Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь

Использование: для неразрушающего контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь содержит призмы-волноводы, установленную на первой призме излучающую пьезопластину и размещенные на второй призме в ряд в одной плоскости приемные пьезопластины, состыкованные друг с другом, а между излучающей и приемными пьезопластинами размещен электроакустический экран, при этом преобразователь оснащен вторым электроакустическим экраном и третьей призмой - волноводом, на которой размещены дополнительные приемные пьезопластины, причем третья призма расположена с противоположной стороны относительно первой призмы симметрично второй призме, приемные пьезопластины призм смещены относительно друг друга на половину их длины так, что стыки пьезопластин второй призмы располагаются напротив центра пластин, установленных на третьей призме, а второй электроакустический экран размещен между первой и третьей призмами. Технический результат: повышение производительности и качества контроля за счет уменьшения неравномерности амплитудной характеристики по ширине преобразователя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для ультразвуковой дефектоскопии поковок, штамповок, листов и плит из металлов и их сплавов.

Основная задача, которая стоит перед разработчиками преобразователей для ультразвукового контроля крупногабаритных изделий, штамповок, поковок, листов и плит, - это одновременное обеспечение двух очень важных параметров - максимально возможной ширины зоны контроля, для обеспечения высокой производительности контроля и минимальной величины неравномерности амплитудной характеристики по ширине преобразователя, обеспечивающей сплошной контроль без пропуска дефектов в зоне прозвучивания.

Известен ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь, выполненный путем повторения типового раздельно-совмещенного преобразователя, у которого приемно-излучающие пьезопластины сдвинуты относительно друг друга на величину длины пьезопластин, расположены в шахматном порядке и объединены в едином корпусе.

(См. Авт. свид. СССР №947753, G01N 29/04, 1982 г.)

Недостатком такого преобразователя является сложность его изготовления, большая площадь контактной поверхности снижает надежность акустического контакта, а сдвиг пластин на длину пьезопластины не обеспечивает необходимое перекрытие зон контроля парами, что не исключает пропуск дефектов при контроле.

Известен ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь [2], у которого приемные и излучающие пьезопластины установлены встык боковыми сторонами, а мощность пьезопластин одинакова.

(См. патент РФ. №2095806 G01N 29/04, 1997 г.)

Конструкция данного преобразователя имеет те же недостатки, что и приведенная выше - между стыками пьезопластин обязательно наличие провала в амплитудно-широтной характеристике, что при контроле недопустимо, так как приводит к пропуску дефектов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является раздельно-совмещенный преобразователь (Й. Крауткремер, Г. Крауткремер, Ультразвуковой контроль материалов. Справочник, г. Москва, «Металлургия», стр.246-247). Конструкция преобразователя содержит одну длинную излучающую пьезопластину, три одинаковые приемные пьезопластины, расположенные встык боковыми сторонами, разделяющий их электроакустический экран, и согласующие призмы-волноводы.

В результате анализа конструкции известного преобразователя необходимо отметить, что наличие длинной излучающей пьезопластины не улучшает амплитудно-широтную характеристику такого преобразователя, поскольку сохраняется возможность пропуска дефектов на стыках, между приемными пьезопластинами. Неравномерность амплитудной характеристики по ширине такого преобразователя достигает 3,0…4,0 дБ, что серьезно снижает надежность контроля из-за пропуска дефекта, расположенного в зоне стыка приемных пьезопластин, регистратором дефектоскопа.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение производительности и качества контроля за счет уменьшения неравномерности амплитудой характеристики по ширине преобразователя.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в ультразвуковом раздельно-совмещенном широкозахватном преобразователе, содержащем призмы-волноводы, установленную на первой призме излучающую пьезопластину и размещенные на второй призме в ряд в одной плоскости приемные пьезопластины, состыкованные друг с другом, а между излучающей и приемными пьезопластинами размещен электроакустический экран, новым является то, что преобразователь оснащен вторым электроакустическим экраном и третьей призмой-волноводом, на которой размещены дополнительные приемные пьезопластины, причем третья призма расположена с противоположной стороны относительно первой призмы симметрично второй призме, приемные пьезопластины призм смещены относительно друг друга на половину их длины так, что стыки пьезопластин второй призмы располагаются напротив центра пластин, установленных на третьей призме, а второй электроакустический экран размещен между первой и третьей призмами, при этом высоты второй и третьей призм равны, а высота первой призмы относится к высоте второй и третьей призм как 2:1.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:

- на фиг.1 - ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь, общий вид;

- на фиг.2 - преобразователь, вид сверху, с размещенными на нем приемными и излучающей пьезопластинами, на графике показано распределение амплитуд по каждой из приемных пьезопластин, полученное при сканировании стандартного образца с контрольным отражателем заданного диаметра по ширине преобразователя.

Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь содержит приемные пьезопластины 1, 2, 3, 4, 5 с одинаковыми пьезоэлектрическими характеристиками, жестко связанными с призмами-волноводами 7, излучающую пьезопластину 6, также жестко связанную с первой призмой-волноводом 7. Первая группа приемных пьезопластин 1, 2, 3 установлена на второй призме 7, расположенной с одной стороны, относительно первой призмы и установленной на ней излучающей пьезопластины 6, симметрично по отношению ко второй группе приемных пьезопластин 4, 5, установленных на третьей призме-волноводе 7. Первая призма 7 с пьезопластиной 6 отделена от соседних призм 7 с приемными пьезопластинами 1, 2, 3, 4, 5 двумя электроакустическими экранами 8. При этом вторая группа приемных пьезопластин 4 и 5 располагается так, что линия проекции стыков первой группы пьезопластин 1, 2, 3 совпадает с центром акустической оси пьезопластин второй группы. Такое расположение приемных групп пьезопластин в преобразователе, при контроле по стандартному образцу с контрольным отражателем заданного диаметра, дает результирующую амплитудную характеристику, показанную на графике на фиг.2. Предложенная конструкция преобразователя позволяет увеличить ширину зоны контроля, практически без провалов, с неравномерностью не хуже 0,5…1,0 дБ, что уже не влияет на надежность выявления дефектов в контролируемом материале. При этом схема подключения и работа приемных пьезопластин может быть синхронная (параллельное или последовательное соединение), тактовая: в первом такте одна группа, во втором другая, что снижает нагрузку на приемно-передающий тракт дефектоскопа и увеличивает амплитуду принимаемого эхо-сигнала от дефекта, повышая при этом надежность выявления небольших по величине дефектов. Соотношение высот призм излучающей и приемных пьезопластин, при которых, как показали исследования, достигается минимальная величина мертвой зоны, высокий уровень чувствительности и ширина зоны контроля, - 2:1.

Преобразователь работает следующим образом.

Через подводящие соединительные проводники на излучающую пьезопластину 6 подается зондирующий импульс от генератора дефектоскопа заданной амплитуды, формы и частоты, длительности, частоты следования, который вызывает деформацию и механические (ультразвуковые) колебания пьезопластины за счет обратного пьезоэффекта с частотой генератора.

Ультразвуковой импульс от излучающей пьезопластины 6, жестко связанной с призмой-волноводом 7, проходит через нее и через контактную жидкость, которая наносится на объект контроля, распространяется в его материале. В процессе сканирования преобразователем по поверхности объекта контроля в случае попадания дефекта в зону контроля по ширине преобразователя ультразвуковой импульс отразится от него и будет принят какой-то из пьезопластин 1-й или 2-й группы в зависимости от его пространственного положения в металле. Момент появления отраженного импульса зарегистрируется на временной развертке дефектоскопа и будет зафиксирован как дефект.

Таким образом, дефект, попавший в зону контроля по ширине преобразователя, см. фиг.2, будет выявлен какой-либо из пьезопластин 1, 2, 3 первой или 4, 5 второй группы с уровнем амплитуды эхо-сигнала не меньше 0,5…1,0 дБ, независимо от того, в каком месте (на стыке пьезопластин или нет) располагался дефект.

1. Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь, содержащий призмы-волноводы, установленную на первой призме излучающую пьезопластину и размещенные на второй призме в ряд в одной плоскости приемные пьезопластины, состыкованные друг с другом, а между излучающей и приемными пьезопластинами размещен электроакустический экран, отличающийся тем, что преобразователь оснащен вторым электроакустическим экраном и третьей призмой-волноводом, на которой размещены дополнительные приемные пьезопластины, причем третья призма расположена с противоположной стороны относительно первой призмы симметрично второй призме, приемные пьезопластины призм смещены относительно друг друга на половину их длины так, что стыки пьезопластин второй призмы располагаются напротив центра пластин, установленных на третьей призме, а второй электроакустический экран размещен между первой и третьей призмами.

2. Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что высоты второй и третьей призм равны.

3. Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что высота первой призмы относится к высоте второй и третьей призм как 2:1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области конструирования гидроакустической аппаратуры, в частности гидроакустических антенн, герметизированных полимерами. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности антенны в режимах излучения и приема.

Изобретение относится к области медицинской диагностики и направлено на создание ультразвукового нелинейного томографа, содержащего малое количество приемных и излучающих преобразователей, преимущественно для маммографии, дефектоскопии и неразрушающего контроля различных объектов.

Изобретение относится к области акустической метрологии и, в частности, к пьезоэлектрическим преобразователям. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из двух одинаковых поперечно поляризованных пьезоэлектрических пластин, направления линейных поляризаций которых взаимно ортогональны.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии объектов. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь поверхностных волн содержит пьезоэлементы, имеющие возможность соединения с ультразвуковым дефектоскопом, акустический изолятор, корпус, при этом пьезоэлементы преобразователя, поляризованные по толщине, установлены на одну из граней перпендикулярно рабочей поверхности, расположены на расстоянии друг от друга, большем пространственной длительности зондирующего импульса (L>τc), акустически изолированы друг от друга и электрически соединены совместно или раздельно с тактовым, или синхронным включением.

Использование: для измерения расстояния, оставшееся до препятствия, при парковке автомобиля. Сущность: заключается в том, что ультразвуковой датчик (100) имеет корпус (101) с круговой боковой стенкой (102) и дном (104), па котором размещен преобразовательный элемент (106) для формирования ультразвуковых колебаний, при этом боковая стенка (101) имеет нижний участок (108), на котором боковая стенка (102) в параллельной дну (104) плоскости имеет в основном вращательно-асимметричный профиль, и верхний участок (114), на котором боковая стенка (102) в направлении ее верхнего края (116) переходит в по существу вращательно-симметричный профиль.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустическим датчикам. Акустический датчик содержит пьезоэлектрическую подложку, общий электрод, расположенный на одной стороне пьезоэлектрической подложки, набор первых электродных структур, расположенных на противоположной стороне пьезоэлектрической подложки относительно общего электрода, причем каждая первая электродная структура расположена радиально относительно условной центральной точки и содержит набор электродных элементов, расположенных по окружностям.
Использование: для ультразвуковых физиотерапевтических процедур, применяемых в медицине и косметологии. Сущность заключается в том, что ультразвуковой преобразователь для физиотерапевтических аппаратов содержит защитный слой пьезоэлемента, выполненный из износоустойчивой силикатной эмали.

Использование: для акустико-эмиссионной (АЭ) диагностики состояния объектов контроля. Сущность: заключается в том, что селективный акустико-эмиссионный пьезопреобразователь упругих волн с круговой диаграммой направленности на плоской или развертке криволинейной листовой конструкции включает круговой пьезоэлемент, поверхности которого образованы вращением плоской фигуры в виде выпуклого многоугольника с числом сторон не менее четырех вокруг оси, перпендикулярной основанию пьезоэлемента, с нанесенным на нем рабочим электродом, при этом в его состав введен акустический блок, включающий упомянутый круговой пьезоэлемент, выполненный в виде конечного цилиндра или усеченного конуса, с углом наклона боковой поверхности к основанию не более 90°, и призму-протектор, вставленную в круговой пьезоэлемент и сопрягающуюся по форме с его внутренней рабочей поверхностью, материал которой имеет скорость продольных волн меньше скорости распространения селектируемой моды нормальных волн, причем рабочий электрод нанесен на внутреннюю поверхность кругового пьезоэлемента.

Изобретение относится к области подводной техники и может быть использовано при проектировании и разработке доплеровских измерителей абсолютной скорости движения подводных объектов относительно дна.

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к пьезокерамическим преобразователям, и может быть использовано как при разработке новых акустических систем, так и в существующем оборудовании на базе пьезокерамических преобразователей.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию волноводного направленного преобразователя, способного работать в полосе частот для гидроакустических средств различного назначения, в том числе и буксируемых, в качестве антенн систем: гидролокации, связи, навигации, профилирования, акустической томографии, подсветки подводной обстановки и т.д. Сущность изобретения: гидроакустический волноводный направленный преобразователь содержит изолированный от внешней среды газозаполненный прочный корпус, в котором размещен активный элемент в виде армированного стержневого пьезопакета, жестко состыкованный с упругим цилиндрическим волноводом через крепежно-герметизирующую накладку в форме стакана, которая обеспечивает гибкое соединение с прочным корпусом. Волновод преобразователя выполнен из композитного материала, например, из эбонита и латуни, и представляет собой периодическую мелкослоистую структуру, состоящую из одинаковых, чередующихся звеньев равной толщины; при этом ориентация звеньев волновода, выполненных из композитного материала, перпендикулярна оси волновода, а волновод армирован тонкими упругими стержнями, изготовленными, например, из титана. Технический результат: улучшение технических характеристик гидроакустического преобразователя, а именно достижение более узких диаграмм направленности, высокой чувствительности, мощности излучения, повышение прочности конструкции преобразователя и ее надежности наряду с меньшими массогабаритными характеристиками волновода. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для ультразвукового применения в текучей среде. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой преобразователь для применения в текучей среде включает в себя по меньшей мере один сердечник, который содержит по меньшей мере один электроакустический преобразующий элемент, и по меньшей мере один корпус, имеющий по меньшей мере две корпусные части, из которых по меньшей мере одна первая корпусная часть по меньшей мере частично окружает сердечник с обеспечением возможности доступа к тыльной, обращенной от текучей среды стороне электроакустического преобразующего элемента, а по меньшей мере одна вторая корпусная часть соединена с первой корпусной частью и в основном закрывает ультразвуковой преобразователь с его обращенной от текучей среды стороны, причем ультразвуковой преобразователь также содержит по меньшей мере одну контактную скобу для электрического контактирования электроакустического преобразующего элемента, в частности по существу формоустойчивую контактную скобу, причем контактная скоба проходит через вторую корпусную часть во внутреннее пространство ультразвукового преобразователя и в нем электрически соединена с электроакустическим преобразующим элементом, и контактная скоба соединена с первой корпусной частью, в частности с геометрическим и/или силовым замыканием. Технический результат: обеспечение возможности упрощения монтажа и сборки ультразвукового преобразователя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для контролируемого нагревания тканей тела с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что конвексный преобразователь высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU) содержит конвексную пьезоэлектрическую антенную решетку, имеющую противоположные выпуклую и вогнутую заднюю поверхности, причем передняя поверхность содержит акустическую передающую поверхность, и множество электродов, расположенных на выпуклой задней поверхности, для применения электрических передающих сигналов к антенной решетке, и печатную плату, расположенную на отдалении от и напротив задней поверхности конвексной пьезоэлектрической антенной решетки, которая связывает электрические сигналы с электродами антенной решетки, причем пространство между печатной платой и конвексной пьезоэлектрической антенной решеткой содержит акустический воздушный задний проход пьезоэлектрической антенной решетки для воздушного охлаждения конвексной пьезоэлектрической антенной решетки и печатной платы. Технический результат: улучшение охлаждения конструкционных элементов конвексного преобразователя высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Использование: для контролируемого нагревания тканей тела с помощью высокоинтенсивного фокусированного ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что изогнутый высокоинтенсивный фокусированный ультразвуковой (HIFU) преобразователь содержит множество изогнутых композитных керамических пьезоэлектрических плиток, имеющих противоположные выпуклые и вогнутые поверхности, причем каждая плитка имеет электроды на поверхностях, электрически связанные с композитным керамическим пьезоэлектрическим материалом, и множество областей акустической передачи, находящихся на каждой плитке и возбуждаемых посредством электродов на выпуклой поверхности, причем области передачи и электроды акустически отделены от окружающих областей надрезами в композитном керамическом пьезоэлектрическом материале, при этом множество плиток подогнаны друг к другу, чтобы образовывать, по существу, непрерывную изогнутую композитную пьезоэлектрическую поверхность, которая передает HIFU акустическую энергию. Технический результат: обеспечение возможности создания изогнутого высокоинтенсивного фокусированного ультразвукового (HIFU) преобразователя из малого числа композитных керамических пьезоэлектрических плиток. 14 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке направленных эффективных волноводных преобразователей для гидроакустических средств различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждение волноводного преобразователя включает процесс преобразования электрической энергии в энергию распространяющейся в упругом волноводе вытекающей волны. При этом возбуждение волны производят стержневым пьезопакетом, инверсно расположенным во внутреннем пространстве полого газозаполненного цилиндрического волновода, а инверсию фронта продольной волны в пространстве обеспечивают ее отражением от внешней ненагруженной поверхности согласующей накладки. Технический результат заключается в обеспечении направленного акустического поля с низким уровнем тыльного излучения, работе в широкой полосе частот с сохранением обратимости, высокой чувствительности и излучаемой мощности, значительном уменьшении массогабаритных характеристик. 2 н. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к вибрационной технике. Вибратор содержит корпус и пьезоэлемент. Пьезоэлемент выполнен в виде пакета пьезокерамических колец, к внутренней поверхности которых прикреплены шпоночные элементы, входящие в соответствующие пазы в цилиндрической оправке. Ось симметрии оправки перпендикулярна основанию, а диск, соединенный с оправкой, контактирует своей нижней поверхностью с верхним пьезокерамическим кольцом пьезоэлемента. На верхней поверхности диска установлены измерительные пьезоэлементы. Внешний диаметр диска равен внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину. Токонепроводящий корпус выполнен в виде цилиндрической обечайки, при этом нижний торец обечайки опирается на кольцо, жестко прикрепленное к верхней плоскости основания, соосно оправке, а верхний ее торец закрыт крышкой с центральным отверстием под наконечник. Устройство также снабжено тензодатчиками, а в цилиндрической оправке выполнена внутренняя полость, заполненная элементами, создающими дополнительное стохастическое движение, При этом в нижней части цилиндрической оправки закреплена при помощи крепежных элементов крышка. Технический результат - расширение частотного диапазона виброускорений. 2 ил.

Изобретение относится к акустике, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям, снабженным мембраной. Преобразователь содержит генератор, цилиндрический корпус, соосно расположенные в нем круглый биморфный пьезоэлемент с выпуклой мембраной над ним и общий плоский кольцевой держатель, снабженный у основания выпуклой мембраны отштампованным на нем кольцевым V-образным диффузором с углом раскрытия от 15 до 60 град в радиальном сечении. Дно диффузора жестко соединено с пьезоэлементом, общий плоский кольцевой держатель жестко закреплен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса. Корпус выполнен из упругого материала с волновым сопротивлением больше волнового сопротивления материала общего плоского кольцевого держателя. Технический результат - повышение уровня акустического давления. 2 ил.

Изобретение относится к блоку из ультразвукового преобразователя и держателя преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя, причем ультразвуковой преобразователь (1) имеет корпус (3) преобразователя и преобразовательный элемент (4), причем корпус (3) преобразователя имеет ультразвуковое окно (5), корпусную трубку (6) и корпусный фланец (7), причем преобразовательный элемент (4) предусмотрен либо вблизи от ультразвукового окна (5) корпуса преобразователя или на удалении от ультразвукового окна корпуса преобразователя, причем держатель (2) преобразователя имеет фланец (8) держателя, и причем корпусный фланец (7) корпуса (3) преобразователя с помощью контрфланца (9) с промежуточным включением уплотнительного кольца (10) прижат к фланцу (8) держателя держателя (2) преобразователя. Блок из ультразвукового преобразователя (1) и держателя (2) преобразователя улучшен в отношении предотвращения передачи корпусных волн, а именно за счет того, что между корпусным фланцем (7) корпуса (3) преобразователя и фланцем (8) держателя держателя (2) преобразователя предусмотрено развязывающее кольцо (13). 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: в качестве существенной части ультразвукового расходомера. Сущность изобретения заключается в том, что корпус (1) преобразователя имеет ультразвуковое окно (3), корпусную трубку и корпусной фланец (5), и преобразовательный элемент (2) предусмотрен либо на обращенном к среде, интенсивность расхода которой необходимо измерять, конце корпусной трубки, либо на обращенном от среды, интенсивность расхода которой необходимо измерять, конце корпусной трубки, и причем ультразвуковой преобразователь выполнен с возможностью крепления на держателе (6) преобразователя с помощью корпусного фланца (5) и для этого корпусной фланец (5) корпуса (1) преобразователя выполнен с возможностью зажима между фланцем (7) держателя держателя (6) преобразователя и контрфланцем (8) с помощью стяжных болтов (9) и контргаек (10), при этом корпусной фланец (5) корпуса (1) преобразователя на его обращенной к контрфланцу (8) стороне имеет внешний контур (12), который допускает затяжку контрфланца (8) по отношению к корпусному фланцу (5) корпуса (1) преобразователя без перекоса корпусного фланца (5). Технический результат: обеспечение возможности затяжки контрфланца без перекоса корпусного фланца. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструкциям малогабаритных стержневых армированных пьезокерамических преобразователей, предназначенных для работы в составе многоэлементных антенн гидроакустических приемоизлучающих систем, например, для морского подводного оружия. Гидроакустический преобразователь содержит стержневой блок пьезокерамических элементов, тыльную и переднюю накладки, силовой массивный крепежный опорный элемент, соединенный с этими накладками, причем передняя накладка соединена посредством стержневого элемента, проходящего с зазором внутри цилиндрической части тыльной накладки, а тыльная накладка соединена посредством упругого пружинного конического кольцевого элемента, в зазоры над и под упругим пружинным коническим кольцевым элементом введены вязкоупругие элементы из акустически мягкого материала. Техническим результатом является обеспечение эффективного излучения, снижение воздействия гидростатического давления на пьезокерамический блок элементов и снижение чувствительности к корпусным вибрациям в режиме приема. 1 ил.
Наверх