Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

На рис. III, д приведен разрез сварного шва со шлаком, обнаруженным в нем ультразвуковым дефектоскопом. Так как в этом случае дефект расположен горизонтально, он был замечен по появлению эхо-сигнала, опережавшего донный сигнал.

В тех случаях, когда ультразвуковая волна падает наклонно к поверхности твердого тела, возникают осложнения. Дело в том, что волны могут быть двух родов: продольные и поперечные. В продольных волнах отдельные частицы вещества, смещаясь то вперед, то назад, колеблются в том же направлении, в котором распространяется волна. В поперечных волнах частицы колеблются в направлении, перпендикулярном распространению волны, так что если волна бежит в горизонтальном направлении, частицы колеблются в вертикальном направлении, двигаясь вверх и вниз.

Звуковые волны в газах и жидкостях — это продольные волны. Но в тех случаях, когда ультразвуковой луч входит в исследуемую деталь наклонно к ее поверхности, в металле возникает, кроме продольной волны, еще и поперечная, причем она распространяется со скоростью почти в два раза меньшей, чем продольная. Естественно, что распространение волн двух видов приводит к возникновению двух эхо-сигналов.

Если учесть все осложнения в результате многократного отражения волн и их взаимодействия друг с другом, станут понятными затруднения, возникающие в некоторых специальных случаях дефектоскопии, в частности при исследовании сварных швов.

Ученые преодолели эти затруднения. Помещая между излучателем и исследуемой деталью специальной формы промежуточную призму (рис. 53), они заставили продольную волну полностью отражаться от поверхности образца. Отраженная продольная волна гасится специальным приспособлением, и в толщу металла проникает только поперечная. Таким способом удается упростить ультразвуковое исследование многих важных деталей.

К наклонному падению ультразвукового луча приходится прибегать не только при исследовании сварных швов.

Чувствительность ультразвукового дефектоскопа позволяет определять глубину закаленного слоя металла.

Как известно, многие части машин подвергают закалке, чтобы придать им повышенную твердость. Для этого не обязательно закалять всю деталь целиком; достаточно закалить лишь ее внешний слой.

При определении глубины закаленного слоя, как и при исследовании сварных швов, ультразвуковой луч вводят наклонно к поверхности металла. Ультразвуковой сигнал отражается от границы закаленного и незакаленного слоев. По интенсивности эхо-сигнала можно составить представление о качестве закалки.

Методы ультразвуковой дефектоскопии можно применить в медицине. Обычно для этой цели успешно пользуются просвечиванием рентгеновскими лучами. Однако просвечивание головного мозга рентгеновскими лучами затруднительно. Лучи плохо проникают через черепную коробку.

Иначе обстоит дело с ультразвуком. Ультразвуковым колебаниям черепная коробка оказывает сравнительно небольшое сопротивление, и поэтому естественно было попытаться вместо рентгеновских лучей применить ультразвуки. Хотя в этом направлении сделаны только первые шаги, но и они заслуживают того, чтобы о них рассказать.

Поглощение ультразвуковых лучей различными частями мозга различно. Поэтому для изучения строения мозга попытались применить сквозное прозвучивание. В частности, таким методом удается исследовать строение мозговых желудочков. При исследовании мозга ученые пользуются ультразвуком очень малой мощности. Такой ультразвук совершенно безвреден, как безвреден обычный слышимый звук.

На рис. 54 изображено сравнение рентгеноскопического и ультразвукового исследования мозга. Заштрихованные области соответствуют расположению мозговых желудочков, найденному с помощью рентгеновского исследования. Ниже изображена интенсивность ультразвуковых сигналов, прошедших через мозг при прозвучивании. Прозвучивание производилось вдоль линии, приблизительно делящей мозг пополам. При перемещении излучателя и приемника ультразвука вдоль линии хх расстояние между ними меняется, так как мозг имеет округлую форму. Относительно большая интенсивность прошедшего сигнала в левой части рисунка объясняется тем, что путь ультразвукового луча в мозговом веществе был невелик. По мере увеличения этого пути интенсивность принятого сигнала падает вплоть до точки е . Два пика интенсивности С и В соответствуют заштрихованным областям справа и слева от точки d на верхнем рисунке. Путь луча в этих случаях проходит через мозговые желудочки, и поглощение колебаний невелико. Когда ультразвук выходит из области расположения мозговых желудочков, интенсивность прошедших через мозг импульсов вновь уменьшается. Это и наблюдается в точках c и b .