Pracując w przemysłowej branży ultradźwiękowej / badań nieniszczących (chociaż było to około 30 lat temu :)), spróbuję dodać do doskonałych rad, które już otrzymałeś.
Kaz robi bardzo dobrą Zwróć uwagę, że powinieneś użyć oscyloskopu. Jest to potencjalnie bardzo trudny projekt i musisz wykonać niezbędne R&D na ultradźwiękach, zanim wykonasz zbyt duży projekt obwodu.
Jest kilka problemów z przetwornikami 40 kHz, których możesz lub nie być w stanie przezwyciężyć. Po pierwsze, jak zauważył Andy aka, czas przejścia ultradźwięków przez beton nie różni się zbytnio od okresu fali 40 kHz. MOŻESZ być w stanie temu zaradzić, mierząc fazę odbieranego sygnału w stosunku do nadawanego sygnału. Po drugie, twoje przetworniki prawdopodobnie zostały zaprojektowane do użytku w powietrzu. Ze względu na dużą zmianę gęstości, gdy ultradźwięki wchodzą i wychodzą z betonu, większość sygnału zostanie utracona z powodu odbić. W odbiorniku może być za mało sygnału. Ponieważ jest to prawdopodobnie najprostsze rozwiązanie, warto przetestować je na oscyloskopie.
Teraz sprawy stają się bardziej złożone. Możesz potrzebować innego połączenia niż powietrze, aby zmniejszyć niedopasowanie gęstości. Środek łączący jest medium między przetwornikami a badanym materiałem. Jeśli możesz zanurzyć próbkę, woda jest prawdopodobnie najlepszym wyborem. Jeśli nie możesz zanurzyć próbki, możesz użyć smaru, wazeliny, oleju mineralnego lub jakiegoś rodzaju żelu (znałem inżyniera ultradźwiękowego, który przysięgał na żel do włosów Dippity-Do, ale nie sądzę, że jest to zrobione więcej). Twoje przetworniki 40 kHz mogą nie być zgodne ze złączami innymi niż powietrze. Łącznik płynów musi wymienić całe powietrze między powierzchnią przetwornika a badaną próbką.
Andy aka również zasugerował przetworniki o wyższej częstotliwości. Powinieneś być świadomy, że kiedy znajdziesz się w zakresie Mhz, na pewno będziesz potrzebować innego sprzęgu niż powietrze, ponieważ ultradźwięki na tych częstotliwościach bardzo szybko osłabiają się w powietrzu. Nie było mnie w tej firmie i nie znam już cen ani źródeł przetworników, ale Google w tym pomoże. Edycja: Z dodatkowych badań widzę, że częstotliwości odpowiednie do inspekcji betonu zwykle mieszczą się w zakresie od 24 kHz do 200 kHz (patrz „Dodatkowe badania” poniżej).
Te przetworniki o wyższej częstotliwości są zwykle pulsujące z bardzo szybkim impuls wysokiego napięcia, zazwyczaj może 300 V lub więcej w < 10ns (im szybciej, tym lepiej). Uzyskuje się to zwykle za pomocą szybkiego tyrystora tyrystora lub, w zależności od napięcia, obwodów z wieloma tyrystorami połączonymi szeregowo. To trochę jak uderzanie w dzwonek młotkiem.
Jeśli chodzi o pomiar prędkości: Jeśli twoje przetworniki nie stykają się z próbką, będziesz musiał odjąć czas podróży przez łącznik (woda lub powietrze lub cokolwiek). Prędkość dźwięku w sprzęgle może się zmieniać z powodu różnych czynników (takich jak temperatura i zanieczyszczenia), więc dla najlepszej dokładności można go zmierzyć bez betonu na miejscu, znając separację między przetwornikami. Następnie musisz odjąć grubość betonu od separacji przetwornika, aby określić odległość przebytą przez sprzęgacz, a następnie znając odległość przez sprzęg i prędkość dźwięku przez sprzęgacz, możesz obliczyć czas spędzony na podróży przez sprzęg.
Jeśli chodzi o zegar próbki i rozdzielczość pomiaru prędkości: techniką używaną w przemyśle ultradźwiękowym do „skutecznego” zwiększania rozdzielczości jest użycie oddzielnych zegarów asynchronicznych. Jeden zegar do wyznaczania wyzwalacza dla impulsu transmisji i inny zegar do pomiaru czasu. Następnie bierzesz średnią z wielu pomiarów. Oczywiście, jeśli potrzebujesz tylko rozdzielczości 1 μs w swoim zegarze, nie będzie to konieczne.
Właśnie znalazłem na youtube ultradźwiękowy test prędkości impulsu betonu. Nie ma zbyt wielu technicznych informacji na temat samych ultradźwięków, ale mogą one dostarczyć przydatnych informacji. Znajdują się tam również linki do innych powiązanych filmów. Widzę, że używają bezpośredniego kontaktu między przetwornikami a betonem, zalecając smar lub wazelinę jako środek łączący.
Centrum zasobów NDT również zawiera wiele przydatnych informacji na temat badań ultradźwiękowych.
Edytuj ... Dodatkowe badania :
Według ultradźwiękowych przetworników krótkich impulsów o niskiej częstotliwości z kontaktem z punktem suchym. Rozwój i zastosowanie.:
Badania ultradźwiękowe betonu i żelbetonu są możliwe na częstotliwościach nie większych niż 150-200 kHz.
W tym artykule omówiono przetwornik „Dry Point Contact” (DPC), który najwyraźniej nie wykorzystuje sprzęgacza.
Nie wiem, czy znajdziesz tu coś przydatnego, ale dobrze jest znać alternatywne podejścia.
ULEPSZENIE APARATURY ULTRADŹWIĘKOWEJ DO RUTYNOWEJ KONTROLI BETONU to bardzo pouczająca praca na ten temat. Szczególnie interesujące są:
- 2.3 Techniki badania betonu i nieniszczące (omawia różne techniki ultradźwiękowe i inne techniki alternatywne)
- 2.4 Sprzęt testowy PUNDIT (omawia wytwarzanie bloków projekt używanego sprzętu ultradźwiękowego, a także używanych przetworników)
W artykule omówiono również częstotliwości używane do badań betonu:
Różne rozmiary elementu piezoelektrycznego i obudowy zapewniają zakres częstotliwości środkowych przetwornika od 24 kHz do 200 kHz, odpowiednich do testowania betonu.
Uwaga końcowa: Ponieważ użycie drogich przetworników i impulsatorów wysokiego napięcia może być poza twoim budżetem zarówno pod względem czasu, jak i pieniędzy na projekt studencki.Jeśli nie masz nic przeciwko ryzyku kilku przetworników na jakimś R&D, sugerowałbym, abyś spróbował zmodyfikować niektóre niedrogie przetworniki powietrza 40 kHz, aby umożliwić użycie sprzęgu. Użyj transmisji przelotowej z bezpośrednim kontaktem na betonie (o znanej grubości) i sprawdź, czy możesz odebrać sygnał. W sieci znajduje się wiele pomocy dotyczących obwodów dla tych przetworników. Możesz zacząć od artykułu Jak podłączyć przetwornik ultradźwiękowy