Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использован для контроля материалов и изделий, когда необходимо передать ультразвуковой луч криволинейной формы, например при контроле труднодоступных мест изделий. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем придания ультразвуковому лучу криволинейной формы. В корпусе ультразвукового преобразователя сдвиговых волн установлен пьезоэлемент, а корпус состоит из п элементов, каждый из которых содержит две жидкостные и одну твердотелую призму , сопряженную с жидкостными. Все жидкостные призмы идентичны друг другу, и все твердотелые призмы идентичны друг другу. Все твердотелые призмы имеют в основании равнобедренный треугольник. Все элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э1)э G 01 N 29/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4763319/28 (22) 29,11,89 (46) 15.08.92. Бюл. N. 30 (71) Каунасский политехнический институт им. А,Снечкуса (72) Л.В. Юозонене (56) Труды Всесоюзной межвузовской конференции по вопросам ультразвуковой спектроскопии. Каунас, 18 — 20 июня, 1969, с. 60 — 61.

Авторское свидетельство СССР

Ь 876201, кл. G 01 М 29/04, 1980. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СДВИГОВЫХ ВОЛН (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использован для контроля материалов и

Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля материало и иэделий, когда необходимо передать ультразвуковой луч через дугообразный или изгибаемый звукопровод, например при контроле труднодоступных мест изделий.

Известен ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, содержащий жидкостную призму, контактирующий с ней пьезоэлемент и твердотелую призму, предназначенную для контакта с исследуемой средой, Недостатком указанного преобразОвателя является низкая чувствительность контроля.

Наиболее близок к предлагаемому ультрузвуковой преобразователь сдвиговых волн, содержащий жидкостную призму, кон-

„„5U „„1755178 А1 изделий, когда необходимо передать ультразвуковой луч криволинейной формы, например при контроле труднодоступных мест иэделий. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей путем придания ультразвуковому лучу криволинейной формы. В корпусе ультразвукового преобразователя сдвиговых волн установлен пьезоэлемент, а корпус состоит из и элементов, каждый- из которых содержит две жидкостные и одну твердотелую призму, сопряженную с жидкостными. Все жидкостные призмы идентичныдругдругу, и все твердотелые призмы идентичны друг другу.

Все твердотелые призмы имеют в основании равнобедренный треугольник, Все элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку. 1 э.п.ф-лы, 1 ил. тактирующий с ней пьезоэлемент, твердотелую призму, предназначенную для контакта с исследуемой средой, в которой острый угол а жидкостной призмы выбран из условия

С1.1 а= arcsin

v2 Ст2 где С11 — скорость продольйых волн в жидкостной призме;

Ст2 — скорость сдвиговых волн в твердотелой призме, твердотелая призма выполнена прямоугольной с равными сторонами, а материалы ее жидкостной призмы выбраны из условий (Ð1 2 Ст, L1 —

2 — (— 2) С

Р2 СБ1 2 Ст2

СТ2

1755178 где pi — плотность жидкостной призмы; р — плотность материала твердотелой призмы.

Недостатком известного преобразователя является невозможность передачи ультразвукового луча дугообразной формы, который необходимо использовать при контроле труднодоступных мест объектов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн. содержащий установленные в корпусе пьезоэлемент и сопряженные между собой треугольные жидкостную и твердотелую призмы, материалы которых выбраны из условий:

Ci< (<) —; 0 — < VF (Ст ) Cc< р2 С > 2 Ст

Ст2 где С 1 — скорость продольных волн в жидкостной призме;

Ст — скорость сдвиговых волн в твердотелой призме; р1 — плотность материала жидкостной призмы;

pz — плотность материала твердотелой призмы, а угол жидкостной призмы между гранью, контактирующей с торцом корпуса, и гранью, сопряженной с твердотелой призС, мой, выбран из условия а= ercsin ч2 Ст2 снабжен (2п-1), где n = 1, 2, „„жидкостными призмами, каждая из которых полностью идентична основной жидкостной призме, и (и-1) твердотелыми призмами, каждая из ко торых идентична основной твердотелой призме, все жидкостные призмы имеют в основании равнобедренный прямоугольный треугольник, корпус выполнен из n элементов, сопряженных между собой,,в каждом из которых установлены две жидкостные и одна твердотелая призма, равные стороны которой сопряжены с жидкостными призмами, при этом пьезоэлемент установлен в центре торца корпуса.

8се элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку.

На чертеже изображен ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, разрез вдоль eio геометрической оси.

Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн содержит пьезоэлемент 1 продольных волн, первую (основную) жидкостную призму 2, контактирующую с

45 призмы.

Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн работает следующим образом.

Пьезоэлемент 1 излучает продольные ультразвуковые волны в жидкостную призму 2, которые распространяются со скоростью С 1, падая под углом

CLl

a = arcsin — =--- 2 Ст пьезоэлементом, первую (основную) твердотелую призму 3, преломляющий угол которой равен 90О, контактирующую с первой жидкостной призмой и расположенную та5 ким образом, что ультразвуковой луч проходит через ее равные стороны и образует с ними угол 45О, вторую жидкостную призму 4 (контактирующую с первой твердотелой призмой), угол преломления ультразвуково10 го луча в которой равен

Ci, а = arcsin ч2 Ст2 где Сц — скорость продольных волн в жидкостной призме;

Ст2 — скорость сдвиговых волн в твердо телой призме (равен углу падения в первой жидкостной призме), жидкостную призму 5, идентичную по всем

20 параметрам призме 4 и призме 2, вторую твердотелую призму 6, идентичную по всем параметрам призме 3, жидкостную призму

7; контактирующую с второй твердотелой призмой, и т.д. Таким образом преобразователь, кроме основных жидкостной 2 и твердотелой 3 призм, снабжен (2n-1), где n = 1, 2, ..., жидкостными призмами, каждая иэ которых полностью идентична основной жидкостной призме 2, и (n-1) твердотелыми

30 призмами, каждая из которых иденТична основной твердотелой призме 3, при этом все твердотелые призмы имеют в основании равнобедренный прямоугольный треугольник, корпус выполнен из и элементов, со35 пряженных между собой, в каждом из которых установлены две жидкостные и одна твердотелая призма, равные стороны которой сопряжены с жидкостными призмами, причем пьезоэлемент 1 установ40 лен в центре торца корпуса материалы жидкостных и твердотелых призм выбраны из условий;

2-(C 2) (P1)2 т; P < < /2 р2 С 1 2 Ст

Ст2 где p> — плотность материала жидкостной призмы;

pz — плотность материала твердотелой

1755178 на призму 3, а после прохождения границы раздела между призмами 2 и 3 преломляются в твердотелой призме 3 под угломP= 45О и полностью трансформируются в сдвиговые волны, распространяющиеся в твердотелой призме 3 со скоростью Ст . При этом преломленных продольных волн в призме 3 не существует, так как при ф= 45 коэффициент прозрачности продольных волн равен нулю. Кроме того, при выполнении условий:

Р2 С11 Ст .

Ст не существует также отраженных от границы раздела между призмами 2 и 3 продольных волн, так как коэффициент отражения продОльных волн в этом случае равен нулю.

Поэтому в призме 3 распространяются только сдвиговые волны, которые, если пренебречь потерями в материалах призм, получают всю энергию продольных волн, излучаемых пьезоэлементом 1. Пришедшие границу раздела призм 3 и 4 сдвиговые волны падают под углом 45 и преломляются в жидкостной призме 4 под углом а, Продольные волны распространяются в приэмах4 и

5 и падают на границу раздела призм 5 и 6 под углом а, преломляются в призме 6 под углом 45О, также полностью трансформироBBBLUMcb в сдвиговые волны, затем падают на границу раздела призм 6 и 7 под углом

45О, преломляются в призме 7 под углом а в виде продольных волн и выходят через рабочую плоскость призмы 7 перпендикулярно этой плоскости. При использовании большего количества призм можно получить более значительное искривление пучка ультразвуковых волн, Рабочей может быть (при выходе сдвиговых волн) такыре грань твердотЕлой призмы.

При подборе материалов твердотелой и жидкостноц приз: таким образом, чтобы скорость продрщ,ных волн в жидкостйой призме превышала скорость сдвиговых волн в твердотелой призме, можно получить большее изменение направления ультразвукового луча. т,е, большее искривление луча. Однако необходимо одновременно подобрать также и плотность материалов, чтобы было удовлетворено указанное условие полной трансформации продольных волн в жидкостной призме в сдвиговые волны, распространяющиеся в твердотелой призме.

Предлагаемым ультразвуковым преобразователем контролируемый объект может быть облучен как продольными, так и сдвй говыми ультразвуковыми волнами, так как через рабочую плоскость эвукопровода мо20 между собой треугольных жидкостной и твердотелой призм, материалы которых выбраны иэ условий

2—

30

35 контактирующей с торцом корпуса, и гранью, сопряженной с твердотелой призмой, выбран из условия

С а= агсэ1п

<2 Стз

40 отличающийся тем,что,сцелью полностью идентична основной жидкостной

45 призме, и (n-1) твердотелыми призмами, каждая иэ которых идейтична основной

15 гут выходить как продольные (из жидкостной призмы), так и сдвиговые (из твердотелой призмы) волны.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя по сравнению с известным повышается за счет возможности придания ультразвуковому лучу криволинейной формы, что расширяет функциональные возможности преобразователя, так как обеспечивается контролирование ультразвуком закругленных отверстий, например, при сверлении с помощью магнита, когда исключена возможноСть контролирования процесса сверления другими методами.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, состоящий из установленных в корпусе пьезоэлемента сопряженных

CL1 2 (Ст ) Cl1

С 0 С < /2 ° т

Ст где С 1 — скорость продольных волн в жидкостной призме;

Ст — скорость сдвиговых волн в твердотелой призме; р1 и Р— плотности материала жидкостной и твердотелой призм соответственно, а угол ажидкостной призмы между гранью, расширения функциональных возможностей, он снабжен (2п-1), где и = 1, 2, ..., жидкостными призмами; каждая из которых твердотелой призме, все твердотелые приэмы имеют в основании равнобедренный треугольник, корпус выполнен из и элементов, сопряженных между собой, в каждом из которых установлены две жидкостные призмы и одна твердотелая призма, равные стороны которой сопряжены с жидкостными призмами, при этом пьезоэлемент установлен в центре торца корпуса

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности, все элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку.

1755178

Составитель Л, Юозонене

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С. Лисина

Редактор А. Огар

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

Заказ 283 9

Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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