Ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РАБОТЫ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ, содержащий пьезоэлемент и контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволновой слой отличающийся тем, что, с целью повьт1ения разрешающей способноо ти, согласующий четвертьволновой слой выполнен в виде набора объёдиненных в идентичные группы размещенных параллельно .разновысоких полосок прямоугольного сечения, а количество ±±± л/, j ЕЫМтМЬ-Ь-ЫЬ полосок в группах, их высоту и ширину групп выбирают из условий Af / СА т П: гп Д ОТ ВОЗА О рр количество полосок в группах; где m ulзаданный частотньвТ: диапазой, frrсредняя полоса пропускания nortocKiii ,Ь|высота полоски, - группа I гр . С,,-корость распространения ультразвуковых колебаний в СО материале согласующего слоя, folрезонансная частота i -и полоскиj ьширина 1-й полоски; длина волны на резонансной До частотеJ ом длина волны ультразвуковых ал колебаний в воздухе на резо | нансной частоте, 4 с(г/ ширина групп. СО 4 dn.i /

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ1167494

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Йщ,, % от воз*

М.гр Z (21) 3592919/25-28 (22) 20.05.83 (46) 15.07.85. Бюл. У 26 (72) В.П.Аксенов и В.П.Волосский (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 620.179.16(088.8) (56) 1. Доклады VIII Всесоюзной конференции по нераэрушаюцим физическим методам и средствам контроля, 7-10 июня .1977, с. 444-447;

2. Авторское свидетельство СССР

У 819708, кл. С 01 и 29/04, 1979 (прототип). (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РАБОТЫ В ВОЗДУИНОЙ СРЕДЕ, содержащий пьезоэлемент и контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволновой слой, отличающийся тем, что, с целью повьш ения раэрешающей способносъ ти, согласующий четвертьволновой слой выполнен в виде набора объединенных в идентичные группы размещенных параллельно .разновысоких полосок прямоугольного сечения, а количество полосок в группах, их высоту и ширину групп выбирают из условий

И сл, от ооод

> A,— а п 480; i 2 где tn — количество полосок в группах, Df †. заданный частотный диапазой, .

dg средняя полоса пропускания пойоски, 1 — высота полоски, rp — группа °

Сс„- "корость распространения ультразвуковых колебаний в материале согласующего слоя, f f- резонансная частота i -й полоски, И вЂ шири -й полоски, Я вЂ” длина волны на резонансной частоте, /1 0 - длина волны ультразвуковых колебаний в воздухе на резонансной частоте, d р — ширина групп.

1167494

Изобретение относится к испытаниям и измерениям и может быть применено при ультразвуковой бесконтактной дефектоскопии.

Известен ультразвуковой преобраэо- 5 ватель для работы в воздушной среде, содержащий пьезоэлемент, контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьвояновой слой и перфорированный экран f1 ).

Наиболее близким по технической l0

; (2l 1 < — *; (3) hi 2m

ОТ ВОЗ где m — количество полосок в группах; заданный частотныйдиапаэон; (Яр- средняя полоса пропускания полоски

1 < — высота полоски, группа; сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде, содержащий пьезо- 15 элемент, контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволнопой слой и мембрану.

При этом согласуюций четвертьволно— вой слой со стороны рабочей поверх- 20 ности выполнен с коническими углублениями, а торцовые поверхности выступов расположены друг от друга на расстоянии, не большем половины длины изгибной волны в мембране 25 на рабочей час.тоте (2).

Недостатком известных преобразователей является низкая разрешающая способность, обусловленная узким диапазоном частот, излучаемых и при- 30 нимаемых колебаний.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем,что в ультразвуковом преобразователе для работы в воздушной среде, содержащем пьезоэлемент и контактирующий с его излучаюцей поверхностью согласующий четвертьволновой слой, согласующий четвертьволновой слой выполнен в виде набора объединенных в идентичные группы размещенных параллельно разновысоких полосок прямоугольного сечения, а количество полосок в группах, их высоту и ширину и ширину групп выбирают из условий

hf С„ (1 „сл

С „- скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале согласующего слоя, ń— резонансная частота -й полоски

ИО, — ширина 1-й полоски, — длина волны усльтразвуковых колебаний в воздухе на резонансной частоте, d — ширина групп.

На фиг. 1 изображен ультразвуковой преобразователь, вид спереди; на фиг. 2 — то же, вид сверху.

Преобразователь содержит пьезоэлемент 1 и контактирующий с его излучаюцей поверхностью согласующий четвертьволновой слой 2, выполненный в виде набора размеценных параллельно разновысоких полосок 3 прямоугольного сечения, обьединенных в идентичные группы 4.

При этом параметры согласующего слоя выбирают следующим образом.

Материал для выполнения согласующего слоя выбирают из условия его максимальной акустической прозрачHOCTH

2 sony где Z — удельный акустический импеданс материала согласуюцего четвертьволнового слоя, 7,, 2О „ — удельные акустические импедансы материалов пьезоэлемента и воздуха соответственна.

Для определения количества m полосок в группах находят среднюю полосу дЕО пропускания полоски.

Для этого на рабочей поверхности пьезоэлемента размецают согласующий

\ слой из выбранного материала высотой, равной четверти длины волны ультразвуковых колебаний в этом материале на одной из частот заданного частотного диапазона, снимают амплиткдночастотную характеристику пьезоэлемента с согласующим четвертьволновым слоем и определяют полосу пропускания согласующего слоя на данной частоте. Аналогично находят попосы пропускания согласующих слоев на других частотах заданного частотного диапазона, определяют среднюю полосу пропускания полоски и находят из условия (1) количество m полосок в группах.

11б7494

Фиг. 2

Составитель М.Андреева

Техред О.Неце Корректор М,Розман

Редактор Е.Копча

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4427/42

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

Для определения высоты %, каждой полоски заданный частотный диапазон д разбивают на m равных поддиапазонов, определяют для каждого поддиапазона среднюю частоту и, принимая 5 ее эа резонансную частоту соответствующей полоски из условия (2), находят высоту этой полоски.

Ширину полосок и групп выбирают соответственно из условий (3) и (4), 10 эа счет чего обеспечивается условие ненаправленного излучения каждой полоски по крайней мере в одной общей для всех плоскости и спектральная однородность акустического поля. 15

Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.

При подаче электрического сигнала от возбуждакцего генератора на пьезоэлемент 1 через каждую из согла- 20 сующих полосок 3 в воздушную среду излучаются в виде цилиндрических волн ультразвуковые колебания в диапазоне частот, который определяется высотой данной полоски. Цилиндричес- 25 кие волны, излучаемые разными. полосками в дальней зоне преобразователя, создают суммарное акустическое поле излучения в заданном частотном диапазоне dЮ. Попадая в изделие, ультразвуковые волны отражаются от неоднородностей и дефектов и, пройдя воздушную среду, принимаются аналогичным приемным преобразователем.

По параметрам принятых сигналов определяют параметры дефектов.

Для расширения заданного частотного диапазона излучаемых и принимаемых колебаний целесообразно использовать широкополосные пьезоэлементы или расширить полосу пропускания с плоскопараллельными поверхностями пьезоэлементов с помощью корректирующих цепей из перестраиваемых резистора и индуктивности. В качестве материала для изготовления согласующих полосок может быть выбран пенопласт.

Таким образом, предлагаемый ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде обладает более высокой разрешающей способностью за счет излучения и приема более коротких импульсов вследствие более широкой полосы пропускания.