ITMO20090219A1 - Dispositivo ad ultrasuoni ad elevata efficienza. - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO AD ULTRASUONI AD ELEVATA EFFICIENZA"

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo ad ultrasuoni ad elevata efficienza.

Sono noti dispositivi ad ultrasuoni largamente impiegati, ad esempio, nelle apparecchiature per l'esecuzione di controlli non distruttivi su materiali. Tali dispositivi comprendono trasduttori che possono essere del tipo di generatori o di ricevitori di onde ultrasonore, ovvero incorporare sia il generatore, che il ricevitore.

Il treno di onde ultrasonore in uscita dal trasduttoregeneratore, che in genere sfrutta le proprietà piezoelettriche di alcuni cristalli per ottenere onde meccaniche, si propaga nel sistema spaziale da esaminare ed è soggetto a fenomeni di attenuazione dell'intensità a causa della resistenza offerta dalla materia che viene incontrata, nonché di riflessione, deviazione o assorbimento a causa delle discontinuità presenti nella stessa.

Il fascio di onde di ritorno che investe il trasduttore-ricevitore viene trasformato in un segnale elettrico che, a seguito di un'opportuna elaborazione, fornisce informazioni su eventuali difettosità presenti nel materiale esaminato.

Questi dispositivi ad ultrasuoni di tipo noto sono suscettibili di perfezionamenti mirati ad incrementare la sensibilità dei ricevitori, mediante un incremento della densità di energia sonora che lo investe, ovvero a rendere piano il fronte d'onda in uscita dai generatori, al fine di migliorare la trasmissione delle onde stesse al materiale da esaminare.

In questo senso sono, altresì, noti dispositivi ad ultrasuoni che prevedono un trasduttore-generatore di onde ultrasonore abbinato ad una lente di Fresnel e cooperante con un trasduttore-ricevitore. La lente di Fresnel è interposta tra il generatore ed il ricevitore, che deve essere posizionato nel fuoco della suddetta lente. La lente di Fresnel consente per diffrazione di rendere piano il fronte d'onda in uscita dal generatore e di concentrare le onde in corrispondenza del ricevitore.

Anche questi dispositivi, tuttavia, non sono scevri di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che vincolano il posizionamento relativo del generatore e del ricevitore e, dunque, complicano la costruzione delle apparecchiature in cui tali dispositivi sono impiegati. Ancora, poiché l'efficienza delle lenti di Fresnel è correlata al numero di anelli che le costituisce, la necessità di contenerne l'ingombro limita l'efficienza di trasmissione delle onde al materiale da esaminare.

Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati della tecnica nota escogitando un dispositivo ad ultrasuoni ad elevata efficienza di ingombri contenuti e che non vincoli il posizionamento relativo del generatore e del ricevitore di onde ultrasonore.

Nell'ambito di tale compito tecnico, altro scopo del presente trovato è quello di risultare di agevole installazione sulle apparecchiature per l'esecuzione di controlli non distruttivi, senza richiedere particolari accorgimenti costruttivi in fase di progettazione delle stesse .

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di presentare una struttura semplice, di relativamente facile attuazione pratica, di sicuro impiego ed efficace funzionamento, nonché di costo relativamente contenuto .

Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dal presente dispositivo ad ultrasuoni ad alta efficienza comprendente almeno un trasduttore di ultrasuoni, caratterizzato dal fatto che comprende uno specchio concavo associato a detto trasduttore, che definisce una superficie riflettente agli ultrasuoni ottenuta dalla rotazione attorno ad un asse di simmetria dì una porzione di una sezione conica ed è dotata di almeno un punto di fuoco, il trasduttore essendo posizionato in prossimità del punto di fuoco della superficie.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di dettaglio di due forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un dispositivo ad ultrasuoni ad alta efficienza illustrate a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la figura 1 è una schematica vista in assonometria di una prima forma di attuazione del dispositivo ad ultrasuoni secondo il trovato;

la figura 2 è una schematica vista assonometrica sezionata secondo un piano passante per l'asse di simmetria del dispositivo di figura 1;

la figura 3 è una schematica vista in sezione secondo un piano passante per l'asse di simmetria del dispositivo di figura 1;

la figura 4 è una schematica vista in assonometria di una seconda forma di attuazione del dispositivo ad ultrasuoni secondo il trovato;

la figura 5 è una schematica vista assonometrica sezionata secondo un piano passante per l'asse di simmetria del dispositivo di figura 4;

la figura 6 è una schematica vista in sezione secondo un piano passante per l'asse di simmetria del dispositivo di figura 4.

Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato globalmente con 1 un dispositivo ad ultrasuoni ad alta efficienza, particolarmente, per l'esecuzione di controlli non distruttivi.

Il dispositivo 1 comprende almeno un trasduttore 2 di ultrasuoni di tipo convenzionale e, quindi, non descritto nel dettaglio. Il trasduttore 2 può essere costituito da un generatore, ovvero da un ricevitore di ultrasuoni .

In base alle esigenze dell'applicazione a cui è destinato, inoltre, il dispositivo 1 può prevedere un primo trasduttore 2 di tipo generatore ed un secondo trasduttore 2 di tipo ricevitore.

Il dispositivo 1 prevede, inoltre, uno specchio 3 concavo associato al trasduttore 2, che definisce una superficie 4 riflettente agli ultrasuoni. La superficie 4 è ottenuta dalla rotazione di una porzione di sezione conica attorno ad un suo asse di simmetria, indicato con A nelle figure. La superficie 4 è dotata di almeno un punto di fuoco geometrico in prossimità del quale è posizionato il trasduttore 2.

Più particolarmente, in una prima forma di attuazione (figure 1-3) la superficie 4 è costituita da una porzione di paraboloide che ne comprende la zona di vertice ed è ottenuto dalla rotazione attorno all'asse A di una porzione di sezione conica di forma parabolica e in una seconda forma di attuazione (figure 4-6) la superficie 4 è costituita da un semi-ellissoide ottenuto dalla rotazione intorno all'asse A di un semiellisse.

La forma della superficie 4 dipende dalla frequenza e dalla geometria del fronte d'onda.

In particolare, la superficie 4 a forma di paraboloide (fig. 1-3) è dotata di un primo fuoco "ottico" coincidente con il punto di fuoco geometrico in corrispondenza del quale viene posizionato il trasduttore 2 e di un secondo fuoco "ottico" idealmente posizionato all'infinito. In ricezione, dunque, tale superficie 4 consente di concentrare un fronte d'onda piano in una zona sostanzialmente puntiforme in corrispondenza del trasduttore-ricevitore 2, mentre in trasmissione il fronte d'onda in uscita dal trasduttore-emettitore 2 viene espanso in un fronte d'onda piano verso il secondo fuoco "ottico".

La superficie 4 a forma di semi-ellissoide (figure 4-6), invece, è dotata di un primo e di un secondo fuoco "ottico", di cui il primo coincide con il punto di fuoco geometrico in corrispondenza del quale è posizionato il trasduttore 2. Sia in trasmissione, che in ricezione, quindi, tale superficie 4 consente di concentrare una sorgente puntiforme posizionata in corrispondenza di uno dei due fuochi "ottici" nell 'altro .

La forma della sezione conica che genera la superficie 4 dipende, inoltre, dalla frequenza dell'ultrasuono, in quanto tutti i percorsi che portano da un fuoco "ottico" all'altro devono essere proporzionali a tale lunghezza d'onda.

Lo specchio 3 è costituito da un corpo cilindrico in cui è incavata la superficie 4; non si escludono tuttavia alternative forme di attuazione dello specchio 3.

Si fa notare che con la definizione di "specchio" si intende una lente sostanzialmente riflettente le onde ultrasonore .

In caso di trasduttore 2 di tipo ricevitore l'utilizzo dello specchio 3 consente di concentrare in corrispondenza del punto di fuoco, e quindi del trasduttore 2, gli ultrasuoni che incidono contro la superficie 4 in direzione parallela al suo asse di simmetria A ottenendo un incremento della sensibilità del trasduttore stesso.

Nelle figure 3 e 6 è indicata con la freccia FI la traiettoria di un'onda ultrasonora parallela all'asse di simmetria A e deviata, per riflessione, verso il trasduttore 2 di tipo ricevitore.

In caso di trasduttore 2 di tipo generatore, invece, l'impiego dello specchio 3 consente di ottenere per riflessione una deviazione degli ultrasuoni in uscita dal trasduttore 2, posizionato in corrispondenza del punto di fuoco, che incidono sulla superficie 4 in direzione parallela all'asse di simmetria A.

Nelle figure 3 e 6 è indicata con la freccia F2 la traiettoria di un'onda ultrasonora in uscita dal trasduttore 2 di tipo generatore e riflessa in direzione parallela all'asse di simmetria A.

Opportunamente, lo specchio 3 è realizzato con materiale di tipo fonoassorbente, in modo da limitare lo sfasamento degli ultrasuoni a seguito della riflessione e le riflessioni interne al materiale stesso che potrebbero dare luogo a fenomeni di interferenza distruttiva.

Inoltre, l'utilizzo di materiale fonoassorbente consente di aumentare la direzionalità del sistema generatore/ricevitore, con conseguente incremento della resistenza offerta a disturbi provenienti dall'esterno. In tal senso è opportuno che tale materiale sia di tipo elastico .

Ancora il materiale con cui è realizzato lo specchio 3 deve presentare impedenza acustica sostanzialmente diversa dall'impedenza acustica dell'aria e, preferibilmente, almeno tre volte maggiore o minore rispetto all'aria.

Preferibilmente il materiale con cui è realizzato lo specchio 3 può essere scelto nel gruppo comprendente: siliconi, gomme poliuretaniche e materiali plastici in genere. Si è tuttavia riscontrato che l'impiego di materiali differenti da quelli elencati in precedenza, pur compromettendo la direzionalità del sistema generatore-ricevitore, consente di ottenere risultati apprezzabili .

Il dispositivo 1 prevede, infine, una sede 5 di alloggiamento del trasduttore 2 associata allo specchio 3.

Preferibilmente la superficie 3 è dotata di un punto di vertice in corrispondenza del quale è interrotta a definire la sede 5 in cui il trasduttore 2 può essere alloggiato ad incastro o fissato in modo convenzionale. Si fa notare che la superficie 4 è sagomata secondo principi noti in ottica, in modo che si verifichi la condizione per cui la lunghezza del tratto percorso dall'onda ultrasonora compreso tra il trasduttore 2 e il punto in cui incide contro la superficie 4 risulta multiplo della lunghezza d'onda del suono nell'aria alla frequenza in cui si opera.

Il dispositivo 1 può essere vantaggiosamente impiegato in apparecchiature per l'esecuzione di controlli non distruttivi su materiali e, in particolare, su macchine per il rilevamento di difettosità su pannelli in materiale legnoso incoerente incollato.

Inoltre, impiegando due dispositivi secondo il trovato di cui uno di tipo generatore e l'altro di tipo emettitore si ottimizza l'efficienza complessiva del sistema, ma non si esclude l'impiego di un dispositivo secondo il trovato, di tipo generatore o ricevitore, in cooperazione con un convenzionale trasduttore ad ultrasuoni, di tipo ricevitore o generatore.

Si è in pratica constatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che il dispositivo oggetto dell'invenzione consente di ottimizzare l'efficienza senza vincolare il posizionamento relativo di generatore e ricevitore e con ingombri contenuti

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1 )Dispositivo (1) ad ultrasuoni ad alta efficienza comprendente almeno un trasduttore (2) di ultrasuoni, caratterizzato dal fatto che comprende uno specchio (3) concavo associato a detto trasduttore (2), che definisce una superficie (4) riflettente agli ultrasuoni ottenuta dalla rotazione attorno ad un asse (A) di simmetria di una porzione di una sezione conica ed è dotata di almeno un punto di fuoco, il trasduttore (2) essendo posizionato in prossimità del punto di fuoco della superficie (4).
2. 2) Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sezione conica è di tipo parabolico, la superficie (4) essendo costituita da una porzione di paraboloide. 3)Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sezione conica è di tipo ellittico, la superficie (4) essendo costituita da un semi-ellissoide. 4)Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto specchio (3) è realizzato con un materiale di tipo fonoassorbente, elastico e dotato di impedenza acustica sostanzialmente diversa dall'impedenza acustica dell'aria. 5)Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto specchio (3) è realizzato con un materiale scelto nel gruppo comprendente: siliconi, gomme e materiali plastici in genere. 6 )Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende una sede (5) di alloggiamento di detto trasduttore (2) associata a detto specchio (3). 7 )Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta superficie (4) è dotata di un punto di vertice in corrispondenza del quale è interrotta a definire detta sede (5). 8)Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto trasduttore (2) è un generatore di ultrasuoni. 9)Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detto trasduttore (2) è un ricevitore di ultrasuoni . 10)Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che comprende un primo trasduttore costituito da un generatore di ultrasuoni ed un secondo trasduttore costituito da un ricevitore di ultrasuoni, detti primo e secondo trasduttore essendo posizionati in prossimità del punto di fuoco della superficie (4).