PL67699B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo * Opublikowano: 10.VI.1973 67699 KI. 42g,l/10 mkp Giok ii/nn [czytelnia! TittiTil lunfpmu(^#i ' 1 i^^^^^^—^^^^^^---^^^^^— Wspóltwórcy wynalazku: Jerzy Naglowski, Andrzej Chindelewicz, To¬ masz Strzelecki, Andrzej Nowotka, Józef Wojdyla Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Zaklad Doswiadczalny Bu¬ dowy Aparatury Naukowej UNIPAN), Warszawa (Polska) Osrodek do tlumienia drgan wlasnych przetwornika piezoelektrycznego, zwlaszcza w glowicy ultradzwiekowej Przedmiotem wynalazku jest osrodek do tlumie¬ nia drgan wlasnych przetwornika piezoelektrycz¬ nego, zwlaszcza do glowicy ailtradzwiekowej stoso¬ wanej jako emiter energii ultradzwiekowej.Osrodek tlumiajcy stosowany w przetworniku piezoelektrycznym ma na celu wchlonac maksimum energii ultradzwiekowej przenikajacej z górnej po¬ wierzchni przetwornika, tak aby minimum energii ultradzwiekowej uleglo odbiciu na granicy po¬ miedzy przetwornikiem i osrodkiem oraz wytlumic fale ultradzwiekowa, biegnaca od dolu do góry wzdluz osrodka i fale odbita od górnej powierz¬ chni osrodka, biegnaca z powrotem w strone prze¬ twornika, tak aby jak najmniejsza jej czesc doszla do granicy (pomiedzy przetwornikiem i osrodkiem.Idealny osrodek tlumiacy .powinien charaktery¬ zowac sie trzema wlasnosciami, a mianowicie: iimpedancja akustyczna osrodka równa ilmpedancjd akustycznej przetwornika piezoelektrycznego, tlu¬ mieniem fali ultradzwiekowej wzdluz podwójnej wysokosci przetwornika nieskonczenie wielkim (w celu unikniecia odbioru przez glowice paso¬ zytniczego sygnalu ultradzwiekowego odbitego od górnej powierzchni osrodka) oraz wymiaraimi nie¬ ciaglosci stouktiury osrodka tlumiacego, przynaj¬ mniej w obszarze przylegajacym do przetwornika, bardzo malymi w stosunku do dlugosci fali w osrodku, a to w celu unikniecia mikroodbic fal ultradzwiekowych od nieciaglosci srtruktury osrod- 15 20 25 30 ka, co powioduje powstawanie tak zwanych szu¬ mów (ultradzwiekowych glowicy.Wszystkie trzy powyzsze wymagania jest bardzo trudno spelnic, poniewaz dla wiekszosci osrodków sa to wymagania sprzeczne, totez wszelkie pow¬ szechnie znane dotychczas rozwiazania osrodków tlumiacych w glowicach lultradzwiekowych sa da¬ lekie od doskonalosci.Znanych jest szereg sposobów tlumienia drgan wlasnych przetwornika piezoelektrycznego. I tak, na przyklad przez posypywanie go opilkami meta¬ licznymi i zalanie woskiem* Inny sposób polega na tlumieniu drgan wlasnych przetwornika przez uiformowainie osrodka tlumia¬ cego z mieszaniny proszków metali ciezkich badz ich zwiazków z zywicami syntetycznymi w stanie cieklym, a nastepnie doprowadzenie otrzymanej mieszaniny do fazy stalej przez enemo- lub termo¬ utwardzalne. W praktyce istnieja jednak znaczne trudnosci z otrzymaniem jakichkolwiek mieszanin, proszków ciezkich metali badz ich zwiazków z zy¬ wicami syntetycznymi o odpowiednio wysokiej Umpedancji akustycznej^ a tylm samym skutecznego obnizenia wspólczynnika ddbroci mechanicznego obwodu rezonansowego przetwornika.Wielkosc impedancji akustycznej wiekszosci prze¬ tworników piezoelektrycznych jest rzedu wielkosci impedancji akustycznej wiekszosci metali, badz tez co najmniej dwukrotnie mniejsza. Tymczasem stosujac jako osrodek tlumiacy znane mieszaniny 67 699s .67 699 4 proszku metali i zywicy syntetycznej otrzymuje sie wypadkowa predkosc fali ultradzwiekowej równa lub niniejsza od predkosci fali ultradzwiekowej stosowanej zywicy to jest 2—3-krotnie mniejsza od predkosci fali w metalach, oraz. wypadkowa gestosc mieszaniny przewaznie kilkakrotnie mniejsza od gestosci metalu, z którego jest wykonany stosowany do mieszaniny proszek. Wynika to z trudnosci od¬ powiednio wysokiego pokrycia objetosci miesza¬ niny objetoscia proszku. W efekcie otrzymuje sie ta droga przewaznie mieszanine o wielokrotnie mniejszej impedancji akustycznej od impedancji przetwornika.•¦?Jako przeklad trwinosci w uzyskaniu odpowied¬ nio wysokiej iimpeAsncji akustycznej mieszaniny metalu o bardzo wysokiej impedancji z zywica syn¬ tetyczna mozna poda4 stosowana do chwila obecnej w wielu, wytwórniach mieszanine proszku wolfra- mowego^ otrzynianega z redukcji trójtlenku wolfra¬ mu z zywicami syntetycznymi.Impedancja akustyczna wolframu metalicznego jest 2—4 razy wyzsza od impedancji przetworni¬ ków piezoelektrycznych. Poniewaz jednak pred¬ kosc fali ultradzwiekowej w mieszaninie jest okolo 2,5 razy mniejsza od predkosci fali w wolf¬ ramie, a gestosc mieszaniny ze wzgledu na podobna do1 pierza strukture proszku wolframowego otrzy¬ manego za pomoca powyzszej technologii jest okolo 5,5 razy mniejsza od gestosci wolframu, przeto impedancja akustyczna mieszaniny jest okolo 14 razy mniejsza od impedancji akustycznej wolf¬ ramu, tym samym 3,5—7 razy mniejsza od impe¬ dancji akustycznej przetworników piezoelektrycz¬ nych.Jeszcze inny znany sposób formowania osrod¬ ków tlumiacych, z mieszaniny proszku wolframu i zywicy syntetycznej polega na poddawaniu mie¬ szaniny jeszcze przed utwardzeniem zywicy wyso¬ kim przyspieszeniom na wirówce. Na skutek dzia¬ lania wysokich przyspieszen nastepuje nacisk slupa mieszaniny na dno naczynia na którym tifco- czywa przetwornik. Nacisk ten jest najwiekszy w okolicy dna naczynia z mieszanina. Nacisk po¬ wyzej dna jest coraz mniejszy, a w górnych war¬ stwach mieszaniny maleje do zera, poniewaz slup mieszaniny naciskajacy na odpowiednia jej war¬ stwe jest coraz nizszy. Na skutek nacisku naste¬ puje sprasowanie proszku ^najwieksze w okolicy przetwornika —coraz mniejsze wgómycftiiwarstwach osrodka). Na skutek sprasowania proszku wolframu (proszek taki latwo sprasowac z powodu jego pie¬ rzastej struktury) wzrasta impedancja akustyczna w ten sposób uformowanego osrodka.Opisanym sposobem uzyskuje sie znaczna po¬ prawe dopasowania impedancji akustycznej osrod¬ ka do impedancji akustycznej przetwornika. Ufor¬ mowany w ten sposób osrodek tlumiacy odznacza sie w przypadku zastosowania odpowiedniej zywicy syntetycznej równiez bardzo wysokim tlumieniem energii ultradzwiekowej, w szczególnosci w swych górnych, mniej sprasowanych warstwach. Po¬ wazna wada tej metody sa jednak znaczne szu¬ my ultradzwiekowe glowicy w przypadku zastoso¬ wania czulego przetwornika i czulego urzadzenia wspólpracujacego z glowica ultradzwiekowa oparta na opisanym sposobie tlumienia drgan wlasnych przetwornika. Przyczynami wysokich szumów sa w tym przypadku mikroodibicia fali ultradzwieko¬ wej na skutek zmian impedancji akustycznej s wzdluz osi osrodka -tlumiacego oraz niekiedy rów¬ niez milkropekniecia osrodka tlumiacego, powstale od nacisków podczas procesu wirowania.Z tych samych powodów prasowanie osrodka tlumiacego jeszcze przed utwardzeniem zywicy za pomoca stalych nacisków nie zdalo egzaminu, gdyz wystepuja wysokie szumy wynikajace zarówno z nierównomiernosci impedancji wzdluz osi jak równiez na skutek istnienia mikropejkniec. Iden¬ tyczne wady wykazuje caly szereg metod otrzymy¬ wania osrodków tlumiacych o nierównomiernej impedancji wzdluz osi.Celem wynalazku jest opracowanie osrodka do tlumienia drgan wlasnych przetwornika piezoelek¬ trycznego, zwlaszcza w glowicy ultradzwiekowej, który to osrodek nie mialby wad osrodków stoso¬ wanych dotychczas.Cel ten osiagnieto przez opracowanie osrodka tlumiacego bedacego mieszanina zywicy syntetycz¬ nej z proszkiem metalicznym..Istota wynalazku polega na tym, ze drobiny proszku metalicznego wchodzacego w sklad osrodka tlumiacego maja ksztalt regularny, a zwlaszcza zblizony do kulistego. Proszek metaliczny sklada sie z drobin jednego metalu lub stanowi go mie¬ szanina drobin kilku metali.Dzieki temu uzyskuje sie skuteczne zmniejszenie wspólczynnika dobroci mechanicznego obwodu drgajacego, skrócenie czasu narastania i zaniku drgan przy ekscytacji przetwornika za pomoca impulsu elektrycznego lub mechanicznego, oraz zmniejszenie zaleznosci amplitudy drgan od czesto¬ tliwosci przy wymuszaniu drgan przetwornika, W Stosunku do znanych osrodków tlumiacych, osrodek wedlug wynalazku ma gestosc oraz impe- dancje akustyczna znacznie wieksza. Uzyskuje sie to dzieki temu, ze w takim osrodku tlumiacym osiaga sie znacznie wieksze wypelnienia objetosci.Dodatkowa zaleta Wynalazku jest fakt istnienia mozliwosci uzyskania kulistych ksztaltów drobin zarówno z wolframu, jak i z innych znacznie tan¬ szych metali, przy czym wlasciwosci tlumiace osrodków uzyskanych z proszków tych ostatnich okazaly sie byc w praktyce znacznie lepsze od wlasciwosci uzyskanych za .pomoca proszku wolfra¬ mowego otrzymywanego z redukcji tlenków wol¬ framu.Impedancja akustyczna osrodka tlumiacego jest wprost proporcjonalna do gestosci tego osrodka.W osrodku wedlug wynalazku obserwuje sie zwiek¬ szony wspólczynnik wypelnienia na skutek wiek¬ szych mozliwosci poruszania sie drobin o ksztalcie regularnym w zywicy przy ifonmowaniu osrodka, a wiec i wzrost gestosci osrodka tlumiacego w sto¬ sunku do dotychczas stosowanych. PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Osrodek do tlumienia drgan wlasnych przetwor¬ nika piezoelektrycznego, zwlaszcza w glowicy ultradzwiekowej, bedacy mieszanina zywicy syn- 15 20 28 30 35 40 45 50 55 605 67 699 6 tetycznej z proszkiem metalicznym, znamienny a zwlaszcza zblizony do kulistego, przy czym pro- tym, ze drobiny proszku metalicznego wchodzacego szek metaliczny sklada sie z drobin jednego metalu w sklad osrodka tlumiacego maja ksztalt regularny, lub stanowi go mieszanina drobin kilku metali. PL PL