Ультразвуковой пьезопреобразователь

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии и медицинской диагностике. Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения эффективности преобразования электрической энергии в акустическую при использовании одного типа ультразвуковых колебаний, соответствующего основной собственной моде колебаний поляризованного резонансного элемен- i та. В ультразвуковом пьезопреобразователе излучение ультразвуковых колебаний происходит торцами пьезоке7J У fJ а (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 д1) 4 С 01 И 29/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Щ/2. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ДBTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4029614/25-28 .(22) 03.03.86 (46) 07.12.87. Бюл. II 45 (72) И.Г.!Чмаков (53) 620. 179. 16 (088.8) (56) Домаркас В.И., Кажис Р.-И,Ю.

Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс:

Иинтис, 1975, с. 255.

Эхоостеометр ЭО!"1-01 ц.Техническое описание и инструкция по эксплуатации (2.893.103 ТО). М,: Внеиторгиздат, изд. М- 6.361M, 1984, с. 55. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии и медицинской диагностике.

Целью изобретения является повьппение чувствительности за счет увеличения эффективности преобразования электрической энергии в акустическую при использовании одного типа ультразвуковых колебаний, соответствующего основной собственной моде колебаний поляризованного резонансного элемен-, та. В ультразвуковом пьезопреобразователе излучение ультразвуковых колебаний происходит торцами пьезоке13 рамических стержней /, на боковые поверхности которых, перпендикулярные направлению поляризации пьезокерамики, нанесены возбуждающие электроды Я и 9. При этом размеры поперечного сечения пьезокерамических стержней 7. выбраны намного меньшими длины волны ультразвуковых колебаний в пьезокерамическом материале. Тем самым в пьезокерамическом стержне 7 возможно существование

57833 только одного типа ультразвуковых колебаний, соответствующего основной собственной моде кслебания пьезокерамического стержня 7 в направлении длины. Таким образом, вся электричеекая энергия возбужвения, поступающая на ультразвуковой пьезопреобразователь, полностью преобразуется в энергию ультразвуковых колебаний на рабочей частоте ультразвукового пьезопреобразователя. 2 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии и медицинской диагностике.

Цель изобретения — повышение чувс- 5 твительности за счет увеличения эффективности преобразования электрической энергии в акустическую при использовании одного типа ультразвуковых колебаний, соответствующего ос10 новной собственной моде колебаний поляризованного резонансного элемента.

На фиг.1 представлена схема ульт15 развукового пьезопреобразователя; на фиг.2 — схема резонансной пьезоэлектрической поляризованной структуры.

Ультразвуковой пьезопреобразова20 тель содержит резонансную пьезоэлектрическую поляризованную структуру 1, электрический экран 2, демпфер 3 и согласующий слой 4.

Резонансная пьезоэлектрическая поляризованная структура 1 выполнена в виде матрицы из набора элементов 5, состоящих из расположенных в одной плоскости и разделенных между собой акустически мягким материалом 6 пьезоэлектрических стержней 7 прямоугольного сечения, поляризованных в направлении размера d, перпендикулярном их длине. На поверхности пьеэокерамических стержней 7, перпендикулярных направлению поляризации, нане- З5 сены электроды 8 и 9, при этом электроды Я, нанесенные на одинаково ориентированные поверхности пьезокерамических стержней 7, соединены между собой шинами 10 и с электрическим экраном 2 и образуют первый вывод 11 ультразвукового преобразователя.

Электроды 9, нанесены на противоположно ориентированные поверхности пьезокерамических стержней 7, принадлежащих одному элементу 5,.электрически объединены при помощи шин 12 в группы и образуют вторые электрические выводы 13 ультразвукового преобразователя по числу элементов 5. Поперечные размеры пьезокерамических стержней 7 выбраны из условий

Й (key t (Я+,где Й u t поперечные размеры пьезокерамического стержня 7 в направлении поляризации и перпендикулярно ей, и. 1 — длины волн в материале стержня 7 в,направлении поляризации и перпендикулярно ей. Для.исключения взаимнЬго влияния пьезокерамических стержней 7 друг на друга служит разделяющий их акустически мягкий материал 14.

Ультразвуковой пьезопреобразователь работает следующим образом.

При совместном подключении элементов 5 первый 11 и вторые 13 электрические выводы подключены к общему каналу возбуждения-приема (не показан), В режиме излучения электрические импульсы возбуждения по каналу возбуждения-приема поступают на шины

10 и 12 и через них на электроды Я и

9 всех пьеэокерамических стержней

В результате между электродами 8 и

1357833 и t (cP а «л„

9 возникает электрическое поле, возбуждающее в пьезокерамических стерж-, нях 7 ультразвуковые колебания, которые через согласующий слой 4 излучаются в исследуемый объект (не по- 5 казан). Частота излучаемых ультразвуковым пьезопреобразователем в исследуемый объект ультразвуковых колебаний определяется длиной 1 пьезокерамических стержней 7. В режиме приема поступающие на ультразвуковой пьезопреобразователь ультразвуковые колебания через согласующий слой 4 поступают на пьезокерамические стержни 7, преобразуются в электрические сигналы и по шинам 10 и 12 через первый 11 и вторые 13 электрические выводы попадают в электрический канал возбуждения — приема, где подвергаются обработке.

I .Аналогичным образом ультразвуковой пьезопреобразователь работает в том случае, когда каждый элемент 5 через первыи 11 и второй 13 выводы подключен к индивидуальному каналу возбуждения — приема. Такое подключение ультразвукового пьезопреобразователя позволяет реализовать режим, при котором направление максимума излуче- ЗО ния ультразвуковых колебаний составляет некоторый угол с направлением нормали к апертуре. ультразвукового пьезопреобразователя, путем создания временных задержек между электричес- 35 кими импульсами, возбуждающими элементы 5. Таким же образом в режиме приема имеется возможность синфазного суммирования электрических сигналов, принимаемых элементами 5, путем 40 введения электрических задержек в каждый канал возбуждения-приема. Ре"-жим излучения и приема ульразвуковых колебаний под определенным углом

4 может быть использован в дефектоскопии листовых материалов.

Ф о р м у л а и з о б р е:т е н и я

Ультразвуковой пье з опрео бр аз ов а- . тель, содержащий резонансную пьезоэлектрическую поляризованную структуру с электродами, электрический экран, демпфер и согласующий слой, о.т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пьезоэлектрическая структура выполнена в виде матрицы из набора элементов, состоящих из расположенных в одной плоскости и разделенных между собой акустически мягким материалом пьезокерамических стержней прямоугольного сечения, поляризованных в направлении, перпендикулярном их длине, на поверхности пьезокерамических стержней, перпендикулярных направлению поляризации, нанесены электроды, при этом электроды, нанесенные на одинаково ориентированные поверхности пьезокерамических стержней, соединены между собой и образуют первый вывод ультразвукового преобразователя, а электроды, нанесенные на противоположно ориентированные поверхности, образуют вторые выводы ультразвукового преобразователя по заданному числу элементов в наборе, а поперечные размеры пьезокерамического стержня выбра*ы из условий где Й и t — поперечные размеры пьезокерамического стержня в направлении поляризации и перпендикулярно ей; и - длины волн в материале

t стержня в направлении поляризации и перпендикулярно ей.

1357833 фиг. f

Составитель К,Леонов

Техред М. Ходанич Корректор Л,Пилипенко

Редактор П.Гереши

Заказ 5991/43 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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