Пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения - расширение полосы частот принимаемых сигналов при сохранении чувствительности преобразователя. Сигнал акустический эмиссии поступает на пьзоэлемент и принимается электродами с диэлектрическим изолирующим слоем между ними. Один из электродов размещен на нерабочей поверхности пьезоэлемента и является колеблющейся обкладкой образованного электродами конденсатора. Внутреннее электростатическое поле этого конденсатора образуется пьезоэлементом при приеме сигнала акустической эмиссии. В результате колебаний одного из электродов на выходе появляется сигнал, амплитуда которого не зависит от частоты колебаний. Таким образом расширяется полоса частот принимаемых сигналов при сохранении свойственной резонансным пьезопреобразователем высокой чувствительности. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 N 29/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4673899/28 (22) 04.04,89 (46) 23.07,91. Бюл. N 27 (71) Институт сверхтвердых материалов

АН УССР (72) С.Ф.Филоненко, Н.И.Городыский, В.В.Смирнов и З.P.Ìàëèíîâñêàÿ (53) 620.179.16(088.8) (56) Грешников В.А., Дробот Ю,Б. Акустическая эмиссия. М.: изд-во Стандартов, 1976, с. 73-76. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ (57) Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения — расширение полосы частот принимаемых сигналов при сохранении чувствительности

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом контроле методом акустической эмиссии.

Цель изобретения — расширение полосы частот принимаемых сигналов при сохранении чувствительности преобразователя, На фиг.1 показан пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии; на фиг.2 и 3 — частотные зависимости амплитуды принятого сигнала, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит полый корпус 1, пьезоэлемент 2. размещенный íà его нерабочей поверхности первый электрод 3, электрические выводы 4 и 5, заполняющий Ы„„1665295 А1 преобразователя, Сигнал акустической эмиссии поступает на пьезоэлемент и принимается электродами с диэлектрическим изолирующим слоем между ними. Один из электродов размещен на нерабочей поверхности пьезоэлемента и является колеблющейся обкладкой образованного электродами конденсатора. Внутреннее электростатическое. поле этого конденсатора образуется пьезоэлементом при приеме сигнала акустической эмиссии. В результате колебаний одного из электродов HB выходе появляется сигнал, амплитуда которого не зависит от частоты колебаний. Таким образом, расширяется полоса частот принимаемых сигналов при сохранении свойственной резонансным пьезопреобразователем высокой чувствительности. 3 ил. внутреннее пространство между стенками корпуса и пьезоэлементам компаунд 6, Над первым электродом 3 размещен второй электрод 7 через диэлектрический изолирующий слой 8 между ними. К электродам 3 и

7 подключены выводы 4 и 5 соответственно.

Преобразователь работает следующим образом.

При проведении испытаний преобразователь устанавливается на контролируемом образце или механических захватах испытательной машины. При излучении материалом акустической волны преобразователем осуществляется ее прием и преобразование в электрический сигнал, который усиливается и выделяется его огибающей. Расширение полосы частот принимаемых сигналов осу1665295! ( \

1 (1 ! ществляется за счет того, что в преобразователе реализован режим работы пьезоэлемента, близкий к режиму холостого хода, т,е. электрически разомкнутому состоянию.

Это электрически разомкнутое состояние реализовано благодаря тому, что электроды

3 и 7 нанесены не непосредственно на поверхность пьезоэлемента 2, но через диэлектрический изолирующий слой 8., Образованный электродами 3 и 7 и слоем 8, диэлектрика между ними конденсатор по существу является емкостным датчиком, принцип действия которого основан на из менении емкости конденсатора при колеба, ниях одной из его обкладок. Если внутри, конденсатора создать электростатическое поле, то на выходе появится переменная составляющая напряжения, амплитуда которой не зависит от частоты. Поэтому электрод 3 является колеблющейся обкладкой ,. такого конденсатора, а электростатическое ! поле создается пьезоэлементами при приеме сигнала акустической эмиссии.

Таким образом, чувствительность преобразователя сохраняется, так как электростатическое поле создается непос-. ! редственно пьезоэлементом, а полоса частот принимаемых сигналов акустической эмиссии расширяется, так как амплитуда сигнала с электродов преобразователя не зависит от частоты колебаний.

На фиг. 2 показана огибающая принятого сигнала акустической эмиссии разработанным преобразователем (а) и преобразователем типа ППР-022 (б). При одинаковой амплитудеогибающей на выходе последнего появляется целая серия электрических сигналов, связанная с многократным действием прямого и обратного пьезоэффектов, Причем, помимо ложной дополнительной информации, происходит искажение не только формы, но и других параметров сиг5 нала (длительность, амплитуда и т,д.), В разработанном преобразователе эти недостатки устранены.

На фиг.3 показаны амплитудно-частотные характеристики преобразователя типа

10 ППР-022 (а) и разработанного (б). Полоса рабочих частот преобразователя ППР-022 составляет около 120.кГц, в то время как у разработанного более 5 МГц. Причем ограничение полосы на частоте 5 МГц связано

15 уже с полосой рабочих частот регистрирующей аппаратуры.

Таким образом, преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии сочетает в себе высокую чувствительность

20 резонансных пьезоэлектрических преобразователей и широкополосность емкостных датчиков.

Формула изобретения

25 . Пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов, акустической эмиссии, содержащий корпус, установленный в нем пьезоэлемент, размещенный на его нерабочей поверхности первый электрод и

30 заполняющий пространство между стенками корпуса и пьезоэлементом компаунд, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы частот принимаемых сигналов при сохранении чувствительности, 35 он снабжен вторым электродом, размещенным над первым электродом, и расположенным между электродами диэлектрическим изолирующим слоем.

1665295

Фиг 2

t,оаэи. е

"овн. ед

Составитель В.Сорокин

Техред М.Моргентал

Редактор В.Данко

Корректор Э.Лончакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2389 Тираж 396 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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