Акустический стержневой преобразователь

 

1. АКУСТИЧЕСКИЙ СТЕРЖНЕВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий пьезоэлемент; заднюю накладку, переднюю . «акладку, выполненную в виде четвертьволнового концентратора, 6тл;й ч э К) щ и и с я тем, что, . с целью увеличения коэффициента преобразования , QH сн абжен дополнительные волноводом, один конец которого жестко прикреплен к рабочему концу концентратора, а другой с помощью звукопроводящего компаунда к боковой понерхностй пьезоэлемента , причем отношение волновых длин волновода и концентратора составляет ,1,5-2,5. . ; , ..:, 2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что допсшнительный волновод выполнен .в вйДе трех последовательно соединенных tn стержней, вложенных, один в доугой два из которых полые. .. . ел о. м ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛИ:."ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 3487775/18-10 (22) 06.09 ° 82 . (46) 30,10.83..Вюл. В 40 (72) В.Н. Носов, В.C. Ямщиков, В..Л. Шкуратник и И.Д. Вигдорчйк (71) Йосковский ордейа Трудового, Красного Знамени горный институт и Всесоюзный научно-исследовательокйй институт ядерной геофизики н гео- химии * (53) 534 232{088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 212596, кл С 01 Х 29/04, 1968.

2. Кудашев Н.В., Сахаров Ю.Й,:

ЭлектрОакустическая аппаратура Сис-. тем автоматического контроля и измерений. М., "Энергия", 1972, с. 72..(54)(57} 1 ° АКУСТИЧЕСКИЙ СТЕРЖНЕВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий пьезо3(S0 В 06 В 1 06 Н 04 R 17 00 элемент,- заднюю накладку, переднюю накладку, выполненную в виде четвертьволнового концентратора, о тл,н ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения коэффициента преобразования, с н снабжен дополнительHbM волноводом., один конец которо-. го жестко прикреплен к рабочему концу концентратора, а другой с помощью звукопроводящего компаундак боковой поверхности пьезоэлемента, причем отношение волновых длин волновода и концентратора составляет 1,5-2,5.

2. Преобразователь по и. 1, о .тл и ч а ю шийся тем, что дополнительный волновод выцолнен,s.âèäå g трех последоватецьно соединенных стержней, вложенных один в другой, два из которых полые.

1050754

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых устройствах промышленной аппаратуры, преимущественно в приборах контроля горных пород, бетона и других твердых сред.

Известны акустические преобразователи для приборов неразрушающего контроля твердых сред, содержащие установленный в корпусе пьезоэлемент, одна из поверхностей которого контактирует с цилиндрическим волноводом, имеющим фланцеобразный . выступ, который наряду с торцовой поверхностью волновода служит для 1.. ввода ультразвуковых колебаний Ц .

Однако данные преобразователи не позволяют обеспечить надежный акустический контакт с шероховатой поверхностью контролируемой среди.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь, содержащий пьезо.элемент, заднюю накладку и переднюю накладку, выполненную в виде концентратора. Осуществляемый в этом преобразователе ввод и прием упругих колебаний через один или несколько концентраторов обеспечи вает надежный акустический контакт с контролируемой средой даже при значительной шероховатости ее поверхности j2) .

Однако указанный преобразователь характеризуется малым коэффициентом преобразования, 35

Цель изобретения — повышейие коэффициента преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что акустический преобразователь, содержащий пьезоэлемент, зад- 40 нюю накладку и переднюю накладку, снабжен дополнительным волноводом, один конец которого жестко присое-. динен к рабочему концу концентратора, а другим с помощью звукопрово- . 45 дящего компаунда — к боковой поверхности пьезоэлемента, причем отношение волновых длин волновода и концентратора составляет 1,5-2,5.

Кроме того дополнительный волновод выполнен в виде трех последовательно соединенных стержней, вложенных один в другой, два из которых полые.

На чертеже представлен вариант выполнения акустического преобразователя.

Акустический преобразователь сОдержит пьезоэлемент в виде четвертьволнового пакета продольно-поляризованных,пьезоэлектрических шайб 60

1 и 2, заднюю частотно-понижающую накладку Э, переднюю накладку, выполненную в виде четвертьволновых (в данном случае трех) концентраторов 4-6, образующих единую деталь, Число концентраторов в принципе может быть любым. Однако для обеспечения надежного акустического контакта с шероховатой контролируемой средой оптимальным является число концентраторов, равное трем.

Внутренняя цилиндрическая поверхность пьезоэлектрических шайб

1 и 2 через звукопроводящий компаунд 7. контактирует с волноводом, выполненным в виде сеталлического

: стержня 8, на втором снабженном резьбой конце которого с помощью гайки ,9 соосно закреплены шайба 10 и хвостовик 11. Заполненный компаундом 7 зазор между внутренней поверхностью пьезоэлектрических шайб 1 и 2 и стержнем 8 с целью уменьшения по- . терь должен быть небольшим (несколько десятых миллиметра)..

Хвостовик 11 имеет форму анало.гичную форме передней накладки, а его рабочие концы в местах выступов

12-14 жестко (c помощью клея) связаны с концентраторами 4-6.

1З своей совокунности элементы

8-11 образуют дополнительный волновод, длина которого (в-случае его выполнения as материала с той же скоростью распространения упругих колебаний, что и в материале концентраторов) в 1,5-2,5 раза превышает длину концентраторов 4-6.

Передняя накладка с концентраторами 4-6 обычно выполняется из легкого материала, например алюминия или магния, Из аналогичных мате. риалов выполняются детали 8-11 волновода.

Волновод и концентраторы могут быть выполнены и из материалов с различной скоростью распространения упругих колебаний, важно лишь, чтобы соотношение их волновых размеров находилось в пределах 1,5-2,5, Оптимальное значение указанного соотношения в заданных пределах достигается изменением размеров шайбы 10, являющейся элементом настройки.

:На клеммы 15 и 16 (в режиме излучения) подается электрический сигнал с генератора (не показан) .

С этих же клемм снимается электрический сигнал (в режиме приема).

Акустический преобразователь работает следующим образом.

В режиме излучения на клеммы

15 и 16 подают электрический сигнал, вызывающий (в силу продольного обратного пьезоэффекта) продольные колебания пьезоэлемента. Вызванная продольными колебаниями пьезоэлемента упругая волна через концентраторы 4-6 вводится в контролируемый материал.

Длины волноводов подобраны таким . образом, что участок дополнитель:3.050754

Составитель И. Сазонов

Редактор Н. Гришанова Техред М. Костик Корректор A. Повн

Заказ 8536/9 Уираж 492 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Мрсква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного волновода, соединенный с боковой поверхностью пьезоэлемента, периодически воздействует через зву:копроводящий компаунд на пьезоэлемент . в фазе со сторонней силой, действующей со стороны электрического поля. Это воздействие .приводит к дополнительному увеличению амплитуды пьезоэлемента, а следовательно, и всего преобразователя при том же подаваемом напряжении.

В режиме приема акустические колебания контролируемой среды воздействуют на концентратор и допол-, нительный волновод, которые воздей,ствуют на,пьезоэлемент, Колебания дополнитЕльного волновода приводят к дополнительным воздействиям на пьезоэлемент, в силу чего возрастает амплитуда колебаний этого элемента и величина выходного напряже" ния.

Форма дополнительного волновода позволяет обеспечить необходимое соотношение между волновыми длинами концентратора и волновода, вы10 полненными из материалов с соотношением скоростей звука лежащим .в широком диапазоне.

Таким образом, предлагаемый акус тический преобразователь по срав45 нению с известным позволяет увеличить коэффициент. преобразования.