Ультразвуковой преобразователь для контроля движущихся протяженных объектов

 

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности контроля тонких цилиндрических и листовых объектов за счет обеспечения возможности возбуждения и приема различных мод УЗ-колебаний в объектах. Механизмом 4 перемещения пьезоэлемента 3 вдоль его акустической оси устанавливают необходимую ширину зоны возбуждения - приема преобразователя. Механизмом 5 поворота пьезоэлемента 3 в плоскости вращения корпуса 2 вокруг точки пересечения акустической оси пьезоэлемента 3 с корпусом 2 устанавливают необходимый угол возбуждения - приема преобразователя. Движущийся контролируемый объект 19 за счет сил трения в месте контакта вращает корпус 2. Акустические колебания от пьезоэлемента 3 к объекту 19 передаются через контактную жидкость 13. Один преобразователь возбуждает в объекте выбранную моду колебаний, а другой осуществляет прием. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (01)0 G 01 N 29/00, 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В ()

О

Ql

1$

5

rs

40иг f

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4421636/28 (22) 06.05,88 (46) 15,08.91. Бюл. ¹ 30 (71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофизики АН УЗССР (72) Q.Ø. Хакимов, А.Л. Бурнаев и И.Е. Орехов (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹563619,,кл. G 01 N 29/04, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 200328, кл. G 01 N 29/00, 1965. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДВИЖУЩИХСЯ

ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к акустическим методам нераэрушающего контроля. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точ„ Ы„, 1670580 А1 ности контроля тонких цилиндрических и листовых объектов путем обеспечения воэможности и приема различных мод УЗ-колебаний в объектах. Механизмом 4 перемещения пьезоэлемента 3 вдоль его акустической оси устанавливают необходимую ширину зоны возбуждения-приема преобразователя. Механизмом 5 поворота пьезоэлемента 3 в плоскости вращения корпуса 2 вокруг точки пересечения акустической оси пьезоэлемента 3 с корпусом 2 устанавливают необходимый угол возбуждения-приема преобразователя. Движущийся контролируемый объект 19 эа счет сил трения в месте контакта вращает корпус

2. Акустические колебания от пьезоэлемента 3 к обьекту 19 передаются через контактную жидкость 13. Один преобразователь возбуждает в объекте выбранную моду колебаний, а другой осуществляет прием. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1670580

Изобретение относится к акустическим методам нераэрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковой (УЗ) дефек1оскопии и контроле физико-механических характеристик материалов протяженных обьектов, например волокон, нитей, узких пленок и т.п.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности контроля тонких цилиндрических и листовых объектов путем обеспечения воэможности возбуждения и приема различных лод УЗ колебаний в обьектах, а также упрощение конструкции при ориентации вала в горизонтальной плоскости эа счет исключения необходимости герметизации полости корпуса, На фиг. 1 представлено УЗ преобразователь, сечение в плоскости вращения; на фиг, 2 — сечение А — А на фиг. 1.

УЗ преобразователь для контроля движущихся протяженных объектов содержит вал 1, выполненный в виде тела вращения и смонтированный на валу с воэможностью поворота полый корпус 2 и установленные на валу фокусирующий пьезоэлемент 3, механизм 4 перемещения пьезоэлемента 3 вдоль его акустической оси и механизм 5 поворота пьезоэлемента 3 в плоскости вращения корпуса 2 вокруг точки пересечения акустической оси пьезоэлемента 3 с корпусом 2. Механизм 4 выполнен в виде стержня

6, размещенных на нем фиксатора 7, держателя 8 пьезоэлемента и установленного между ними упругого элемента 9. Механизм

5 выполнен в виде дугообразной направляющей 10, контактирующей с корпусом 2 роликами 11, и взаимодействующего с направляющей 10 ползуна 12 с отверстием.

Направляющая 10 жестко закреплена на валу 1, Стержень 6 установлен в отверстии ползуна 12. Ползун 12 расположен между фиксатором 7 и упругим элементом 9, Центр кривизны направляющей 10 лежит на внутренней поверхности корпуса 2. Пьезоэлемент 3 закреплен в держателе 8 так, что его акустическая ось совпадает с осью стержня

6 и проходит через центр кривизны направляющей 10. УЗ преобразователь также содержит заполняющую корпус 2 контактную жидкость 13, уровень которой не превышает нижней точки вала 1, установленный с возможностью вращения на валу 1 цилиндр

14, упругий тросик 15, обвитый вокруг цилиндра 14 и роликов 11 и закрепленный концами на полэуне 12, резиновые демпферы 16 на внутренней поверхности корпуса 2 и подшипники 17 качения, установленные между корпусом 2 и валом 1. Корпус выпол5

55 нен с проточкой 18 на наружной цилиндрической поверхности, УЗ преобразователь для контроля движущихся протяженных обьектов работает следующим образом.

Механизмом 4 устанавливают необходимую ширину эоны возбуждения-приема преобразователя путем изменения положения пьезоэлемента 3 по высоте, Для этого устанавливают фиксатор 7 в заданное положение на стержне 6, Механизмом 5 устанавливают необходимый угол возбуждения-приема преобразователя путем изменения углового положения пьезоэлемента 3, Для этого поворачивают цилиндр

14 с навитым на него тросиком 15. Тросик

15 через ролики 11 тянет полэун 12 по направляющей 10. Установленный в ползуне

12 стержень 6 с держателем 8 изменяют угол наклона пьезоэлемента 3 с сохранением местоположения точки ввода. Движущийся контролируемый объект 19 за счет сил трения н месте контакта в проточке 18 корпуса 2 приводит последний во вращение. Взаимодействующий с корпусом 2 через подшипники 17 вал 1 и установленный на нем пьезоэлемент 3 остаются неподвижными. В режиме излучения пьезоэлемент 3 фокусируРт УЗ колебания через жидкость

13 в зону контакта с объектом 19. Распространяющиеся в объекте УЗ колебания фиксируются аналогичным преобразователем, работающим в режиме приема. Измеряя параметры принятых колебаний, определяют качество объекта 19. Демпферы 16 снижают реверберационные шумы преобразователя.

Для возбуждения в обьекте продольных

УЗ колебаний угол ввода должен удовлетворять условию 0 < а < 90, При этом пучок

УЗ колебаний концентрируется на поверхности образца в виде точки (для нитей и волокон) или в виде поперечной линии (для пленок). Для возбуждения в объекте изгибных и поверхностных мод УЗ колебаний пучок УЗ колебаний в месте ввода должен иметь некоторую ширину по длине объекта, т.е. возбуждение осуществляется в прямоугольной зоне конечной длины и ширины.

Для возбуждения поверхностных волн угол падения УЗ колебаний в объект определяется соотношением

sin а = c>/ñã, где с1 — скорость УЗ колебаний в жидкости; сг — скорость поверхностных волн в объекте.

Ширина волнового фронта падающей волны должна быть не меньше, чем

4h (c>/ñ2) tg P sin P, где Р— угол прелом1670580

17 ления УЗ колебаний при вводе УЗ колебаний в обьект; h — толщина объекта.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой преобразователь для контроля движущихся протяженных объек- 5 тов, содержащий вал, выполненный в виде тела вращения и установленный на валу с воэможностью поворота полый корпус, установленные на валу пьезоэлемент и механизм перемещения пьезоэлемента вдоль 10 его акустической оси и заполняющую корпус контактную жидкость, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности контроля тонких цилиндрических и 15 листовых объектов путем обеспечения возможности возбуждения и приема различных мод ультразвуковых колебаний в объектах, он снабжен механизмом поворота пьезоэлемента в плоскости вращения кор- 20 пуса вокруг точки пересечения акустической оси пьезоэлемента с корпусом, механизм поворота пьезоэлемента установлен на валу, а пьезоэлемент выполнен фокусирую щим. 7

4-A

2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что механизм поворота пьезоэлемента выполнен в виде дугообразной направляющей, закрепленной на валу, взаимодействующего с ней ползуна с отверстием, механизм перемещения пьезоэлемента вдоль его акустической оси выполнен в виде стержня, размещенных на нем фиксатора, держателя пьезоэлемента и установленного между ними упругого элемента, стержень механизма перемещения пьезоэлемента установлен в отверстии ползуна, ползун расположен между фиксатором и упругим элементом, центр кривизны дугообразной направляющей лежит на внутренней поверхности корпуса, а пьезоэлемент закреплен в держателе механизма перемещения так, что его акустическая ось совпадает с осью стержня и проходит через центр кривизны дугообразной направляющей.

3. Преобразователь по пп.1 и 2, отл и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции при ориентации вала в горизонтальной плоскости, уровень контактной жидкости не превышает нижней точки вала.