Способ ультразвукового контроля испытуемого объекта

СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ ИСПЫТУЕМОГО ОБЪЕКТА Предложен способ ультразвукового контроля испытуемого объекта, включающий присоединение проксимального конца удлиненной полосы к испытуемому объекту и возбуждение, по существу, не подверженных дисперсии ультразвуковых сигналов в указанной удлиненной полосе для передачи вдоль указанной удлиненной полосы и вхождения в указанный испытуемый объект.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ИМПЕРИАЛ ИННОВЕЙШНЗ ЛИМИТЕД (GB) Область изобретения Настоящее изобретение относится к способу ультразвукового неразрушающего контроля испытуемого объекта. Описание уровня техники Использование ультразвуковых сигналов в неразрушающем контроле материалов известно. Измерения толщины могут быть выполнены путм посылки ультразвуковых сигналов в испытуемый материал и измерением времени их пролта через материал. Непрерывный контроль наличия дефектов может быть произведн путм посылки ультразвуковых сигналов в испытуемый материал и наблюдением их отражений от структуры дефекта. Обычно ультразвуковой преобразователь размещают в непосредственном контакте с испытуемым объектом. Затем излучнные ультразвуковые сигналы принимают передающим преобразователем, также работающим как примный преобразователь, или же может быть использован второй примный преобразователь. Такие методы довольно просты в неагрессивной среде, но значительные технические препятствия должны быть преодолены для того, чтобы такие преобразователи работали в агрессивной среде (например, при высокой температуре). Усовершенствование ультразвуковых преобразователей и их вспомогательных элементов, способных выдерживать высокие температуры в течение продолжительных периодов времени, является весьма сложным. Высокие температуры неблагоприятно воздействуют на большинство материалов преобразователей, и, более того, буферные усилители упругих колебаний должны преобразовать сигналы для передачи по коаксиальным кабелям, которые сами должны противостоять окружающим воздействиям. Также должны быть обеспечены подходящие соединители и источники питания. Привлекательной альтернативой является использование акустического волновода, выполненного из материала, способного противостоять агрессивной среде, для передачи ультразвукового сигнала в испытуемый объект от преобразователя, и вспомогательных элементов, расположенных в области, находящейся за пределами агрессивной среды. Конец волновода в этом случае прикреплн непосредственно к представляющей интерес области испытуемого образца. Использование промежуточного волновода, однако, не является тривиальной задачей. При ультразвуковом контроле обычно используют высокую частоту (1 МГц) в форме импульсов, которые не просто передавать вдоль протяжнного волновода с высокой точностью из-за дисперсии, наличия нескольких мод и затухания. Кроме этого, как преобразователи,так и испытуемый образец должны быть прикреплены к волноводу таким образом, чтобы обеспечить высокий коэффициент полезного действия для избежания недопустимо высоких потерь энергии. Основной проблемой, которая должна быть решена, является дисперсия и наличие нескольких мод. На фиг. 1 изображены графики дисперсии для волновода, выполненного в виде цилиндрического стержня. Некоторое рассеивание энергии передаваемого сигнала неустранимо, так, например, сигнал, генерируемый на частоте 2 МГц, обычно будет обладать энергией между 1 и 3 МГц. Следовательно, поскольку точная идентификация и определение времени прихода ультразвуковых сигналов, пришедших из испытуемого образца, являются первостепенными для описанных выше методов неразрушающего контроля,то очень желательно передавать сигнал, который в значительной степени не обладает дисперсией, то есть его скорость почти не зависит от частоты, и в котором преобладает единственная мода. Дисперсия в волноводе и возможные моды в значительной степени зависят от произведения частоты сигнала и наименьшего измерения волновода. Кроме того, для достижения хорошей точности в ультразвуковых измерениях толщины, обычно необходимо работать на частотах выше 1 МГц. Однако при повышенных значениях произведения частота-измерение могут распространяться моды более высокого порядка и поэтому необходимо ограничить наименьшее измерение волновода. Соответственно, в уровне техники известно использование волноводов в виде тонкого стержня. Такие устройства не лишены своих собственных трудностей, например через тонкий стержень трудно передать значительную энергию для создания сильного сигнала. Также когда тонкий волновод присоединен к более крупной конструкции,существует сильное поверхностное отражение и в испытуемую структуру входит относительно небольшая энергия. В дополнение к сказанному волновод в виде тонкого стержня, присоединнный к испытуемой конструкции, эффективно действует как точечный источник, от которого энергия распространяется в виде сферической волны, что означает, что к примному волноводу возвращается малая доля энергии даже от сильного отражателя, такого как поверхность основания конструкции. В патенте США 5962790 (например, см. [1, 2 и 3], а также [4]) раскрыта система, в которой для минимизации дисперсии использована тонкая проволока, а для преодоления некоторых проблем единственной тонкой проволоки использован пучок тонких проволок. Каждая проволока работает с соответствующем низким значением произведения частота-диаметр, тогда как через большое количество параллельных проволок в пучке может быть передана значительно большая энергия, чем через одну проволоку. Однако пучки проволоки сравнительно дороги в производстве, а с увеличением диаметра пучков они становятся заметно менее гибкими, ограничивая геометрии, в которых они могут быть использованы. Кроме этого, перекрстная связь между отдельными проволоками может затруднить анализ сигнала, и существуют практические затруднения, связанные или с прикреплением каждой отдельной проволоки к испытуемой конструкции или с созданием концевой заделки пучка, которая не вносит дисперсионных проблем при соединении с пластиной. Что касается возбуждаемой моды колебаний, то в отдельной про-1 018762 волоке могут быть возбуждены или продольные моды или крутильные моды, то есть моды крутильных колебаний. Крутильная мода обычно возбуждается преобразователем, соединнным с боковой поверхностью проволоки, или с помощью окружающей электромагнитной катушки. Такие методы не находят применения для пучков проволок, в которых реально могут быть использованы только продольные моды. В патенте США 6400648 [5] раскрыт волновод из фольги, сврнутой в спираль, как альтернатива пучку стержней. Толщина фольги выбрана такой, чтобы быть намного меньше, чем наименьшая длина волны распространяющегося сигнала, удовлетворяя наименьшему значению произведения частотаразмер для передачи без дисперсии. Фольга свернута в спираль вокруг оси, параллельной направлению распространения сигнала, так, что будучи разврнута, становится очень длинной в направлении, перпендикулярном распространения сигнала. Однако при увеличении диаметра спирали волновод становится жстким и снижающим амплитуду колебаний вследствие того, что может возникнуть механическое взаимодействие между слоями. Так же как и пучок проволок сврнутая в спираль фольга лучше подходит для продольных волн, чем для крутильных волн. В патенте США 5828274 [6] раскрыт полосочный ультразвуковой волновод с наружным слоем из поглощающего покрытия. Покрытие путем ослабления и ограничения поверхности отражений устраняет влияние границ волновода. Это приводит к устранению почти всех запаздывающих эхо-сигналов, однако эффекты дисперсии устраняются не полностью, и сигнал оказывается несколько задержанным, немного искажнным и значительно ослабленным. Последний недостаток ограничивает длину такого волновода и делает его довольно негибким. Это является улучшением по сравнению с предыдущими предложениями,использующими в качестве волноводов металлические бруски неодинаковой формы с резьбой [7 и 8]. В патенте США 6047602 раскрыт способ измерения потока текучей среды с помощью ультразвукового волновода, представляющего собой прямоугольный брусок с поперечным сечением с наклонно срезанной оконечной частью. Поверхность скошенной части отражает энергию, проходящую вдоль бруска, в узкий направленный луч для входа в испытуемую текучую среду. Волновод разработан для максимизации энергии, передаваемой поперк трубопровода. Этот способ имеет существенные недостатки в области измерения толщины или непрерывного контроля наличия дефектов, поскольку не волновод обладает гибкостью и распространение волны не оптимизировано для чистой неискажнной формы сигнала, которая имеет наибольшее значение для временных измерений в неразрушающем контроле образцов. Техническая проблема состоит в обеспечении способа ультразвукового контроля, который можно осуществлять в агрессивной среде и в котором решены указанные выше проблемы. Сущность изобретения В соответствии с представленным изобретением, предложен способ ультразвукового контроля испытуемого объекта, включающий присоединение проксимального конца удлиненной полосы к испытуемому объекту и возбуждение по существу не подверженных дисперсии ультразвуковых сигналов в указанной удлиненной полосе для передачи вдоль указанной удлиненной полосы и вхождения в указанный испытуемый объект. Настоящее изобретение исходит из того, что существует потребность в ультразвуковых сигналах для целей неразрушающего контроля, которые должны быть излучены так, чтобы, по существу, не испытывать дисперсии, так, чтобы могли быть произведены точные синхронные измерения. Соответственно,при передаче ультразвуковых сигналов по удлиненной полосе и при возбуждении сигналов, которые, по существу, не подвержены дисперсии, ультразвуковой неразрушающий контроль испытуемого объекта может быть выполнен в окружающей среде, агрессивной для традиционных ультразвуковых преобразователей и в конфигурациях, которые требуют от передающих составных частей гибко обойти мешающие предметы. Указанная удлиненная полоса может быть выполнена из материала, имеющего скорость Cs сдвиговых колебаний и длину в волны сдвига, где в = Cs/F, a F - частота, соответствующая в, при этом указанные, по существу, не подверженные дисперсии ультразвуковые сигналы сформированы из составляющих с разными частотами, имеющих длины волн сдвига, лежащие в пределах от short до long. Некоторые моды ультразвуковых сдвиговых волн обладают тем преимуществом, что не обнаруживают дисперсии и имеют наиболее короткие длины волн. Более короткие волны обеспечивают более высокое пространственное разрешение для целей контроля. Тогда как размеры удлиненной полосы могут значительно изменяться, в предпочтительных вариантах выполнения толщина удлиненной полосы должна быть меньше чем 2,5short. В особенно предпочтительных вариантах выполнения толщина удлиненной полосы меньше чем short. Такие ограничения размеров помогают избежать возбуждения нежелательных мод высшего порядка. В предпочтительных вариантах выполнения указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с шириной больше чем 3,5 long. В ещ более предпочтительных вариантах выполнения указанная ширина больше чем 5 long. Также в предпочтительном варианте выполнения указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с толщиной меньше чем long. Такие ограничения размеров помогают достичь того, что распространение ультразвуковых волн, по-2 018762 существу, не обнаруживает дисперсии, имеет малую амплитуду на краях волновода и форма колебания сохраняется приблизительно неизменной. Тогда как различающиеся ультразвуковые моды могут быть использованы в предпочтительных вариантах выполнения, указанные, по существу, не подверженные дисперсии ультразвуковые сигналы содержат моду колебаний сдвига низшего порядка с поляризацией, перпендикулярной направлению распространения и параллельной ширине указанной удлиненной полосы. Такие сигналы могут быть переданы по волноводу с низкими искажениями и высоким коэффициентом полезного действия, как это было описано выше. Таким же образом указанная удлиненная полоса может быть выполнена из материала, имеющего скорость Cbar волн давления и длину bar волны давления, где bar = Cbar/F, a F - частота, соответствующаяbar, при этом указанные, по существу, не подверженные дисперсии ультразвуковые сигналы сформированы из составляющих с различными частотами, имеющих длины волн давления, лежащие в интервале от short до long. В некоторых ситуациях более подходящими могут быть волны сжатия. В предпочтительных вариантах выполнения толщина удлиненной полосы должна быть меньше чем 2,5 short. В особенно предпочтительных вариантах выполнения толщина удлиненной полосы меньше чем short. В предпочтительных вариантах выполнения указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с шириной больше чем 3,5 long. В ещ более предпочтительных вариантах выполнения указанная ширина больше чем 5 long. Также в предпочтительном варианте выполнения указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с толщиной меньше чем long. В других вариантах выполнения указанные, по существу, не испытывающие дисперсии ультразвуковые сигналы могут содержать моду колебаний сжатия низшего порядка с поляризацией, параллельной направлению распространения. Такие волны выгодно использовать в таких применениях, когда имеется затухание сдвиговых волн высокого порядка в испытуемом объекте,или когда использование волн сжатия в испытуемом объекте дат определенные преимущества. В связи с тем, что возможно одновременное возбуждение многих мод подходящего типа, в предпочтительных вариантах выполнения, по существу, только одну моду направленной волны возбуждают и распространяют в указанном удлиненном волноводе. Ограничение единственной модой выгодно в тех применениях, которые требуют точной информации о последовательности событий во времени, так как отдельно принятые сигналы легче могут быть идентифицированы как приходящие от отдельных особенностей испытуемого объекта, чем те, которые являются результатом различных мод. Представленные примы используются, в частности, когда указанный ультразвуковой неразрушающий контроль представляет собой измерения толщины или текущий контроль наличия дефектов. Представленные технические примы в особенности хорошо подходят к ситуациям, в которых указанными испытуемыми объектами являются:(i) объекты при температуре выше чем 200C и(ii) предметы с уровнем ионизирующего излучения выше уровней естественного фона. Теперь будут описаны варианты выполнения изобретения исключительно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает графики дисперсии фазовой скорости для различных ультразвуковых мод в стальном стержне; фиг. 2 изображает графики дисперсии фазовой скорости для различных ультразвуковых мод в стальной пластине; фиг. 3 упрощнно изображает измерение толщины с использованием волноводного измерительного преобразователя; фиг. 4 упрощнно изображает времяпролетную дифракцию с использованием волноводного измерительного преобразователя; фиг. 5 упрощнно изображает некоторый пример размеров удлиненной полосы, составляющей часть измерительного преобразователя в соответствии с представленными техническими примами; фиг. 6 изображает пример развртки во времени отражений, полученных при использовании полосы с сечением 1 на 15 мм длиной 300 мм, от пластины (50 на 50 мм) толщиной 6 мм при использовании сигнала с центральной частотой 2 МГц; фиг. 7 изображает графики дисперсии фазовой скорости для ультразвуковых мод в удлиненной стальной полосе размером 1 на 30 мм, с выделенной сдвиговой горизонтальной модой низшего порядкаSH; фиг. 8 упрощнно изображает поперечное сечение полосы (1 на 15 мм) и форму SH(X,Y,Z) моды смещения на частоте 2 МГц; фиг. 9 упрощнно изображает изменение формы SH Y-моды смещения с изменением частоты; фиг. 10 упрощнно изображает фазовую скорость для SH моды сдвиговых колебаний низшего порядка, дисперсионная кривая которой выделена на фиг. 7, при распространении этой моды в полосах с поперечным сечением, соответственно, 1 на 30 мм и 1 на 15 мм; фиг. 11 упрощнно изображает форму SH(X,Y,Z) моды смещения (поперечное сечение 1 на 15 мм)-3 018762 около частоты отсечки 0,14 МГц и на частоте 0,5 МГц вблизи перегиба асимптоты; фиг. 12 изображает сигнал из волновода, приваренного к стальной пластине (толщиной 6 мм); и фиг. 13 и 14 упрощенно изображают прижимающие конструкции для прикрепления волновода к испытуемому образцу. Настоящие технические примы используют волновод из тонкой полосы (удлиненную полосу). Графики дисперсии фазовой скорости в зависимости от произведения частота-толщина для пластины изображены на фиг. 2. Ниже частоты 1,4 МГц-мм могут распространяться только три моды: S0 (волна сжатия низшего порядка с поляризацией, параллельной направлению распространения), А 0 (волна изгиба на низких частотах) и SH0 (сдвиговая мода низшего порядка с поляризацией, перпендикулярной направлению распространения и параллельной ширине полосы). Эти волны аналогичны, соответственно,модам L(0,1), F(1,1) и Т(0,1) в стержне. Мода А 0 обнаруживает сильную дисперсию и не привлекательна для целей контроля, но мода S0 обладает минимальной дисперсией на низких частотах, тогда как SH0 вообще не обладает дисперсией на всех частотах. На фиг. 2 показано, что в диапазоне ниже 1,4 МГц-мм фазовая скорость моды SH0 значительно меньше, чем моды S0. Поскольку длина волны равна фазовой скорости, делнной на частоту, то из этого следует, что на заданной частоте мода SH0 имеет меньшую длину волны, чем мода S0. Зачастую это делает моду SH0 более чувствительной в применениях для контроля. Поэтому предпочтительные варианты выполнения представленных технических примов используют сдвиговые горизонтальные моды, но могут быть обстоятельства, в которых моды сжатия, подобные моде S0, оказываются предпочтительными (например, в случаях, когда затухание сдвиговых волн значительно больше, чем продольных волн, так что сигналы от сдвиговых волн оказываются слишком слабыми для того, чтобы они могли быть использованы). По сравнению с предложенными ранее решениями конструкции волновода в виде одной проволоки,пучка проволок и проволок, сврнутых в спираль, волновод в виде полосы имеет следующие преимущества. Так как площадь поперечного сечения значительно больше, чем у одной проволоки, то легче получить сильные сигналы; также меньше отражение от границы раздела между волноводом и испытуемой конструкцией, так что в испытуемую конструкцию входит большее количество энергии. Когда волна из полосы входит в испытуемую конструкцию, она имеет тенденцию распространяться цилиндрической волной. Это означает, что амплитуда волны в структуре вследствие расширения луча убывает пропорционально 1/r, где r - расстояние от точки прикрепления. Это можно сравнить со ослаблением, пропорциональным 1/r для проволочных систем, в которых распространение происходит сферической волной. Область рассеяния цилиндрического луча очень подходит одновременно как для простых измерений толщины, так и для определения размеров дефектов, основанного на времяпролтной дифракции(ВППД) (см. фиг. 3 и 4). В полосе путм прикрепления преобразователя к концу полосы легко возбудить сдвиговые волны или продольные волны; также возможно возбуждать иные типы волн путм прикрепления соответствующих преобразователей к боковым поверхностям полосы, если это более удобно. Волновод к структуре можно приварить, припаять, припаять тврдым припоем или обернуть вокруг не. Также можно просто использовать клейкий ультразвуковой гель - связующее вещество для низких температур и/или плотно прижать волновод к конструкции (например, с помощью приваренных к ней имеющих резьбу шпилек, создающих регулируемую прижимающую силу), которые работают при высоких и низких температурах. Так как волновод тонкий, то сравнительно просто обеспечить присоединение всей поверхности основания волновода к конструкции, улучшая, тем самым, передачу сигнала. Прижим волновода к конструкции может быть выгодным, поскольку он устраняет недостатки, связанные с нежелательными геометрическими искажениями, которые неизбежно вносятся при неразъмных технических примах соединения. При прижиме может быть достигнута адекватная передача сигнала. Волновод из полосы значительно более гибок в одном направлении, по сравнению с обычным пучком проволоки, так что становится проще получить доступ к конструкциям за углами. На фиг. 5 изображен один из примеров выполнения измерительной полосы. На фиг. 6 изображены сигналы, полученные при измерении толщины, показанной на фиг. 3, при котором толщина может быть получена, зная скорость звука, из времени между отражениями от верхней поверхности и нижней поверхности или времени между следующими один за другим отражениями от задней стенки. Образец при этом может находиться при высокой температуре, например большей 200C и/или быть подверженным уровню ионизирующего излучения выше естественного. Толщину полосы обычно выбирают такой, чтобы произведение толщины и максимальной возбуждаемой частоты было бы меньше чем 3 МГц-мм для волн типа SH и 1,4 МГц-мм для волн продольного типа для того, чтобы избежать возбуждения мод высшего порядка в направлении поперк толщины. Если используют продольные волны, то также часто требуется использовать пониженное значение произведения частота-толщина для того, чтобы свести к минимуму дисперсию, хотя это может быть использовано для выравнивания дисперсии (см. [10]). Ширина полосы также является важным параметром.-4 018762 Когда удлиненная полоса выполнена из материала, имеющего скорость Cs сдвига и длину B волны сдвига, где в = Cs/F, a F - частота, соответствующая B, и указанные, по существу, не обнаруживающие дисперсии ультразвуковые сигналы сформированы из составляющих с разными частотами, имеющих длины волн сдвига, лежащие в пределах от short до long, желательно, но не существенно, чтобы толщина была меньше 2,5 short и, в частности, предпочтительно, чтобы она была меньше short. Точно также предпочтительно, чтобы ширина была больше чем 3,5 long, и в частности, предпочтительно, чтобы она была больше чем 5 long. Точно таким же образом те же самые диапазоны применяют, когда удлиненная полоса выполнена из материала, имеющего скорость Cbar упругих колебаний и длину bar волны упругих колебаний, где bar =Cbar/F, a F - частота, соответствующая bar, и указанные, по существу, не обнаруживающие дисперсии ультразвуковые сигналы сформированы из составляющих с различными частотами, имеющих длины волн упругих колебаний, лежащие в интервале от short до long. Графики дисперсии, изображенные на фиг. 2, моделируют распространение волны в пластине бесконечной ширины. Структуры с очень большим отношением ширины к толщине будут моделированы исключительно точно этим допущением бесконечной ширины. Однако чем ближе друг к другу сдвигаются боковые поверхности для создания полосы с прямоугольным поперечным сечением, тем больше будет влияние присутствия границ полосы на распространение волны. Миндлин и Фокс [11] были первыми в описании распространения мод в стержне с прямоугольным поперечным сечением. Их решение было получено в виде суперпозиции нескольких изгибающих, продольных и сдвиговых мод, которые распространяются в бесконечной пластине, соответственно, с шириной и толщиной стержня. Решения для бесконечной пластины были наложены для выполнения граничных условий в виде нулевых напряжений по всему периметру поперечного сечения. Этот способ дал им возможность определить характеристики дисперсии стержня для отдельных частот и вид соотношений размеров стержня. Решение для всех частот и видов соотношения было, однако, невозможным. Однако более современные непрерывные построения дисперсионных кривых для распространения волны в структурах с произвольным поперечным сечением стали возможными благодаря использованию программ решений собственных значений в методе конечных элементов (КЭ). Уилкокс и др. [12], Мукдади и др. [13] и Хаяши и др. [14] сообщили способы построения дисперсионных кривых для L-образных секций, головок рельсов и полос. Способ Уилкокса и др. был применн здесь для анализа распространяющихся мод в стальной полосе толщиной 1 мм и шириной 30 мм. На фиг. 7 изображены графики дисперсии фазовой скорости. Мода,выделенная более толстой линией, была обозначена как первая горизонтальная мода SH волны сдвиговых колебаний в этой полосе. По контрасту со случаем бесконечной пластины распространение модыSH0 не существует в конечной полосе. Это является следствием граничных условий в виде нулевых напряжений на боковых сторонах полосы, которые могут быть удовлетворены только при перемещении тела как целого или SH модами и модами высшего порядка. Как следствие в полосе конечной ширины не существует распространяющейся моды колебаний сдвига, не подверженной дисперсии. Однако, чем толще полоса, тем ниже становится частота отсечки моды SH. Так как мода SH является асимптотой для скорости сдвиговых волн в объмном материале, то она становится фактически бездисперсионной на высоких частотах. В этом изобретении использование фактически чистых, не обнаруживающих дисперсии в полосе мод, имеющих в своей основе сжатие или сдвиг, используется для передачи ультразвуковой энергии по волноводу или "акустическому кабелю" к образцу, который должен быть исследован. Чистота моды устраняет появление нескольких сигналов, которые могут быть ошибочно приняты за указание на дефект или особенность в исследуемой структуре, а отсутствие дисперсии моды помогает концентрировать энергию волны в узком временном окне, что увеличивает дальность распространения сигнала в волноводе и определяет объмное разрешение, с которым может быть проведн мониторинг структуры (см.[15]). В дальнейшем будет рассматриваться пример, основанный на SH моде, хотя также возможно использование аналогичных мод, основанных на сжатии. На фиг. 8 изображено поперечное сечение полосы шириной 15 мм и форму моды SH моды на частоте 2 МГц. Можно видеть, что в перемещениях по оси Y, параллельных направлению ширины полосы,преобладает форма моды SH. Однако в отличие от формы мод для SH мод в бесконечных пластинах,картины формы мод для SH моды в полосе конечной ширины изменяются с изменением частоты. На фиг. 9 изображает развитие доминантной у-составляющей перемещения SH моды в некотором интервале частот. Чем выше частота, тем больше мода концентрируется в середине полосы. Таким образом, на высоких частотах мода переносит энергию почти со скоростью объмных сдвиговых волн вдоль середины полосы с малой энергией и, следовательно, чувствительностью на краях. С помощью аподизированного преобразователя, который имитирует форму моды, может быть получено возбуждение формы чистой моды. Также могут быть использованы преобразователи с катушками. Преобразователи могут быть размещены на концах или на боковых сторонах полосы. Так как кратковременные импульсы являются широкополосными сигналами, то картина формы моды не должна значительно изменяться во всей ширине полосы частот возбуждения импульса. На повышенных частотах (в окрестностях центральной частоты 2 МГц) - это место для моды SH в полосе с увеличенной шириной. В-5 018762 связи с этим существуют два критерия, которые определяют допустимый диапазон с точки зрения отношения размеров полосы. Первый критерий состоит в том, что мода фактически не обнаруживает влияния дисперсии (изменение скорости менее 5%) в интересующей полосе частот, а второй критерий заключается в том, что существует относительно постоянная форма моды во всей полосе частот, представляющей интерес (изменение в приведенных амплитудах меньше чем 10%). Для моды SH в настоящее время задача состоит в том, чтобы отыскать предел соотношения, для которого удовлетворяются оба критерия. Кривые дисперсии для бесконечной пластины могут быть сделаны геометрически независимыми путем построения этих кривые как функции от произведения частоты на толщину (ЧТ). Следовательно,отсечка моды на пластине удвоенной толщины по сравнению с другой пластиной произойдт на вдвое меньшей частоте. Так как отношение ширина/толщина велико (5), то в нашем случае система приблизительно может быть нормализована двумя произведениями: произведением ЧТ для частоты-толщины полосы и произведением ЧШ для частоты-ширины полосы. С такими рассуждениями при поддержании толщины полосы постоянной (ЧТ постоянно) ширина полосы может быть подобрана вплоть до предельного случая, при котором кривые дисперсии и формы моды не удовлетворяют ранее установленному критерию для успешного возбуждения и распространения единственной моды. На фиг. 10 изображены кривые дисперсии фазовой скорости моды SH для полосы толщиной 1 мм и шириной 30 мм и для полосы толщиной 1 мм и шириной 15 мм. Отсечка моды в полосе шириной 15 мм происходит на удвоенной частоте. На фиг. 11 изображена форма моды для SH моды вблизи частоты отсечки (точка 1) и на частотах вблизи точки, где фазовые скорости начинают выходить на асимптоту (точка 2) к сдвиговым объмным скоростям в полосе. При отсечке мода показывает сильное смещение на краях полосы. Смещения на краях становятся пренебрежимо малым при повышенных частотах. Для контрольной полосы полезны частоты в интервале от 1 до 5 МГц. Однако широкополосное возбуждение импульсами обычно используется при текущем контроле наличия дефектов и контроле толщины. Это требует ширины полосы, равной половине центральной частоты ниже центральной частоты сигнала и половины центральной частоты выше центральной частоты сигнала. Таким образом, для центральной частоты импульса, равной 1 МГц, волновод должен обеспечить такое же не обнаруживающее дисперсию распространение волны в интервале от 0,5 до 1,5 МГц. Точно так же для центральной частоты сигнала, равной 2 МГц, этот интервал простирается от 1 до 3 МГц. Как можно видеть на фиг. 10,полоса толщиной 1 мм и шириной 15 мм становится неподходящей для посылки импульса на частоте 1 МГц. Фазовая скорость моды SH уже не является асимптотически приближающейся к объмной сдвиговой скорости. Мода вс ещ обладает дисперсией в интервале частот от 500 до 800 кГц и форма моды(фиг. 11(b не имеет пренебрежимо малых амплитуд (25%) на краях. Из фиг. 11(а) и (b) также можно видеть, что пока мода не начинает асимптотическое приближение к объмной сдвиговой скорости, в форме моды не доминируют составляющие в Y направлении. Однако та же самая полоса подходит для посылки сигнала с центральной частотой 2 МГц. В пределах ширины полосы сигнала 2 МГц (1-3 МГц) дисперсия весьма ограничена и форма моды приблизительно постоянна (5%). Следовательно, для успешного распространения волны (в форме моды SH) по полосе произведение частота-ширина должно быть больше 15 МГц-мм. Выраженное в отношении ширины на длину волны в материале волновода колебаний с объмной сдвиговой скоростью, ширина должна быть больше чем 5 длин волн объмных сдвиговых колебаний на самой нижней частоте составляющей, содержащейся в сигнале. Волны сжатия. Такая же методика, что описана выше, может быть выполнена для мод типа сжатия в полосе. Их использование может быть выгодным в случаях, когда в структуре сталкиваются с большим ослаблением сдвиговой волны или когда использование волн сжатия в структуре приносит преимущества. Прикрепление. Также важна передача энергии через "соединение" "акустического кабеля" (волновода) структуре,подвергаемой текущему контролю. Проблема нормальных сил точкалиния на упругом полупространстве хорошо известна как проблема Лэмба и впервые была решена Лэмбом (см. [16]). Другие исследователи представили решения для сходных проблем с разными геометриями и поляризациями источника. Миллер и Прси (см. [17]) рассмотрели бесконечно длинные полосы и диски, нагружающие поверхность по нормали, по касательной и путм закручивания. Ахенбах (см. [18]) представил решение для источника в виде бесконечной линии с поперечным сдвигом в упругом полупространстве, которое является упрощнным 2D решением для моды SH в волноводе, входящем в структуру большего размера. В этом случае поперечные сдвиговые волны, возбужднные в полупространстве, излучаются цилиндрически из источника в структуру. Возбуждение поверхностной волны, которое наблюдают при всех других условиях нагрузки, не происходит при нагрузке поперечным сдвигом. Это желательно для текущего контроля наличия дефектов или измерения толщины, так как это создат меньшее количество сложных сигналов вследствие устранения преобразований моды. Миллер и Прси также описали примеры излучения для других источников, более сложных и всегда содержащих поверхностную волну, которая отбирает наибольшую часть энергии. Полосочный источник для продольного волновода также является более выгодным по сравнению с точечным источником, так как он сводит сферическое распространение к цилиндрическому распространению волны от источника. Также чем толще полоса, тем меньше энергии преобра-6 018762 зуется в поверхностную волну. Способ присоединения волновода к структуре очень важен. Возможны способы типа сварки, пайки или пайки тврдым припоем, так же как и прижимание сухого контакта под большим усилием, действующим по нормали. Прикрепление сваркой или пайкой тврдым припоем часто изменяет геометрию входа волновода в структуру. Возможно, что при прижимании волновода к структуре вдоль его крав создаются утолщения, налет или металлические наполнители и заусеницы. Трудно удалить утолщения и налет, так как они очень близки от структуры и волновода. Большая разница в толщине между тонким волноводом и структурой также делает очень трудным приваривание или припайку тврдым припоем полосы к структуре без повреждения полосы. Изменения в геометрии, внеснные техническими примами присоединения, почти всегда имеют порядок толщины волновода и порядка длины волны (на данных частотах) волны в материале. Они вызывают реверберацию сигнала в соединении и ухудшают сигнал,который возвращается к преобразователю. На фиг. 12 изображен один из таких сигналов волновода, приваренного к задней плоскости размером 6 мм. Отчетливо видны отражение на входе и эхо-сигнал от задней стенки, однако, сигнал покрыт большим количеством шума, что является следствием реверберации в соединении. Это может маскировать более слабые сигналы от особенностей структуры. Первоначально считалось, что сварка, пайка тврдым припоем, припаивание или оборачивание волновода на структуре являются наилучшими решениями для прикрепления к волноводу. Несомненно, что это решение, которое передат много энергии в структуру и это хороший выбор для системы типа импульс-эхо (посланный принят на тот же самый преобразователь). Недостатками способов неразъмных соединений являются засорение сигнала большим шумом вследствие реверберации в соединении. Эти недостатки трудно устранить, поэтому в тех случаях, когда важна "чистота" сигнала, предпочтительным является способ прижатия к структуре. Способ прижатия работает в режиме "бросил-поймал" (сигнал послан одним преобразователем, принят на другой). Сигнал вводится в структуру через один волновод и принимается волноводом, размещнным прямо рядом с посылающим волноводом. Сигнал в посылающей полосе в системе"импульс-эхо"2 едва ли изменяется по сравнению с прижатым или свободным волноводом. Это потому,что волновод и субструктура не находятся в очень хорошем контакте, когда они скреплены и прижаты вместе. Большое отражение на входе, звон и присутствие других мод (30 дБ ниже уровня сигнала) полностью маскируют низкие амплитуды сигналов от структуры. Эта проблема преодолена при работе в режиме "бросил-поймал" и при использовании другого волновода в качестве примника сигнала, который был передан в структуру. Результат виден на фиг. 6. Конфигурация "бросил-поймал" имеет преимущество в приме только энергии, которая была передана в структуру и поэтому снижает зависимость от отношения переданной амплитуды к отражнной в соединении волновода со структурой. На фиг. 13 и 14 изображены эскизы возможных конструкций прижима к структуре типа пластины и к трубе. В случае структуры типа пластины деталь должна быть прикреплена к структуре, которая дат возможность прикрепляемому волноводу быть прижатому к поверхности структуры. Если это возможно,на основную пластину могут быть приварены шпильки, а зажим волновода может быть привинчен на эти шпильки. Есть ещ много больше возможных вариантов. На фиг. 14 изображено полностью съмное решение, где прижимаемый волновод прикреплн к трубе с помощью двух трубных зажимов. Важно иметь зажим, который касается только крав волновода, так что он не оказывает влияния на распространение волны по середине полосы. Также зажим вблизи от конца волновода устраняет прогиб тонкого волновода, когда он прижат к поверхности. Ссылки 1. Линнворт Л.С. "Критически дисперсионные ультразвуковые волноводы". Патент США 5159838, 1992. 2. Линнворт Л.С. "Пучки траекторий ультразвука и системы". Патент США 5962790, 1999. 3. Линнворт Л.С, Йи Лю, Унима Дж.А. "Техника протяжнных волноводов в виде пучков для измерения течения горячих текучих сред". IEEE Trans UFFC, 52, стр. 538-544, 2005. 4. Уинстон Т.Р. и Бранк Дж. А. "Способ и прибор для ультразвукового обследования недоступных зон". Патент США 6230568, 2001. 5. Хейджинсдийк A.M. и ван Клустер Дж.М. "Ультразвуковой волновод". Патент США 6400648,2002. 6. Джен С.К. и Легу Дж.Г. "Покрытые ультразвуковые волноводы с уменьшенными запаздывающими эхо-сигналами". Патент США 5828274, 1998. 7. Араки А. и Матсунага Й. "Ультразвуковой измеритель потока". Патент США 4014211, 1977. 8. Сатер А. "Ультразвуковая техника буферного стержня для высокотемпературных измерений упругих модулей из коротких образцов", J. Acous. Soc. Am. 43(6), стр. 1291-1294, 1968. 9. Линнворт Л.С. "Ультразвуковой буфер/волновод", Патент США 6047602, 2000. 10. Уилкокс П.Д., "Технические примы обработки сигнала для устранения влияния дисперсии из сигналов направленной волны", IEEE Trans, on Ultrason. Ferroelec. And Freq.Cont. 50(4), стр. 419-427,2003. 11. Миндлин Р.Д. и Фокс Е.А. "Колебания и волны в упругих брусках прямоугольного поперечного сечения", J. Арр. Mech., стр. 152-158, 1960.-7 018762 12. Уилкокс П., Ивенс М., Дилиджент О., Лоув М., Коули П. "Дисперсия и возможность возбуждения направленных акустических волн в изотропных брусках с произвольным поперечным сечением".Review of Progress in Quantitative NDE21, D.O. Thompson and D.E. Chimenti, AIP. 13. Мукдади О.М., Десаи Й.М., Датта С., Ша А.Х., Никлассон А.Дж. "Упругие направленные волны в слоистой пластине с прямоугольным поперечным сечением", J. Acous. Soc. Am. 112, стр. 1766-1779,2002. 14. Хаяши Т,. Сонг У., Роуз Дж.Л. "Графики дисперсии направленной волны для бруска с произвольным поперечным сечением, пример стержня и рельса", Ultrasonics 41, стр. 175-183, 2003. 15. Уилкокс П., Лоув М., Коули П. "Влияние дисперсии на широкодиапазонный контроль, использующий ультразвуковые направленные волны" NDTE international 34, стр. 1-9, 2001. 16. Лэмб X., "О распространении толчков через поверхность упругого тврдого тела", Phil. Trans. R.Soc. A203, стр. 1-42, 1904. 17. Миллер Г.Ф., Прси X., "Поле и импеданс излучения механических излучателей на свободной поверхности полубесконечного тврдого тела", Proc. R. Soc. 223, стр. 521-541, 1954. 18. Ахенбах Дж.Д., "Распространение волны в упругих тврдых телах", North-Holland PublishingCompany, стр. 283-289, 1975. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ ультразвукового контроля испытуемого объекта, включающий прижатие проксимального конца удлиненной полосы, ширина которой больше ее толщины, к испытуемому объекту; возбуждение с использованием преобразователя на дистальном конце удлиненной полосы не подверженных дисперсии ультразвуковых сигналов для передачи вдоль указанной удлиненной полосы от дистального конца до проксимального конца, где они входят в указанный испытуемый объект, при этом упомянутые сигналы включают сигналы сдвиговых волн с поляризацией, перпендикулярной направлению распространения, и прием сигналов, возвращенных от указанного испытуемого объекта. 2. Способ по п.1, в котором указанная удлиненная полоса выполнена из материала, имеющего скорость Cs сдвиговых колебаний и длину B волны сдвига, где B = Cs/F, a F - частота, соответствующая B,при этом указанные не подверженные дисперсии ультразвуковые сигналы сформированы из составляющих с разными частотами, имеющих длины волн сдвига, лежащие в пределах от short до long. 3. Способ по п.2, в котором указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с толщиной меньше, чем 2,5 short. 4. Способ по п.2, в котором указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с толщиной меньше, чем short. 5. Способ по п.2, в котором указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с шириной больше, чем 3,5 long. 6. Способ п.2, в котором указанная удлиненная полоса имеет поперечное сечение с шириной больше чем 5 long. 7. Способ по п.1, в котором указанная удлиненная полоса выполнена из материала, имеющего скорость Cbar волн давления и длину bar волны давления, где bar=Cbar/F, a F - частота, соответствующая bar,при этом указанные не подверженные дисперсии ультразвуковые сигналы сформированы из составляющих с различными частотами, имеющих длины волн давления, лежащие в интервале от short до long. 8. Способ по п.7, в котором указанная толщина меньше чем 2,5 short. 9. Способ по п.7, в котором указанная толщина меньше, чем short. 10. Способ по п.7, в котором указанная ширина больше чем 5 long. 11. Способ по п.1, в котором, по существу, только одну моду распространяющейся волны возбуждают в указанном удлиненном волноводе. 12. Способ по п.1, в котором указанным испытуемым объектом является:i) объект при температуре выше 200C иii) объект с повышенными относительно естественного фона уровнями ионизирующего излучения.