Ультразвуковое сканирующее устройство

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее мйогоканальиую схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора возбуждения, блока группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов и предусилителя , и антенную решетку электроакустических прео-бразователей, элементы которой выполнены в виде пьезекерамических полос различной длины, одна сторона KOTOIM IX покрыта сплошньм электродом и заземлена, а на другую нанесено несколько последовательно размещенных дугообразных электродов, причем последние соединены с выходами блоков группового распределения-сбора ультразвуковых Сигналов соответственно, о т л ич и ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения разрешающей способности ультразвукового контроля, на каждую полосу антенной решетки с рабочей стороны нанесены плоские управляющке электроды, длину Ь« которых определяют соотношением X -В 1 2с где х,,, расстояние от 1-го элемента антенной рёвютки до ее центра; коэффициент пропорциональВ , .;, ности; скорость ультразвука в рас бочей среде,л 0,1,2,3,...,nj число элементов в антенной . п решетке, устройство снабжено последовательно соединенными источником линейно из меняющегося напряжения и функцио9д нальньш преобразователем, подключенсл ным выходом к плоским управляющим со эле стродам.. . :л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11) 4(з)) С 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3660416/25-28 (22) 05.11.83 (46) 23.03.85. Бюл. N .11 (72) С.С.Фел и Ю.Г.Шмаков (53) 620.179.16(088.8) (56) t. Патент CHlA М 4330875, кл. G 01 N 29/04, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

В 1065767, кл. С 01 N 29/04, 1982 (прототип). (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее мйогоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора возбуждения, блока группового распределения-сбо ра ультразвуковых сигналов и предуси" лителя, и антенную решетку электроакустических преобразователей, эле-. менты которой выполнены в виде пьезокерамических полос различной длины, одна сторона которых покрыта сплошным электродом и заземлена, а на другую нанесено несколько последовательно размещенных дугообразных электродов, причем последние соедииены с выходами блоков группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов соответственно, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности ультразвукового. контроля, на каждую полосу антенной решетки с рабочей . стороны нанесены плоские управляющие электроды, длину Ь(которых определяют соотношением

Xg

Ь1 - -1 В

2с где,х4 — расстояние от i-го элемента антенной решетки до ее центра

 — коэффициент пропорциональности ,c " скорость ультразвука в ра . бочей среде, 0,1,2,3,...-,п, n — число элементов в антенной решетке, % . устройство снабжено последовательно соединенньии источником линейно изменяющегося напряжения и функциональным преобразователем, подключенньи выходом к плоским управляюир4м электродам.

95 2 звуковых сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора . возбуждения, блока группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов и предусилителя, и антенную решетку электроакустических преобразователей, элементы которой выполнены в виде цьезокерамических полос различной длины, одна сторона которых покрыта сплошным электродом и заземлена, а на другую нанесено несколько последовательно размещенных дугообразных электродов, причем последние соединены с выходами блоков группового распределения-! сбора ультразвуковых сигналов соответственно, на каждую полосу антенной решеткж с рабочей стороны нане-, сены плоские управляющие электроды, длину L; которых определяют соотношением

1 114á5

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в биомедицинских ультразвуковых сканирующих приборах, промышленных дефектоскопах и других контрольно-измерительных устройствах, в которых сканирование ультразвуко1вого луча производится немеханическим путем.

Известно устройство, содержащее многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов и антенную решетку электроакустических преобразователей, а схема излученияприема включает управляемые и фикси-. рованные линии задержки в каждом канале, обеспечивающие фокусировку и сканировайие ультразвукового луча (11.

Недостатком данного устройства является низкая разрешающая способность в плоскости сканирования, обус-, ловленная отсутствием возможности непрерывного изменения положения в пространстве области максимальной чувствительности устройства в соответствии с изменением положения зондируемой области объекта.

Наиболее близким к изобретению является ультразвуковое сканирующее устройство, содержащее многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора возбуждения, блока группового распределения-сбора Зз ультразвуковых сигналов и предусилителя, и антенную решетку электроакустических преобразователей, элементы которой выполнены в виде пьезокерамических полос различной длины, одна сторона которых покрыта сплошным . электродом и заземлена, а на другую нанесено несколько последовательно размещенных дугообразных электродов, причем последние соединены с выхода- 6 . ми блоков группового распределениясбора ультразвуковых сигналов соответственно (2 3.

Недостатком известного устройства являетея низкая разрешающая. способность ультразвукового контроля.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности ультразвукового контроля.

Цель изобретения достигается тем, М что в ультразвуковом сканирующем устройстве, содержащем многоканаль ную схему излучения-приема ультра"-2 где х . — расстояние от i-ro элеиен1 та антенной решетки до ее центра

 — коэффициент пропорциональности с — скорость ультразвука в ра- бочей среде, 1 0,1,2,3,...,п;

n — число элементов в антенной решетке, устройство снабжено последовательно соединенными источником линейно изменяющегося напряжения и функциональным преобразователем, подключенным выходом к плоским управляющим электродам.

На чертеже представлена структурная схема .ультразвукового сканирующего устройства.

1. ультразвуковое сканирующее устройство содержит .решетку электроакустических преобразователей в виде пьезокерамических полос 1, иа по" верхности которых нанесены дугообразные электроды 2-4, сплошные электроды 5 и плоские управляющие электроды 6, подключенные к источнику 7 линейно йзменяющегося напряжения через Функциональный преобразователь 8, .многоканальную схему излучения"приема, включающую. в каждом канале генератор 9 возбуждения, пре дусилитель 10 и схему .11 группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов. Дугообразные электрода 23 1146

4 соединены со схемой 11 группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов, вход которой соединен с выходом генератора 9 возбуждения, а выход — с предусилителем 10, радиус кривизны дугообразных электродов R„„ aH a eH H xo a H3 saданных фокусных расстояний Г1 ультразвукового луча решетки для каждой группы электродов с одинаковыми но- 10 мерами i пд формуле О

Ч

10 1 Ч„ где 1. — удаление i-го электрода

in на и-ой полосе от рабочей поверхности полосы F — фокусное расстояние

i-:ãî электрода,. V< и V > — соответ15 . ственно скорость ультразвука в пьезокерамической полосе и рабочей сре" де, i = 1,2,3,...,n — номер электрода,,п -номер пьезокерамической полосы в решетке.

Устройство работает следующим образ ом.

В режиме излучения в каждом канале устройства генерируется импульс

- возбуждения пьезокерамической Поло25 сы 1 решетки, который с выхода гене-. ратора 9 поступает на схему 11 группового распределения-сбораультразвуковых сигналов, формирующей им- ° пульсы, задержанные относительно 30 друг друга на время В = у Ч! ч, где . М вЂ” расстояние между соседними дугообразными электродами. Импульсы с выхода схемы 1 1 группового распределения подаются на соответствую- 35 щие дугообразные электроды 2-4, причем перый во времени импульс поступает на дугообразный электрод 4, последующие — на дугообразные электро, ды 3 и 2, смещенные .соответственно 40 на r3t и 2И относительно дугообразного электрода 4 в:сторону.рабочей поверхности пьезокерамической поло- . сы 1. Участки элементов решетки под .электродами образуют пьезоиэлучатели.45

Импульсы возбуждаемых ими упругих олебаний распрстраняются по акустиеским волноволам, образуемым пассивой .частью пьезокерамичесикх полос 1 синфазно в них суммируются, после 50 чего излучаются в рабочую среду. Изза дугообразной формы электродов 2-4 происходит фокусировка ультразвукового луча в плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования. Поскольку 55 .полосы имеют различную длину, ульт- .развуковой луч оказывается сфокусированным в плоскости сканирования

595 4 на расстоянии Zo равном нижней границе зоны ультразвукового обзора.

22о

Через время t = — —, равное уд военному времени прохождения ультразвукового импульса до нижней границы зоны ультразвукового обзора, включается источник 7 линейно меняющегося напряжения, которое цосле преобразования функциональным преобразо:вателем 8 изменяется во времени сог1 1 1

1 ласно закону U -(— — -),где U— с Йд Й

;напряжение на выходе функционального преобразователя 8, t — время, отсчи:тываемое от начала излучения импульсов в рабочую среду. Напряжение U с выхода функционального преобразователя 8 подается на плоские управляющие электроды 6, длина которых установлена из соотношения Ь

z 1

-- . В (i = 0 М) и осуществляется

2с прием ультразвуковых сигналов.

В режиме приема падающие на апертуру решетки ультразвуковые колебания возбуждают в каждом элементе

:импульсы, распространяющиеся по акустическим волноводам. Под действием электрического напряжения О, подаваемого на управляющие электроды 6, задержка эхо-сигналов в i-ом элементе сканирующего устройства непрерывно изменяется во времени по закону

«х1» .= --1-(— — -) чем обеспечивается

1 2с2 t о прием эхо-сигналов с произвольного расстояния .2 эоны ультразвукового обзора с максимальной чувствительностью, Для фокусировки ультразвукового луча в плоскости сканирования иа расстоянии Z от излучающей апертуры антенной решетки на каждом ее элементе необходимо создать временные задержки определяемые формулой:

Ь 1+ «1 1 (1) где, - задержка сигнала íà i îè . элементе антенной решетки; 2 .- .рас стояние от плоскости антенной решетки до фокальной плоскости.

Выражение (1).,при условии х, са 2 хорошо анроксимируется формулой

° 1 у»

2с

За счет первоначальной фокусиров- ки при помощи пьезокерамических по46595 Ь существует линейная зависимость между поданным напряжением и задержкой ультразвукового сигнала. Тем самым, 1 1 1 при подаче напряжения U -(-- — -)

5 с t

Следовательно, для управления фокусом антенной решетки необходимо 10 ,создание временных задержек

Такиезадержки могут быть созданы при помощи дополнительных плоских управляющих1 электродов 6, нанесенных на боковую рабочую поверхность гьезокерамических полос 1, длина которых зО выбрана. равной,.- " 6 и на кото2с рые подается управляющее напряжение

U -(— — -). При подаче на плоские

1 1 1 с и t управляющие электроды 6 напряжения изменяются упругие свойства пьезокерамического материала, в результате чего скорость ультразвуковых колебаний в пьезокерамической полосе увеличивается (направления приложен, ного напряжения и вектора поляризации пьезокерамики выбраны совпадаю, щими). При этом в достаточно широком диапазоне управляющих напряжений

Э 1l лос различной длины реализуются временные задержки (относительно центрального /1.=0/ †. элемента антенной решетки), определяемые выражением и — — (51

1.2с х о 1/1

Д « -б °

2с Z 2 на все плоские управляющие электрок ды 6, длина которых, ульт1 1с развуковые сигналы, распространяющиеся по пьезокерамически полосам 1 будут испытывать временные задержки, 1 х1 (1 4 1, которые с

2.с с <, t учетом того, что ct = Z u ct = 2 соответствуют требуемым по выраже. Йию (4).

Таким образом в ультразвуковом сканирующем устройстве происходит непрерывное изменение фокусного расстояния антенной решетки в соответствии с расстоянием Z, с которого ведется прием эхо-сигналов, чем обеспечивается повьыение разрешающей способности устройства в области сканирования при ультразвуковом контроле.

Изобретение позволяет создать узкий ультразвуковой луч во всей зоне ультразвукового .обзора и обеспечивает уменьшение вероятности постановки неправильного диапазона при использовании устройства в медицинской диагностике и отбраковки годных изделий при его использовании в дефектоскопии.,,1146595

Составитель K.Ëåîèîâ

Техред,Т.Дубинчак Корректор A.Зимокосов, Редактор С. Патрушева

Филиал ППП "Патент" . г.ужгород ул.Проектная, 4

° Э

Заказ 1356/33 Тираж 897 Подписное .

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д. 4, 4,5