Пьезоэлектрический преобразователь

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерителях скорости и затухания ультразвука в различных средах ультразвуковой эхоскопии, ультразвуковой расходометрии. Цель - повышение качества преобразователя. Преобразователь содержит корпус 1 и соосно расположенные в нем демпфер 2, пьезоэлемент 5 и протектор 6, который выполнен из тканой металлической сетки толщиной Я /4 с размером ячейки А/2 А/2, где А - длина ультразвуковой волны, излучаемой преобразователем, заполненной композитным материалом с акустическим импедансом , меньшим, чем акустический импеданс материала сетки. 2 ил.

(я)5 G 01 N 29/22

ЕТЕНИЯ зв

1 4

О

Cd

Cd 4 (2 (4 (7 ск д (7 (5 з

) 27.08.90

) 07.02.93. Бюл, N 5

) Самарское специальное конструкторе бюро Научно-производственного объенения "Нефтехимавтоматика"

) Н.С. Марьин

) Ермолов И.Н. Ультразвуковые преобраватели для неразрушающего контроля, : Машиностроение, 1986, с. 211.

Ермолов И.Н. Теория и практика ультракового контроля. М.; Машиностроение, 81, с. 41, 42, (5 ) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРА3 ВАТЕЛЬ.. Ж 1793367 А1 (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерителях скорости и затухания ультразвука в различных средах ультразвуковой эхоскопии, ультразвуковой расходометрии. Цель— повышение качества преобразователя, Преобразователь содержит корпус 1 и соосно расположенные в нем демпфер 2, пьезозлемент 5 и протектор 6, который выполнен из тканой металлической сетки толщиной

il /4 с размером ячейки Л/2 Л/2, где Л— длина ультразвукдвой волны, излучаемой преобразователем, заполненной композитным материалом с акустическим импедансом, меньшим, чем акустический импеданс материала сетки. 2 ил.

1793367

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерителях скорости и затухания ультразвука в различных средах, ультразвуковой эхоскопии, ультразвуковой расходометрии.

Известен преобразователь, содержащий в качестве протектора твердую акустическую линию.

Известен также преобразователь, включающий пьезопластину, приклеенную к демпферу и протектор, помещенный между пьезоэлементами и контролируемой средой.

Известный преобразователь обладает низкой помехоустойчивостью, возникающей из-за радиальных колебаний пьезоэле- мента, а также из-за рециркуляции эхо-сигнала между элементами преобразователя на границе пьезоэлемент-протектор, протектор-контролируемая среда. Возникающие помехи снижают качество преобразователя. Цель изобретения — повышение качества пьезоэлектрического преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем корпус и соосно установленные в нем демпфер, пьезоэлемент и протектор, протектор выполнен из тканой металлической сетки толщиной А/4 с размером ячеек л/2 Л /2, где Л вЂ” длина ультразвуковой волны, излучаемой преобразователем, заполненных композитным материалом с акустическим импедансом, меньшим, чем акустический импеданс материала сетки, Сущность изобретения поясняется фиг.

1 и 2, на которых представлен пьезоэлектрический преобразователь, Пьезоэлектрический преобразователь содержит корпус 1, размещенный в корпусе демпфер 2, выполненный из композитного материала, который с помощью прокладки

3 прижимается своим выступом к корпусу 1 стопорным кольцом 4. На лицевой части демпфера 2 крепятся пьезоэлемент 5 (заливается одновременно с демпфером 2) и протектор 6. состоящий из тканой металлической сетки 7 с ячейками, заполненными композиционным материалом для протектора.

Пьезоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

При подаче рабочего импульса на пьезоэлемент 5 часть ультразвуковых колебаний проходит в контролируемую среду, а другая часть попадает в тело демпфера 2, где происходит затухание свободных колебаний пьезоэлемента 5.

2 2 100 44 о/

М a b 100 г + 3 т(ь + ) где M — живое сечение сетки, 7,;

Поскольку выполнение протектора с ячейками, заполненными композитным материалом, улучшает поле бегущей волны, то, подбирая акустическое сопротивление композитного материала для конкретной контролируемой среды, добиваются приближенных акустических сопротивлений, что приводит к увеличению коэффициента преобразования пьезоэлектрического

"0 преобразователя и улучшению качества однонаправленного полезного сигнала, Выполнение протектора в виде металлических ячеек, заполненных композитным материалом, снижает радиальные колебания пьезо"5 элемента, обусловленные тем, что ультразвуковые волны, отражаясь от сторон металлических ячеек, гасятся в композитном материале, выполненном с меньшим акустическим импедансом по сравнению с

20 металлической ячейкой, что ведет к снижению общего уровня шумов (вызванных поперечными волнами) в преобразователе.

Применение протектора, состоящего из тканой металлической сетки (скорость распространения звука значительно выше, чем скорость распространения звука в полимерном материале), позволяет получить преобразователь, формирующий короткие импульсы, расширить полосу пропускания, 30 а заполнение ячеек сетки композиционным материалом со значительным коэффициентом затухания звука по сравнению с металлической сеткой позволило в достаточной мере снизить отраженный сигнал на грани35 це протектор-контролируемая среда, тем самым повысить помехоустойчивость преобразователя. Для конкретного выполнения предлагаемого устройства использовался пьезоэлемент ЦТС-26 с резонансной часто40 той, равной 1 МГц. С целью оптимизации полосы пропускания и коэффициента преобразования (чувствительности) толщина протектора выбиралась четвертьволновая.

Для выбранного пьезоэлемента четверть45 волновая толщина протектора составляет

il/4 = 1 мм. Следовательно, диаметр проволоки сетки следует брать равным 1 мм, что соответствует четвертьволновой толщине протектора. Выбирая диаметр проволоки

50 основы равным 1 MM = Л /4, диаметр проволоки утка, равным 1 мм = 1 /4 и квадратную ячейку сетки в свету при а = Ь = 2 мм =

=Л/2, получим

1793367 — размер ячейки в свету между проволок ми основы. мм;

Ь вЂ” размер ячейки в свету между проволок ми утка, мм;

d< — диаметр проволоки основы, мм;

I .dg — диаметр проволоки утка, мм.

Пр час ва пр ро но ско ше осла по е но ля

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь, со ержащий корпус и соосно установленны в нем демпфер, пьезоэлемент и протекто, отличающийся тем, что, с целью по ышения качества преобразователя, проте тор выполнен из тканой металлической сетки, толщиной А /4 с размером ячейки

А/2 А/2, где Л вЂ” длина ультразвуковой волны, излучаемой преобразователем, заполненной композитным материалом с акустическим импедансом меньшим, чем акустический импеданс материала сетки.

ВидА

Фиа2

Составитель Н.Марьин

Техред М,Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор

Заказ 501 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

I ! живом сечении более 45 амплитудноотная характеристика (АЧХ) преобразоеля приближается к АЧХ образователя с полимерным протекто(увеличивается во времени длительть упругих импульсов, уменьшается ость распространения звука на повыных частотах с 1 МГц и выше наряду с блением помех уменьшается также и зный сигнал), При живом сечении, рав40 Д, чувствительность преобразоватев 2 раза выше по сравнению с преобразователем с металлическим протектором. Помехи, вызванные радиальными колебаниями пьезоэлемента, отсутствуют.

Способ нанесения протектора на пьезо5 элемент заключается в следующем. По известной технологии готовится композитный материал для протектора. Акустические свойства (скорость распространения ультразвуковых колебаний, плотность) компо10 зитного материала для лучшего согласования с контролируемой средой можно получить путем применения наполнителя с большой плотностью и различной концентрацией на основе эпоксидных смол.

15 Подготовленной массой заливается тканая металлическая сетка, помещенная на лицевую часть пьезоэлемента. После отверждения массы протектор отшлифовывают до необходимой величины, 20