Пъезопреобразователь

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение разрешаюш,ей способности преобразователя вследствие формирования узкого слаборасходящегося пучка ультразвуковых колебаний благодаря снабжению пьезопреобразователя дополнительными электродами и делителями, выбором размеров электродов, амплитуд и фаз и подаваемых на них напряжений. Генератор 20 через делители 12-15 возбуждает пьезоэлемент 1. Вследствие того, что круговые и кольцевые электроды 4-11 на каждом основании 2 и 3 расположены аксиальносимметрично один под другим, образуя пары, и размеры их выбраны специально, а коэффициент деления К-го делителя 12-15 обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя 1о первого рода нулевого порядка , пьезоэлемент 1 формирует узкий слаборасходящийся пучок ультразвуковых колебаний . Аналогичным образом в соответствии с обратным пьезоэффектом происходит прием колебаний и передача эквивалентного им электрического сигнала в приемный блок 21. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 G 01 N 29/00, 29/04ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4124665/25-28 (22) 26.09.86 (46) 23.06.88. Бюл. № 23 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) А. A. Карпельсон (53) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 836579, кл. G 01 N 29/04, 1977.

Королев М. В., Карпельсон А. Е. Широкополосные ультразвуковые пьезопреобразователи. — М.: Машиностроение, 1982, с. 145. (54) П ЬЕЗОП РЕОБРАЗ ОВАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя вследствие формирования узкого слаборасходящегося пучка ультразвуковых колебаний благодаря

„„Я0„„1404926 А 1 снабжению пьезопреобразователя дополнительными электродами и делителями, выбором размеров электродов, амплитуд и фаз и подаваемых на них напряжений. Генератор

20 через делители 12 — 15 возбуждает пьезоэлемент 1. Вследствие того, что круговые и кольцевые электроды 4 — 11 на каждом основании 2 и 3 расположены аксиальносимметрично один под другим, образуя пары, и размеры их выбраны специально, а коэффициент деления К-го делителя !2 в 15 обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя Io первого рода нулевого порядка, пьезоэлемент 1 формирует узкий слаборасходящийся пучок ультразвуковых колебаний. Аналогичным образом в соответствии с обратным пьезоэффектом происходит прием колебаний и передача эквивалентного им электрического сигнала в приемный блок 21. 3 ил.

1404926

Изобретение относится к акустическим методам неразрушаюшего контроля и может быть использовано, например, при ультразвуковой дефектоскопии или толщинометрии.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя за счет формирования узкого слаборасходящегося пучка акустических колебаний.

На фиг. 1 схематично представлен пьезопреобразователь; на фиг. 2 представлены сечение пьезопреобразователя и графики распределения вдоль радиуса r нормальной к основаниям составляющей напряженности возбуждающего электрического поля Е,(г) на нижнем основании преобразователя, т.е. при Z=O (сплошная линия) и график функции Бесселя Io (х) (пунктирная линия); на фиг. 3 представлена схема делителя пьезопреобразователя.

Пьезопреобразователь содержит дисковый пьезоэлемент 1 с основаниями 2 и 3, круговые электроды 4 и 5 и кольцевые электроды 6 — 11. Пьезопреобразователь также содержит делители 12 — 15. На основании 2 пьезоэлемента 1 аксиально-симметрично расположены электроды 4, 6, 8 и 10 с минимальным зазором друг относительно друга. На основании 3 пьезоэлемента 1 также аксиально-симметрично расположены электроды 5, 7, 9 и 11. Расположенные друг напротив друга электроды 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11 образуют пары, которым присвоен порядковый номер, начиная с первого для круговых электродов и кончая К-ым. Средние диаметры парных кольцевых электродов 6 и 7, 8 и 9 и 10 и 11 равны. Внешний радиус каждого К-го электрода 4, 6, 8 и 10 на основании 2 пьезоэлемента 1 соответствует К-му нулю функции Бесселя Iо первого рода нулевого порядка, причем внешний радиус последнего кольцевого электрода 10 также равен радиусу пьезоэлемента 1. Ширина каждого электрода 4, 6, 8 и 10 превышает ширину парного ему электрода 5, 7, 9 и 11 в 2,5 — 3,5 раза. Количество делителей 12, 13, 14 и 15 соответствует количеству пар электросцзв 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, а коэффициент деления К-ro делителя обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя Io первого рода нулевого порядка. Выходы делителей 12 в 15 соединены парами с электродами 4 — 11 таким образом, что расположенные на основании 2 соседние электроды, например, 2 и 4 или 4 и 6 связаны с разноименными концами делителей 12 — 14. Каждый делитель включает в себя диодный ограничитель 16 и сопротивления 17, 18 и 19. Позицией 20 на фигурах обозначен генератор, а позицией 21 — приемный блок.

Преобразователь работает следующим образом.

В качестве пьезоэлемента 1, например, используют пьезопластину из керамики

ЦТС вЂ” 19 радиусом R=15 мм и толщиной

0,72 мм с резонансной частотой 2,5 МГц.

Выбрав количество пар электродов 4 — 11

К=4, выясняют, что внешний радиус электрода 10, равный 15 мм, соответствует 4-му нулю функции 1(x), т.е. величине x=11,8, внешний радиус электрода 6 соответствует

3-му нулю функции Ip(x), т.е. величине

x=8,7, и равен 11 мм, внешний радиус электрода 6 соответствует 2-му нулю функции 1о (х), т.е. величине x=5,3, и равен 7,2 мм, а радиус электрода 4 соответствует 1-му нулю функции Ip(x), т.е. величина х=2,5, и равен 3,6 мм. Величину сопротивлений !7—

19 делителей 12 — 15 выбирают, например, из таблицы.

Поперечные размеры узких электродов

5, 7, 9 и 11, например, в 3 раза меньше размеров, соответствующих им парных электродов 4, 6, 8 и 10. В режиме возбуждения сигнал с зондирующего генератора

20 через диодные ограничители 16, например, на диодах КД522А и сопротивления

18 и 19 делителей 12 в 15 поступает на электроды 4 — 11. Номиналы сопротивлений

18 обеспечивают подачи гармонического напряжения с частотой 2,5 МГц и амплитудой с первого делителя 12 на первую пару электродов 4 и 5, причем плюс подается на электрод 4, напряжения амплитудой 0,4и с второго делителя 13 на вторую пару электродов 6 и 7, причем плюс подается на электрод 7, напряжения амплитудой 0,3и с третьего делителя 14 на третью пару электродов 8 и 9, причем плюс подается на электрод 8, напряжения амплитудой 0,25и с четвертого делителя 15 на четвертую пару электродов 10 и 11, причем плюс подается на электрод 11.

Внутри пьезоэлемента 1 возникает сложное распределение напряженности E,(ã) возбуждающего электрического поля, которое мало отличается от функции Бесселя

Io(x). Возбуждающее поле формирует излучаемый узкий слаборасходящийся пучок ультразвуковых колебаний. В режиме приема пьезоэлемент 1 трансформирует ультразвуковые колебания в электрический сигнал, который через сопротивления 17 и 18 делителей !2 — 15 поступает в приемный блок

21. При работе пьезоэлемента в режиме приема диодные ограничители 16 отключают генератор 20.

Описанный в ходе работы пример реализации преобразователя при подключении к генератору и блоку приема ультразвукового дефектоскопа УД вЂ” 11ПУ и измерениях в совмешенном режиме ввода на отражателе, в качестве которого используется шарик диаметром 1,5 мм, формирует на расстояниях от 15 до 275 мм ультразвуковой пучок по уровню 0,1 А,„диаметром 8—

13 мм.

Формирование узкого слаборасходящегося ультразвукового пучка обусловлено как специальным выбором размеров электродов, 1404926

Формула изобретения

Величина сопротивления делителя, Ом с второго 13 третьего 14

Сопротивление четвертого 15 первого 12

15

7,5

1б г,ми

К пьезозле еиту фиг. Ю фиг.2

Составитель В. Гондаревский

Редактор А. Шандор Техред И. Верес Корректор В Братяга

Заказ 3096/47 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4 так и выбором амплитуд и фаз подаваемых на них напряжений.

Применение пьезопреобразователя в ульт развуковой дефектоскопии позволяет повысить фронтальную разрешающую способность и довести ее до 3 мм по стали на глубине 50 мм.

Пьезопреобразователь, содержащий дисковый пьезоэлемент и размещенные на каждом его основании аксиально-симметричные электроды, выполненные в виде расположенных на противоположных сторонах друг напротив друга кругов и колец, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности путем формирования узкого слаборасходящегося пучка акустических колебаний, он снабжен дополнительными концентричными, расположенными на противоположных сторонах попарно друг напротив друга кольцевыми электродами и делителями по количеству пар электродов, коэффициент деления К-го делителя обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя lo первого рода нулевого порядка, средние диаметры парных кольцевых электродов равны, на одном основании электроды расположены с минимальным зазором, внешний радиус каждого

К-ro электрода соответствует К-му нулю функции Бесселя 1о, внешний радиус последнего электрода равен радиусу пьезоэлемента, ширина электрода на этом основании превышает в 2,5 — 3,5 раза ширину пар15 ного электрода на противоположном основании, а выходы делителей соединены с электродами так, что каждый соседний электрод, расположенный на одном основании, связан с разноименными концами делителя.