Сферический механизм

 

Изобретение относится к области наразрушающего контроля и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии для контроля конструкций, имеющих фигурную форму поверхности. Целью изобретения является повышение КПД устройства за счет улучшения фокусировки. Указанная цель осуществляется тем,что в известном фокусирующем устройстве, содержащем ультразвуковой цилиндрический корпус 7, установленные в нем ультразвуковой (у.з.) концентратор 3, протектор 1 и контактную

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПА1ЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4816284/28 (22) 17.Ь4.90 (46) 07.12.92. Бюл. ЬЬ 45 (71) Институт физики металлов Уральского отделения AH СССР (72) В.M.Êëÿãèí, Ю.И.Сазонов, В.Е.Щербинин и Н.И,Чарикова (56) Патент Великобритании М 1465547, кл.

В 06 В 3/04, 1974 (прототип). (54) ФОКУСИРУЮЩЕЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЕ

УСТРОЙСТВО

„„Я „„1779992 А1 (57) Изобретение относится к области наразрушающего контроля и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии для контроля конструкций, имеющих фигурную форму поверхности. Целью изобретения является повышение КПД устройства за счет улучшения фокусировки. Указанная цель осуществляется тем,что в известном фокусирующем устройстве, содержащем ультразвуковой цилиндрический корпус 7, установленные в нем ультразвуковой (у.з.) концентратор 3, протектор 1 и контактную

1779992 жидкость 6, поверхность протектора, обращенная к концентратору выполнена конгруэнтной, а другая — заданной формы, на поверхности протектора, обращенной к концентратору, выполнено согласующее покрытие, толщина которого равна одной четверти длины волны ультразвука в материале

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии, например, в качестве универсальной головки дефекто скопа, предназначенного для контроля изделий, конструкций машин, имеющих фигурную форму поверхности.

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия излучателя и точности; фокусировки (локальности) за счет того, что устройство снабжено протектором, обеспечивающим выход фокусируемого ультразвукового излучения без преломления и отражения при перемещении точки фокуса вдоль оси за счет механического осевого перемещения концентратора.

Устройство состоит (фиг.1) из протектора 1 с четвертьволновым слоем 4, концентратора 3, подвижного штока 12, цилиндрического баллона 7, уплотнения 8, болта 9, узла фиксации штока 11 с уплотнителем 10, контактной жидкости 6, электронного блока 13, коаксиального кабеля 14, Протектор 1 выполнен из материала с акустическим волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению контролируемого изделия 2, и изготовлен в виде мениска, при этом наружная поверхность его повторяет форму контролируемого изделия, а внутренняя покрытая четвертьволновым слоем 4, может быть конгруэнтна поверхности концентратора 3 .(фиг.1 и 2) или иметь большую кривизну, чем концентратор(фиг.3). Протектор выполнен съемным и плотно устанавливается в нижней части цилиндрического баллона 7 с помощью уплотнения 8 по принципу пробки. Концентратор 3 устанавливается в нижней части подвижного штока 12 соосно с ним. Узлом фиксации штока 10 с помощью гайки 11, а также внутренними стенками баллона 7 обеспечивается соосность концентратора 3 и протектора. Гайка 11 регулирует степень подвижности штока и сальника 10, обеспечивающего герметичность баллона при движении штока. Болт 9 служит для обеспечения герметизации бал5

45 протектора. Кроме того, у.з. концентратор 3 выполнен с возможностью пеоемещения вдоль оси корпуса. Фокусирующее устройство устанавливают на контролируемом изделии и перемещают концентрацию вдоль оси, фокусируя ультразвуковые колебания на необходимой глубине в изделии.3 э.п.флы. 5 ил, лона после его заполнения контактной жидкостью 6. Это может быть вода, трансформаторное масло и т.д, Электронный блок 13 предназначен для подачи сгенерированных колебаний ультразвуковой частоты на пластину концентратора 3 и усиления принятых отраженных сигналов, а также для анализа совокупной картины этих импульсов. Концентратор 3 выполнен, например, из пьеэокерамики ЦТС-19. Он служит как для изучения, так и для приема отраженных ультразвуковых зондирующих импульсов.

Концентратор подсоединяется к электронному блоку коаксиальным кабелем 14, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем концентратор и протектор, последний выполнен съемным и в зависимости от функциональной задачи конструктивно различным, а концентратор закреплен на подвижном штоке. Протектор съюстирован с концентратором и выполнен в виде мениска из материала с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению одного из ряда конструкционных наиболее часто используемых в промышленности материалов: например из алюминия, титана, железа, меди. При этом поверхность протектора (мениска), обращенная к излучателю, покрыта четвертьволновым согласующим слоем и имеет кривизну поверхности, обеспечивающую перпендикулярное падение лучей (фиг,2 и

3). Акустическое волновое сопротивление четвертьволнового слоя выбираем Z, равным

z=fzi Е (1) где Z> — акустическое волновое сопротивление мениска-протектора;

Z2 — акустическое волновое сопротивление среды между концентратором и протектором.

Согласующее покрытие мениска может быть выполнено многослойным. Для расчета многослойных просветляющих покрытий используют известное выражение: (2) 1779992 где п = 1, 2, 3 ...,....,......2(F - 2й)М

Zq, Z2,... — акустическое сопротивление материалов, из которых выполнены отдельные слои покрытия;

Zx — общее акустическое сопротивление 5 всего покрытия в цело.л;

2 — акустическое сопротивление сре/, ды, которую нужно согласовать со слоем Zq, толщина отдельных слоев покрытия должна быть при этом равна (2п+ 1) А/4, где л, — 1p длина вол н ы в слое.

Внутренняя форма поверхности протектора конгруэнтна излучающей поверхности концентратора в том случае, когда протектор находится вблизи излучателя

Si < 1/2F и когда протектор имеет одно15 слойное четвертьволйовое покрытие или многослойное просветляющее покрытие по всей поверхности протектора. Это обеспе- 2р чивает практически перпендикулярное падение ультразвуковой волны на границу раздела, как это показано на фиг,1 и 2. В случае, когда реализуется вертикальное перемещение излучателя вдоль оптической 25 оси относительно протектора (перемещение фокального пятна), на расстоянии (F - hi)e

Si) 1/2F следует применить многослойное согласующее покрытие так, как показано на фиг.3. Многослойное четвертьволновое со- 3р гласующее покрытие с акустическим сопротивлением Zn каждого слоя формируется таким образом, что кажды. последующий слой укладывается вдоль оптической оси в ниде стопы линз с одинаковым радиусом 35 кривизны с обеспечением акустического контакта и имеет диаметр меньше предыдущего и толщину, отличающуюся от первого слоя на величину, кратную 1/2 Это позволяет получить иную кривизну (с меньшим 40 радиусом fi) поверхности покрытия, обеспечивающую перпендикулярное падение лучей (фиг.3). Радиус fi новой кривизны по-; верхности связан с расстоянием между из-: лучателем и протектором: fI = (F - Si), где $ - 45 расстояние между излучателем и протектором.

Наряду с этим, с целью расширения номенклатуры контролируемых или подвергающихся воздействию объектов протектор 50 может быть выполнен из материала, характеризующегося переменной величиной акустического волнового сопротивления, например, из материала, обладающего hEэффектом при помещении его в регулируемое постоянное магнитное поле; при этом, при выполнении условия (1) и (2), меняют: акустическое волновое сопротивление контактной жидкости, например, путем изменения ее концентрации, На фиг.4 показан пример реализации устройства, содержащего протектор, выполненный из материала, обладающего ЛЕ-эффектом, Известно, что при помещении в регулируемое магнитное поле магнитострикционных материалов меняется их величина модуля Юнга, происходит уменьшение или увеличение этой величины. Это явление носит название

ЬЕ-эффекта. Величина модуля Юнга Е и скорость звука в материале С связаны соотношением С=1Е. Из всего этого следует, что при изменении напряженности магнитного поля внутри протектора 1 при помощи катушки 16 происходит изменение величины акустического сопротивления Z< = р С. В настоящее время известны материалы, обладающие величиной ЛЕ-эффекта, достигающего сотен процентов.

На фиг.5 показан пример реализации протектора, выполненного жидкостным.

Как согласующее четвертьволновое покрытие 4, так и тело мениска 1 выполнено в виде полостей, стенками которых могут служить тонкие акустопрозрачные пленки 17, 18 иэ полиэтилена. Полости заполняются жидкостью с тем, чтобы выполнялось условие (1), В качестве рабочей жидкости, заполняющей тело мениска 1, могут быть использованы концентрированные водные растворы некоторых солей, величина акустического волнового сопротивления которых достигает Г1 =

5,44 10 кг/м ic. Это означает, что такие протекторы можно использовать при вводе сфокусированного ультразвукового пучка в пластмассы, а также биологические объекты. Тонкая пленка 18 (рис,5) нижней поверхностью мениска при этом позволяет обволакивать неровности обьекта контроля, обеспечивая хороший акустический контакт.

Таким образом, показано, чта использование в фокусирующем ультразвуковом устройстве вышеописанного съемного протектора позволяет значительна повысить качество фокусировки при вертикальном перемещении фокуса; максимально сконцентрировать ультразвуковой пучок в фиксированной точке без потери энергии; перемещать фокус внутри исследуемого или подвергаемого воздействию объекта; н несколько раз повысить КПД устройства; резко повысить чувствите". снасть и помехозащищенность устрой;.твв Глагодаря узкой концентрации эне .г .11.:"..:вольно просто и точно определи -ь, -:г:,;ii;i,пы факальной области B KQHTpof! lit), : .. етяли.