Устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковом эхолокационном контроле характеристик жидких сред Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства за счет снижения уровня помех, обусловленных радиальными колебаниями . Согласно изобретению устройство снабжено демпфером 4, установленным в дне корпуса 1, выполненного в виде стакана. За счет акустической связи корпуса 1 с пассивной зоной 11 пьезопластины 3 и выполнения корпуса с фасками 6 и 7 под углами 45 и ,40 возникает эффективная трансформация энергии радиальных колебаний в.энергию кольцевого ультразвукового поля нулевой антисимметричной волны Лэмба 1 ил. i 11 25 сл СО 00 сл 00 Oi. -sj

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (ю 4 G 01 N 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1) 3963703/25-28

22) 14.10,85 (46) 07.09.87. Бюл. Ф 33 (71) Институт горного дела им. А.А.Скочинского (72) В.П.Бухгольц и Е.И.Курьянова (53) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1078314, кл. G 01 и 29/04, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ .И

ПРИЕМА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковом эхолокационном контроле характеристик жид„„SU,» 1335867 А1 ких сред. Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства за счет снижения уровня помех, обусловленных радиальными колебаниями. Согласно изобретению устройство снабжено демпфером 4, установленным в дне корпуса 1, выполненного в виде стакана. За счет акустической связи корпуса 1 с пассивной зоной 11 пьезопластины 3 и выполнения корпуса о с фасками 6 и 7 под углами 45 и 40 возникает эффективная трансформация энергии радиальных колебаний в энергию кольцевого ультразвукового поля нулевой антисимметричной волны Лэмба.

1 ил.

1335867

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом эхолокационном контроле характеристик жидких сред, например уровнеметрии, и при испытаниях различных материалов.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности устройства за счет снижения уровня помех, обусловленных 1р радиальными колебаниями.

На чертеже схематично представлено устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов.

Устройство содержит цилиндричес- 15 кий корпус 1, закрепленные в нем протектор 2 и пьезопластину 3 в виде диска. Кроме того, устройство снабжено демпфером 4 из материала с акустиЪ ческим импедансом, равным импедансу 2р пьеэопластины 3, например, из титана.

Корпус выполнен в виде стакана, в в дне которого установлен демпфер 4.

Внутренняя поверхность стакана со стороны открытого торца выполнена с 25 кольцевой проточкой 5, в которой установлена пьезопластина 3, сопряженная внешней плоскостью с протектором

2. Наружная и внутренняя поверхности стакана выполнены с фасками 6 и 7 Зо о под углами 45 и 40 соответственно

Устройство работает следующим образом, В режиме излучения на пьезопласти- 55 ну 3 через высокочастотный разъем 8. подают возбуждающий видеоимпульс и активная эона 10 излучает ультразвуковой импульс. относительно его ocu.

Толщина d цилиндрической части стакана выполнена с возможностью возбуждения нулевой антисимметричной волны Лэмба„ Корпус 1 и протектор 2 выполнены из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу пьезопластины 3. Пьезопластина 3 подключена к регистрирующей аппарату- 4О ре (не показана) при помощи высокочастотного разъема 8.

На пьезопластину 3 нанесен токопроводящий слой 9. Центральная активная зона 10 пьезопластины 3 электри- 45 чески изолирована от пассивной короткозамкнутой периферийной зоны 11.

Для крепления разъемов 8, пьезоплас, тины 3 и протектора 2 к корпусу 1 использован токопроводящий клей с обеспечением герметизации.

При излучении в жидкость у пьеэопластины 3 имеются две частоты колебаний. Одна иэ них вызвана возбуждением активной зоны 10 на толщинном резонансе и благодаря демпфированию ее пассивной зоны 11 обеспечивается уменьшение послезвучания на основной частоте.

Вторая частота колебаний вызвана радиальным возбуждением активной зоны и при недостаточном демпфировании пассивной зоны 11 она может значительно ухудшить форму основных колебаний толщинного резонанса, вызывая вследствие пьезоэффекта дополнительную помеху в виде переиэлучения на толщинном резонансе, Выполнение корпуса 1 иэ материала с акустическим импедансом,близким к импедансу пьезопластины 3, и с фасками 6 и 7 под о углами 45 и 40 придает конструкции корпуса волноводные свойства.

Внешние и внутренние фаски 6 и 7 способствуют улучшению перехода акустической энергии радиальных колебаний в корпус 1 через пассивную зону

11, При этом выбор внутренней фаски . о под углом 40 является оптимальным для перехода радиальных колебаний в энергию колебаний нулевой антисимметричной волны Лэмба. Это вызвано тем, что отражение на конусной поверхности направлено вдоль боковой стенки корпуса 1, т.е. в направлении распространения волны Лэмба, В результате зеркальное отражение от стенки корпуса

1 незначительно и уменьшается уровень реверберационных помех.

Для обеспечения эффективной трансформации радиальных колебаний пьезопластин 3 в волну Лзмба толщина стенки d корпуса 1 выбирается из условия fd < 9 для нулевой антисимметричной волны h,, где f — частота, толщина стенки корпуса, — длина волны.

Благодаря близости акустических импедансов корпуса 1 и пьезопластины

3 отсутствуют отражения от поверхностей их акустического контакта друг с другом и коэффициент прохождения ко-. лебаний через эти поверхности близок к единице.

За счет акустической связи корпуса с пассивной зоной ll и описанной формы корпуса возникает эффективная трансформация энергии радиальных колебаний в энергию кольцевого ультра1335867

Составитель В.Бабина

Техред М Дидык

Редактор П,Гереши

Корректор В.Бутяга

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4041/37

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 звукового поля нулевой антисимметричной волны Лэмба в стенке корпуса 1.

Демпфирование днища корпуса коль5 цевой проточкой 5 исключает возникновение объемной импульсной реверберационной волны Лэмба.

Таким образом, использование устройства позволяет снизить уровень помех, обусловленных радиальными колебаниями при видеоимпульсном электрическом возбуждении пьезоэлемента, включая и повторное переизлучение на толщинном резонансе, что повышает помехозащищенность уравномеров и, следовательно, точность контроля.

Формула изобретения

Устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов, содержащее цилиндрический корпус, закрепленные в нем протектор и пьезопластину в виде диска, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, оно снабжено демпфером, корпус выполнен в виде стакана, в дне которого установлен демпфер, внутренняя поверхность стакана со стороны открытого торца выполнена с кольцевой проточкой, в которой установлена пьеэопластина, сопряженная внешней плоскостью с протектором, наружная и внутренняя поверхности стакана выполнены с фасками под yrо лами 45 и 40 соответственно относительно его оси, толщина цилиндрической части стакана выполнена с возможностью возбуждения в ней нулевой антисимметричной волны Лэмба, а протектор и пьезопластина выполнены из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу пьезопластины.