Пъезоэлектрический преобразователь для измерения скорости ультразвуковых колебаний

 

Изобретение относится к области ультразвуковых измерений.Целью изобретения является повьшение точности измерений за счет акустической разгрузки пьезопластины. В преобразователе , содержащем полуволновую пластину, прикрепленную к жесткой подложке с помощью слоя клея, толщину клея выбирают равной четверти длины волны, а удельные акустические сопротивления материалов подложки ZT, соединительного слоя Z, клея удовлетворяют со- 1 ил. т и пьезопластины Z, отношениям Z 2 Z Z,Z. &

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСтВЕННЬН4 НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3809075/25-28 (22) 01 ° 11,84 (46) 28.0? 87.Бюл . Ф 8 (71) Ленинградский электротехнический институтим. В.И.Ульянова (Ленина) (72) Л.А.Яковлев, А.Н.Костюк, А.Н,Перегудов и М.M.Шевелько (53) 620,179. 16 (088.8) (56) Королев M.В., Карпельсон А.E

Широкополосные ультразвуковые пьезопреобразователи, — М.: Машиностроение, 1982, с.lб-l7.

Бергман Л. Ультразвук и его применение, — N. Иностранная литерату— ра, 1956, с.!07.

„,SU,,1293493 А1 (51) 4 G Ol H 5/00 G 0) И 29/00 (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕЬАНИЙ (57) Изобретение относится к области ультразвуковых измерений. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет акустической разгрузки пьезопластины. В преобразователе, содержащем полуволновую пластину, прикрепленную к жесткой подложке с помощью слоя клея, толщину клея выбирают равной четверти длины волны, а удельные акустические сопротивления материалов подложки ZT соединительногo слоя Е клея и пьезопластины Zn удовлетворяют соотношениям Z — Z„, Z„(Z„. 1 ил.

1293493

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано для прецизионного определения скорости ультразвука в твердых телах. 5

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет акустической разгрузки пьезопластины.

На чертеже показан пьезоэлектрический преобразователь для измерения скорости ультразвуковых колебаний.

Пьезоэлектрический преобразователь содержит жесткую подложку 1, выполненную, например, в виде конуса или пирамиды, пьезопластину 2 с электродами толщиной, равной половине длины волны ультразвуковых колебаний, прикрепленной тыпьной стороной к жесткой подложке 1 с помощью соединительного слоя 3 клея, толщина которого равна четверти длины волны ультразвуковых колебаний, причем удельные акустические сопротивления

ZT, Zq, Е„ материалов, соответственно, подложки 1, соединительного слоя

3, и ньезопластины 2 удовлетворяют соотношению

Е Ед, Ес Е е

Преобразователь установлен на образце 4 через контактную среду 5.

Выбор толщины слоя 3 и материалов элементов преобразователя обусловлен тем что тыльная акустическая нагФ

35 рузка на пьезопластину должна быть минимальна, т.е. такой, как у ненагруженных полуволновых пьезопластин, которые ранее использовались для прецизионных измерений скорости ультразвуковых колебаний импульсно- . фазовым методом.

Если выбрать в качестве активного элемента, например, полуволновую кварцевую пластину 2 У вЂ сре с Z

10,3"10 кг/м с, эпоксидный клееь вой соединительный слой 3 с Z с =

1 ° 10 кг/м ° с и подложку 3 с ZT = )

6 2 б

20 10 кг/м . с из рубина (стекла, кварца), для четвертьволнового соединительного слоя Э удельное акустическое сопротивление Е „ нагрузки на тыльную сторону пьезопластины будет равным

Zñ 1

Z 10

Z„ 20

= 0,05 10 кг/м с, т.е. сопротивление Z „тыльной нагрузки преобразователя будет весьма мало (примерно на два порядка ниже сопротивления Z„). По этой причине преобразователь будет обладать теми же фазовыми характеристиками, что и ненагруженная полуволновая пьезопластина, но при этом будет обладать значительно большей прочностью.

Это позволяет с высокой степенью точности, как и у ненагруженных пьезопластин, определить частоту

Х нулевого фазового сдвига преобразователя, что в свою очередь, позволит (при проведении измерений на частотах, близких к f ) свести к минимуму погрешности, обусловленные фазовыми сдвигами, создаваемыми самим преобразователем, I

Преобразователь работает следующим о бр азо м.

Пр ео б р аз о в ат ел у ст ан а влив ают на образец 4 через контактную среду

5. Под действием приложенного к электродам пьезопластины 2 электрического напряжения пластина 2 начинает колебаться и возбуждает в образце 4 импульсы ультразвуковых колебаний на частоте, близкой к f которые после прохождения через материал образца 4 и отражения от его стенок принимаются тем же преобразователем с помощью пьезопластины 2 (в случае использования метода прохождения для приема используют еще один преобразователь, установленный на противоположной стороне образца

4). Затем, сравнивая фазы двух принятых импульсов, прошедших в образце

4 различные пути, определяют скорость ультразвуковых колебаний в образце 4.

Выбор стекла, монокристаллического кварца или рубина в качестве ма-. териала подложки обусловлен достаточно большим акустическим сопротивлением этих материалов и их хорошей способностью к механической обработке шлифованием. Шлифовка в свою очередь нужна для реализации весьма тонких плоскопараллельных слоев 3 (7; =10 мкм на частоте f=30 МГц). Выбор формы подложки в виде пирамиды или конуса обусловлен ее способностью подавлять нежелательные сигналы, возникающие в результате многократных отражений.

1293493 г 2п, Zñ(Z.

Составитель С. Волков

Редактор М,Тдвтин Техред М.Ходанич

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 372/42 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь для измерения скорости ультразвуковых колебаний, содержащий жесткую подложку, пьезопластину толщиной, равной половине длины ультразвукоаык колебаний, прикрепленную к жесткой подложке с помощью соединительного слоя, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерений эа счет акустической разгрузки пьеэопластины, соединитель. ный слой выполнен иэ клея толщиной, равной четверти длины волны, а удель. ные акустические сопротивления Z»

Z и Е„ материалов, соответственно, подложки, соединительного слоя клея и пьеэопластины удовлетворяют услови ю