстояния от преобразователя до от­ражателя, не учитывают. Однако это не мешает сравнивать диаграммы направлен­ности однотипных преобразователей. Если для какого-либо преобразователя диа­грамма направленности существенно ши­ре, чем у других, то это означает, что у него не работает часть пьезопластины, например, может быть, она частично от­клеилась от призмы.

В [422, с. 3064] предложена ориги­нальная методика снятия диаграмм на­правленности в основной плоскости. Диа­грамму излучения-приема снимали по бо­ковым цилиндрическим отверстиям диа­метром 1,5 ... 3 мм, просверленным на разной глубине от поверхности ввода. Для измерения амплитуды каждого луча под­бирали отверстие на разной глубине так, чтобы расстояние преобразователь - от­ражатель сохранялось неизменным. Точку ввода определяли по полуцилиндрическо - му образцу. Результаты оказались не зави­сящими от диаметра отверстия (при усло­вии одинаковости диаметров в процессе измерения каждой диаграммы) и подтвер­дили правильность расчета угла ввода.

Диаграмму направленности в допол­нительной плоскости снимают с помощью образцов, показанных на рис. 2.50, г или д, смещая преобразователь из положения, соответствующего максимуму эхосигнала. Образец на рис. 2.50, г применяют для преобразователей с углами ввода < 57° в стали. Этот образец (при любых углах ввода) пригоден также для проверки того, что осевая плоскость акустического поля наклонного преобразователя в дополни­тельной плоскости параллельна боковым поверхностям призмы, как рекомендовано в разд. 2.2.4.3. Однако он непригоден для снятия диаграммы направленности в до­полнительной плоскости, если преоб­разователь имеет угол ввода 57 ... 65°.

При этих углах наблюдается мини­мум эхосигнала от угла между вертикаль­ным отверстием и донной поверхностью образца, что снижает точность измерений. В этом случае диаграмму направленности в дополнительной плоскости снимают с помощью образца с тороидальным пазом, показанного на рис. 2.50, д.

EN 12668-2 рекомендует методы экс­периментального измерения диаграмм направленности преобразователя. Наибо­лее точный из них состоит в измерении амплитуды прошедшего сигнала с помо­щью ЭМА-приемника на цилиндрической поверхности образца, подобного СО-3. Исследуемый преобразователь при этом помещают на плоской поверхности образ­ца в точке, где амплитуда эхосигнала от цилиндрической поверхности максималь­на. Предлагаются также способы оценки диаграмм направленности по боковым цилиндрическим отверстиям, как на рис. 2.68, или отверстиям со сферическим дном. Корректировка результатов измере­ний на изменение расстояния от преобра­зователя до отражателя, происходящее при перемещении преобразователя, не предусматривается.

Основным средством повышения лу­чевой разрешающей способности служит уменьшение длительности импульса. С этой целью применяют способы, рассмот­ренные ранее. При контроле изделий большой толщины иногда бывает трудно раздельно различить на экране два близ­корасположенных импульса. Это ограни­чение устраняют введением задержанной развертки (лупы времени).

Для улучшения фронтальной разре­шающей способности в дальней зоне сле­дует улучшить направленность преобразо­вателя путем увеличения его диаметра и частоты. Как отмечено в разд. 1.3, повы­шения направленности можно добиться также, применяя кольцеобразные преобра­зователи. В ближней зоне целесообразно

применение фокусирующих преобразова­телей, при этом наименьшее достигаемое значение фронтальной разрешающей спо­собности имеет порядок 2Х (при апертур­ном угле 30°).

По мнению Н. Г. Шмелева [343], наи­более эффективным средством повышения раздельной выявляемое™ близкорасполо­женных дефектов является применение метода азимутального сканирования, за­ключающегося во вращении преобразова­теля вокруг эпицентра дефектного места. При этом плавно и непрерывно изменяет­ся ракурс озвучивания дефектного места, и при озвучивании двух отражателей из­меняется величина А/. Методика позволя­ет устанавливать, находится в данном месте один, два или больше дефектов, и с высокой точностью определять расстоя­ние между двумя дефектами и их место­расположение. Методика применима так­же для оценки эквивалентных размеров двух близкорасположенных отражателей.