PL67222B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 5.YIL1973 KI. 42s,l/06 MKP B06b 1/06 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Elzbieta Rybacka, Andrzej Chindelewicz, Jerzy Naglowski, Tomasz Strzelecki Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Doswiadczalny Budo¬ wy Aparatury Naukowej UNIPAN), Warszawa (Pol¬ ska) Glowica ultradzwiekowa Przedmiotem wynalazku jest glowica ultradzwie¬ kowa z przetwornikiem piezoelektrycznym, stoso¬ wana do emitowania energii ultradzwiekowej.Powszechnie znane i stosowane glowice ultra¬ dzwiekowe skladaja sie z przetwornika drgan, osrodka tlumiacego drgania oraz osrodka sprze¬ gajacego przetwornik z osrodkiem do którego pro¬ mieniowana jest energia ultradzwiekowa. Calosc znajduje sie w obudowie glowicy. W zaleznosci od tego, do jakiego osrodka promieniuje sie energie ultradzwiekowa, stosowane sa rózne osrodki sprze¬ gajace. Ponadto w zaleznosci od tego, jakimi pa¬ rametrami ma sie charakteryzowac glowica, sto¬ sowane sa róznego rodzaju przetworniki.I tak, zastosowanie przetworników z ceramiki piezoelektrycznej badz monokrysztalów o wyso¬ kim wspólczynniku sprzezenia elektromechanicz¬ nego na oscylatory do glowic ultradzwiekowych, jest uzasadnione przede wszystkim wysoka czu¬ loscia tego typu glowic w stosunku do glowic opartych na oscylatorach wykonanych z tradycyj¬ nych, piezoelektrycznych monokrysztalów, takich jak np. kwarc.Wspólczynnik sprzezenia elektromechanicznego nowoczesnych polikrystalicznych polaryzowanych elektrostatycznie ferrodielektrycznych spieków (ce¬ ramik) nie ma do chwili obecnej konkurencji wsród monokrysztalów piezoelektrycznych.Przetworniki piezoelektryczne z tradycyjnych monokrysztalów charakteryzuja sie mala wartos¬ cia stalej dielektrycznej, dzieki czemu glowice ul¬ tradzwiekowe stykowe wykonane z takich prze¬ tworników moga emitowac energie ultradzwieko¬ wa do przedmiotów metalowych wprost z powie- 5 rzchni przetwornika bez elektrody i bez jakiejkol¬ wiek warstwy sprzegajacej z wyjatkiem cienkiej warstewki cieczy, poniewaz role jednej z elektrod takiego przetwornika spelnia powierzchnia meta¬ lu, do którego jest emitowana energia. W przy- io padku emitowania energii ultradzwiekowej do dielektryków wystarczy jako warstwe sprzegajaca uzyc cienka folie metalowa spelniajaca role jed¬ nej z elektrod.Ze wzgledu na bardzo duza wartosc stalej 15 dielektrycznej ceramiki piezoelektrycznej i wiek¬ szosci ferrodielektryków, przetwornik z takiej ce¬ ramiki musi miec naniesione obydwie elektrody na stale, poniewaz przytkniecie do przetwornika jakiejkolwiek zewnetrznej elektrody przez bardzo 20 cienka warstwe cieczy spowoduje powazna strate energii elektrycznej z powodu odlozenia sie na warstwie cieczy (mniejsza pojemnosc elektryczna od pojemnosci przetwornika) wiekszej czesci przy¬ lozonego napiecia, przeznaczonego do pobudzenia 25 przetwornika do drgan.- Elektrody przetworników z ceramiki piezoelek¬ trycznej sa najczesciej wykonane ze srebra i przy zetknieciu z chropowata powierzchnia metalu ule¬ glyby szybkiemu uszkodzeniu. Z tego wzgledu so wszystkie glowice ultradzwiekowe stykowe z prze- 67 22267 222 twiornikami ceramicznymi maja od strony czola warstwe sprzegajaca, która chroni elektrode prze¬ twornika przed szybkim zuzyciem, badz zniszcze¬ niem.Wiekszosc produkowanych na swiecie glowic ultradzwiekowych stykowych z przetwornikiem ce¬ ramicznym ma warstwe sprzegajaca wykonana z tworzyw sztucznych badz z gumy. Tego typu war¬ stwa sprzegajaca, ze wzgledu na jej zuzywanie sie, ma najczesciej grubosc rzedu 0,3 -5-1 milime¬ tra, co przy uwzglednieniu predkosci fal ultra¬ dzwiekowych w tworzywach sztucznych stanowi juz przy czestotliwosci 2 MHz wartosc 0,3 -r- 1 dlu¬ gosci fali. Przy tak grubej warstwie sprzegajacej wystepuja dwa szkodliwe zjawiska, a mianowicie strata energii ultradzwiekowej przy dwukrotnym przechodzeniu poprzez warstwe sprzegajaca, co najmniej 10 dB, oraz na skutek wielokrotnych odbic w warstwie sprzegajacej, wydluza sie im¬ puls ultradzwiekowy pogarszajac rozdzielczosc glo¬ wicy, w przypadku gdy wspólpracuje ona z impul¬ sowym urzadzeniem ultradzwiekowym. Obserwuje sie tez interferencje i zwiazana z tym zaleznosc czestotliwoscia amplitudy drgan w przypadku ste¬ rowania glowicy ze zródla sygnalu sinusoidalnego.Cienkie warstwy tworzyw sztucznych, stosowa¬ nych jako warstwy sprzegajace, nie zapewniaja trwalosci elektrody przetwornika.Celem wynalazku jest glowica ultradzwiekowa z przetwornikiem ceramicznym, która nie mialaby wad powyzej przedstawianych, a zwlaszcza w któ¬ rej nie zaobserwuje sie szkodliwego wplywu war¬ stwy sprzegajacej na czulosc i rozdzielczosc glo¬ wicy.Cel ten osiagnieto przez skonstruowanie glowicy, której istotnym elementem jest to, ze warstwa sprzegajaca jest warstwa metaliczna przechodzaca w sposób ciagly z powierzchni czolowej glowicy na jej jedna lub wszystkie powierzchnie boczne. War¬ stwa ta, zaleznie od pogrzeby jest pojedyncza lub wielokrotna. Zewnetrzna czesc tej warstwy wyko¬ nana jest korzystnie z metali twardych lub ich zwiazków.Predkosc fal ultradzwiekowych w metalach jest okolio 2 do 3,5 raza wieksza niz predkosc w two¬ rzywach sztucznych. Dlatego tez, dopuszczalna gru¬ bosc warstwy sprzegajacej z metalu moze byc tyle samo razy wieksza od dopuszczalnej grubosci war¬ stwy sprzegajacej z tworzywa sztucznego, bez po¬ gorszenia czulosci ii rozdzielczosci glowicy. Waru¬ nek taki spelnia w praktyce warstwa z dowolnego metalu o grubosci rzedu kilkadziesiat — do stu 15 20 25 30 35 40 45 50 mikronów w calym uzytkowym zakresie czestotli¬ wosci glowic ultradzwiekowych stykowych oraz w powaznym wycinku zakresu czestotliwosci glo¬ wic ultradzwiekowych zanurzeniowych. Jezeli wierzchnia czesc warstwy sprzegajacej glowicy jest wykonana z odpowiednio twardego metalu, wówczas tego typu warstwa sprzegajaca jest nie¬ porównywalnie trwalsza iod kilkakrotnie nawet grubszych warstw wykonanych z tworzyw sztucz¬ nych.Glowica ultradzwiekowa wedlug wynalazku jest zobrazowana w przykladowym wykonaniu na ry¬ sunku przedstawiajacym przekrój poprzeczny przez nia.Glowica sklada sie z przetwornika 1, osrodka tlumiacego 2, warstwy sprzegajacej 3, oraz obu¬ dowy 4. Warstwa sprzegajaca 3 wykonana jest jako cienka warstwa metaliczna i przylega bez¬ posrednio do czolowej powierzchni przetwornika 1, do powierzchni bocznych osrodka tlumiacego 2 oraz do odcinka wewnetrznej powierzchni obudo¬ wy 4. Dzieki takiemu uksztaltowaniu warstwy sprzegajacej, uzyskuje sie efekt przeniesienia bez¬ posrednio do obudowy 4 potencjalu elektryczriego warstwy sprzegajacej 3, stanowiacej jednoczesnie jedna z elektrod przetwornika 1.Ze wzgledu ina wlasciwosci przetwornika 1, któ¬ ry moze byc wykonywany z róznych kompozycji ceramicznych, warstwa sprzegajaca 3 moze sie skladac z jednej lub z kilku warstw metalicznych, przy czym warstwa przylegajaca do przetwornika jest wykonana z metalu rwykazujacego najlepsza przyczepnosc do materialu z jakiego jest wykona¬ ny przetwornik, a warstwa izewnetrzna jest wy¬ konana z metalu 'trudno scieralnego, np. chromu elektrolitycznego albo manganu, badz innych twar¬ dych metali albo ich zwiazków. PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Glowica ultradzwiekowa z przetwornikiem piezoelektrycznym, skladajaca sie z przetwornika drgan, osrodka tlumiacego, zewnetrznej warstwy sprzegajacej i obudowy, znamienna tym, ze war¬ stwa sprzegajaca (3) jest warstwa metaliczna prze¬ chodzaca w sposób ciagly z powierzchni czolowej glowicy i(l) na jej jedna lub wszystkie powierzch¬ nie boczne, a zewnetrzna jej czesc jest wykonana korzystnie z -metali twardych lub ich zwiazków.

2. Glowica ultradzwiekowa wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zaleznie od potrzeby, warstwa sprzegajaca jest pojedyncza lub wielokrotna. mm. 3 m W.D.Kart., C/93/73, 95+15, A4 Cena zl 10,— PL PL