Пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии

 

Изобретение относится к неразрушающим средствам и методам контроля. Цель изобретения - повышение информативности и помехоустойвости. Указанная цель достигается тем. что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем корпус 5, установленные в нем пьезоэлемент 1 и протектор 4 из бериллия и его сплавов. Пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов типа хальногенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора. Акустические колебания в принимаемой волне с вектором перемещения, лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора 4, достигают пьезоэлемента 1, но не преобразуются в электрический сигнал из-за малости поперечного пьезомодуля и высокого затухания поперечных колебаний в пьезоэлементе, а отсутствие радиального резонанса в нем повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики преобразователя. 1 ил, сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВЕДОМСТВО СССР

К ПАТЕНТУ

00 ф, О

О (7 (21) 4753546/28 (22) 27.12,89 (46) 23.12.92. Бюл. M 47 (71) Научно-исследовательский институт механики и прикладной математики Ростовского государственного университета (72) А.И,Козинкина, А.С.Трипалин и

В.М.Шихман (73) Научно-иеследовател ьский институт механики и прикладной математики Ростовского государственного университета (56) Грешнинов B.À., Дробот Ю.Б. "Акустическая эмиссия, M., Изд..Стандартов, 1976 г., с.271, "Ультразвуковые .преобразователи для неразрушающего контроля", под ред. Ермолова, М., Машиностроение, 1986, с, 277(про. тотип). (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ (57) Изобретение относится к неразрушающим средствам и методам контроля. Цель,!Ы,, 1784095 А3 изобретения — повышение информативности и помехоустойвости, Укаэанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем корпус 5, установленные в нем пьезоэлемент 1 и протектор 4 из бериллия и его сплавов.

Пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов тйпа хальногенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора.

Акустические колебания в принимаемои волне с вектором перемещения,"лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора

4, достигают пьезоэлемента 1, но не преобразуются в электрический сигнал из-за малости поперечного пьезомодуля и высокого затухания поперечных колебаний в пьезоэ- . лементе, а отсутствие радиального резонанса в нем повышает линейность частотной характеристики чувствйтельности и умень-: шает длительность импульсной характери-, стики преобразователя. 1 ил, 3

1784095

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть исйользовано при изготовлении преобразователя для приема сигналов акустической эмиссии.

Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий корпус, пьезоэлемент керамический в виде круглого диска, демпфер и протектор.

Недостатком этого преобразователя является наличие резонансов двух типов: про дольного и радиального, что приводит к значительной нелинейности частотной характеристики чувствительности и приему как продольных, так и поперечных колебаний в контролируемой среде. Это уменьшает акустйческую помехозащищенность и значительно затягивает импульсную характеристику преобразователя, т.е; время реверберации, что снижает информативность и достоверность контроля и затрудняет определение координат дефектов.

Известен преобразователь, в котором диаметр керамического пьезоэлемента выбран таким образом, что частота радиальных колебаний лежит выше рабочего частотного диапазона, а демпфер акустически связан с тыльной стороной и боковой поверхностью пьезоэлемента. Однако в известном преобразователе повышение частоты радиальных колебаний достигается за счет уменьшения диаметра,-а это приводит к уменьшению емкости преобразователя и . плохому согласованию с кабелем, особенно при использовании пьезоматериалов с низкими значениями диэлектрической проницаемости. Демпфирование пьезоэлемента . по боковой поверхности не устраняет полностью радиальных колебаний, что вносит дополнительные искажения в частную характеристику. Кроме того, укаэанный преобразователь не обладает высо кой селективность о к продольным колебаниям, так как в керамическом пьезоэлементе, как правило, присутствует достаточно большой поперечный пьезомодуль, а в проекторе происходит трансформация поперечных колеабаний в продольные за счет влияния коэффициента Пуассона материала протектора.

Наиболее близким к предлагаемому является пьезоэлектрический преобразователь, содержащий корпус, пьезоэлемент и протектор, выполненный из бериллия и его сплавов, коэффициента отражения на гра. нице пьезоэлемент-протектор от толщины протектора, "протектор изготавливают из материала, характеризующегося высокой скоростью звука, например бериллия и раз-. личных твердых сплавов.

20

Недостатками указанного преобразователя являются существование радиального резонанса, приводящее к нелинейности частотной и затягиванию импульсной характеристики преобразователя, а также отсутствие селективности к продольным колебаниям. Наличий радиального резонанса и отсутствие селективности связано с трансформацией волн и появлением радиальных колебаний в протекторе при высоком значении коэффициента Пуассона материала протектора и в пьезоэлементе при выполнении его из обычных пьезомате% риалов.

Цель изобретения — повышение информативности и помехоустойчивости.

Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем корпус, установленные в нем пьезоэлемент и протектор из бериллия или его сплавов, пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов типа халькогенгалогенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора

При выполнении пьезоэлемента s указанном виде,-вследствие высокого затуха ния в направлении поперек волокон и

30 малости поперечного пьезомолудя; который .для данного йьезоматериала на порядок ниже продольного, у пьезоэлемента отсутствует радиальный резонанс и появляется селективность к приему колебаний с векто35 ром перемещенйя направленным вдоль волокон, Отсутствие радиального резонанса повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики

40 преобразователя, Выйолйецйе протектора из материала с низким значением коэффициентФ Пуассона— менее 0,15, не вносит радиального резонанса и обеспечивает сохранение линейности

45 частотной характеристикй чувствительности и селективности к продольным колебаниям, что привдит к повышению ,помехоустойчивости и информативности контроля.

50 На чертеже изображен пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии. Устройство содержит пьезоэлемент 1, электроды 2 3, протектор 4, корпус 5, проводник б, разъем 7, 55 Пьезоэлемент 1 в форме диска с электродами 2,3 выполнен в аиде связки тонких пьезополупроводниковых кристаллов, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора 4. Пьезоэлемент 1 акустически

1784095

Составитель В.йихман

Техред М,Моргентал Корректор А,Мотыль

Редактор Т.Шагова

Заказ 4529 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 соединен с протектором 4, закрепленным в корпусе 5. Злектрод 2 соединен электрически проводником 6 с разьемом 7;

Преобразователь работает следующим образом. 5

Акустические колебания в принимаемой волне с вектором перемещения, перпендикулярным рабочей поверхности протектора 4, распространяются в протекторе, достигают пьезоэлемента 1 и преобра- 10 зуются в нем в электрический сигнал, Вследствие того, что проектор выполнен из бериллия или его сплавов, а пьезоэлемент- е виде связки тонких пьезополуп роводниковых кристаллов типа халькогенгалогенидов 15 сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора, в преобразователе не возникают радиальные.

Акустические колебания в принимае- 20 мой волне с вектором перемещения, лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора 4, достигают пьезоэлемента 1, но не преобразуются в электрический сигнал, вследствие малости поперечного пьезомодуля и высокого затухания поперечных колебаний в пьезоэлементе, а также отсутствия трансформации волн в протекторе, Отсутствие радиального резонанса повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики . преобразователя.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, содержащий корпус и установленные в нем пьезоэлемент с протектором из бериллия и его сплавов, о тл и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения информативности и помехоустойчивости пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов, типа халькогенгалогенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины л ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора.