RU10885U1

RU10885U1 - ULTRASONIC TRANSMITTER

Info

Publication number: RU10885U1
Application number: RU99105910U
Authority: RU
Inventors: Г.В. Григорьев; А.Т. Павлов; В.Т. Павлов
Original assignee: Григорьев Геннадий Владимирович; Павлов Анатолий Тихонович; Павлов Владимир Тихонович
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 1999-08-16

Description

УЛЬТРАЗВУЮВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬULTRASONIC TRANSDUCER

Изобретение относится к области неразруашщего контроля и может быть использовано для ультразвукового контроля материалов и изделий и в частности, качества железнодорожного рельсового полотна.The invention relates to the field of non-destructive testing and can be used for ultrasonic testing of materials and products, and in particular, the quality of a rail track.

Известен ультразвуковой преобразователь содержащий акустическую призму с ловушкой, в которой выполнены ряды сквозных конических отверстий с противоположной конусностью в смежных отверстиях и, размещенный на этой ловушке пьезоэлемент (I)A known ultrasonic transducer containing an acoustic prism with a trap in which rows of through conical holes with opposite taper in adjacent holes are made and a piezoelectric element (I) placed on this trap

Недостатком этого устройства является недостаточная гющность в режиме излучения, вследствии рассеивания энергииThe disadvantage of this device is the lack of density in the radiation mode, due to energy dissipation

Известен ультразвуковой преобразователь содержащий корпус, звукопровод, установленный на нем пьезоэлемент и охваТБшащий его, с воздушным зазором демпфер ()Known is an ultrasonic transducer containing a housing, a sound pipe, a piezoelectric element mounted on it, and an enclosing element with an air gap damper ()

Недостатком этого устройства является низкая достоверность контроля в следствии высокого уровня акустических щумов, а также недостаточная мощность излучения и чувствительность приема ультразвуковых колебаний.The disadvantage of this device is the low reliability of the control due to the high level of acoustic noise, as well as insufficient radiation power and the sensitivity of receiving ultrasonic vibrations.

Наиболее близким к изобретению прототипом, является ультразвуковой преобразователь содержащий корпус, установленную в нем наклонную акустическую призму, закрепленный на ней пьезоэлемент с дополнительным демпфером на его нерабочей поверхности, основной демпфер и промежуточный согласующий слой, охватывающий боковые поверхности призмы, пьезоэлемента и дополнительного демпфера.The closest prototype to the invention is an ultrasonic transducer containing a housing, an inclined acoustic prism mounted in it, a piezoelectric element mounted on it with an additional damper on its non-working surface, a main damper and an intermediate matching layer covering the side surfaces of the prism, piezoelectric element and additional damper.

МКИ G OIX 29/04 MKI G OIX 29/04

Недостатком прототипа является низкое соотножение Полезного сигаала к помехам, а также зависимость параметров устройства от перепада температур, что снижает точность исследований и эксплуатационные возможности устройства.The disadvantage of the prototype is the low ratio of the useful signal to interference, as well as the dependence of the device parameters on the temperature difference, which reduces the accuracy of research and operational capabilities of the device.

Технической задачей заявляемойополезной вюдели является снижение уровня акустических шумов, повышение чувствительности и расширение рабочего температурного диапазона.The technical task of the claimed useful vudel is to reduce the level of acoustic noise, increase sensitivity and expand the operating temperature range.

Поставленная задахю решается следующим образом.The set back problem is solved as follows.

В ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, установленную в нем наклонную акустическую призму, с основанием контактирущем с контролируемой поверхностью, закрепленный на призме пьезоэлемент, основной демпфер и, установленный между ним и пьезоэлементом, дополнительный демпфер, дополнительный демпфер, установлен с обхватом нерабочей поверхности призмы и выполнен из эластичного материала, а его толщина / , выбрана из условия: . Яе / - длина ультразвука в материале промежуточного демпфера, при этом призма у основания.контактирувщего с контролируемой поверхностью, выполнена с скруглением угла сопряжения боковой поверхности и основания, радиус которого , выбран из условия: : /ijl где /Ij - длина волньГГв материале призмы.In an ultrasonic transducer containing a housing, an inclined acoustic prism installed in it, with a base in contact with a controlled surface, a piezoelectric element mounted on a prism, a main damper and, between it and a piezoelectric element installed, an additional damper, an additional damper installed with a girth of the non-working surface of the prism and made from an elastic material, and its thickness /, is selected from the condition:. Re / is the length of the ultrasound in the material of the intermediate damper, with the prism at the base in contact with the controlled surface made with a fillet angle of the lateral surface and the base, the radius of which is selected from the condition: / ijl where / Ij is the wavelength of the GW in the prism material.

Кроме того в ультразвуковом преобразователе на боковой поверхности призмы и на внутренней поверхности корпуса, выполнены канавки с глубиной равной Л и /( где Д - длина ультразвука в материале корпуса.In addition, in the ultrasonic transducer on the side surface of the prism and on the inner surface of the housing, grooves are made with a depth equal to L and / (where D is the ultrasound length in the housing material.

j j

Отличительными признаками в заявляемой полезной модели являются:Distinctive features in the claimed utility model are:

-дополнительный демпфер, установлен с обхватом нерабочей поверхности пьезоэлемента.примвпсает к боковой поверхности акустической призмы и выполнен из эластичного материала, это позволяет образовать с нерабочей поверхностью ньезоэлемента промежуточный слой, и, тем самьш, повысить мощность зондирующих импульсов и х увствительность устройства в режиме приема сигнала, снизить помехи, образующиеся по краям призмы и пьезоэлемента при излучении ультразвуковых колебаний, а эластичный материал, из которого он выполнен, механически развязьгоает пьезоэлемент от основного ;1емпфера и в результате ослабляет напряжения на пьезоэлемент, возникающие в основном демпфере, что расширяет рабочий температурный диапазон устройства, а также уменьшает нелинейные искажения излучаемых и принимаемых импульсов;- an additional damper installed with a girth of the non-working surface of the piezoelectric element. Attaches to the lateral surface of the acoustic prism and is made of elastic material, this allows you to form an intermediate layer with the non-working surface of the piezo element, and thereby increase the power of the probe pulses and the device sensitivity in the signal reception mode to reduce the noise generated at the edges of the prism and piezoelectric element when emitting ultrasonic vibrations, and the elastic material from which it is made is mechanically decoupled it picks up the piezoelectric element from the main one; 1 ampere and as a result weakens the voltage on the piezoelectric element arising in the main damper, which extends the operating temperature range of the device and also reduces the nonlinear distortion of the emitted and received pulses;

/ - толщина промежуточного демпфера выбрана из условия - при толщине равной /1/ промежуточный демпфер работает как просветляющий сло11 увеличивая мощность зондирующих импульсов, за счет чего повышается мощность излучения, при увеличении его толщины до , увеличиваются потери энергии излучаемого сигнала, но снижается уровень собственных шумов;/ - the thickness of the intermediate damper is selected from the condition - with a thickness equal to / 1 / the intermediate damper works as an antireflection layer 11 increasing the power of the probe pulses, thereby increasing the radiation power, increasing its thickness to increase the energy loss of the emitted signal, but reduce the level of intrinsic noise ;

-канавки, выполненные на боковой шверхности акустической призмы и на внутренней боковой поверхности корпуса с глубиной равной длине УЗВ в материале призмы С / ) и- grooves made on the lateral surface of the acoustic prism and on the inner side surface of the housing with a depth equal to the length of the ultrasound in the material of the prism C /) and

длиной УЗВ в материале корпуса ( ) изменяют форму и площадь отражающей поверхности, что позволяет ослабить отраженные колебания в акустической призме и основном демпфере в результате их многократного переотражения с последующим поглащением основньш демпфером и снизить темthe length of the ultrasound in the body material () changes the shape and area of the reflecting surface, which allows you to weaken the reflected vibrations in the acoustic prism and the main damper as a result of their repeated reflection and subsequent absorption by the main damper and reduce

самым уровень реверберационных помех;the level of reverberation interference;

- акустическая призма, у основания, контактирующего с- an acoustic prism at the base in contact with

контролируемой поверхностью, вьшолнена с скруглением угла сопряжения боковой поверхности и основания, радиусом д - это исключает условие образования дифрагированной волны-помехи, возникающей на острой грани акустической призмы, что также снижает уровень помех, повышает соотношение сигнал/щумcontrolled surface, rounded with a fillet angle of the side surface and the base, radius d - this eliminates the condition for the formation of a diffracted interference wave arising on the sharp edge of the acoustic prism, which also reduces the level of interference, increases the signal / noise ratio

На г, I представлено заявляемое устройство.On g, I presents the claimed device.

Устройство содержит корпус I, акустическую призму 2, выполненную с скруглением радиус г у , угла сопряжения боковой поверхности и основания, контактирующего с контролируемой поверхностью, пьезоэлемент 3, установленный на призме, дополнительный демпфер 4, установленный с обхватом нерабочей поверхности пьезоэлемента, канавки 6, выполненные на боковой поверхности призмы и корпусаThe device comprises a housing I, an acoustic prism 2, made with rounding radius r y, the angle of conjugation of the side surface and the base in contact with the controlled surface, the piezoelectric element 3 mounted on the prism, an additional damper 4 mounted with the girth of the non-working surface of the piezoelectric element, grooves 6, made on the side of the prism and housing

Устройство работает следущим образом.The device operates as follows.

После цодачи электрического сигнала на пьезоэлемент 3 происходит его преобразование в механические колебания ультразвуковой частоты. Эти колебанид распространяются в акустическую призму 2, отражаются от ее основания и поступают в контролируемое изделие, а также в дополнительныйAfter the electrical signal is supplied to the piezoelectric element 3, it is converted into mechanical vibrations of the ultrasonic frequency. These vibrations are propagated into the acoustic prism 2, are reflected from its base and enter the controlled product, as well as an additional

демпфер 4 и основной демпфер 5, При этом часть энергии колебаний отразившись от границы дополнительного демпфера 4, контактирующего с основным демпфером 5, накладываются на колебания пьезоэлемента 3, суммируются с ними, увеличивая его излучаемую мощность Колебания прошедшие в контролируемое изделие, отраженные от дефекта, возвращаются на пье30элемент 3, слабонагруженным дополнительным демпфером 4, преобразуются в электрический сигнал тем больший, .чем меньше акустическое сопротивление дополнительного демпфера 4, что благоприятно сказывается на повышении чувствительности устройства.damper 4 and the main damper 5, while part of the vibrational energy reflected from the boundary of the additional damper 4 in contact with the main damper 5 is superimposed on the vibrations of the piezoelectric element 3, summed with them, increasing its radiated power. The vibrations transmitted to the controlled product, reflected from the defect, are returned on pye30 element 3, lightly loaded additional damper 4, is converted into an electrical signal the larger, the less the acoustic resistance of the additional damper 4, which favorably camping on increasing the sensitivity of the device.

На практике были изготовлены ультразвуковые преобразователи с рабочей частотой 2,5 Мгц, с углами наклона призмы от 0° до 60°, Экспериментально установлено, что выполнение дополнительного демпфера 4, толщиной близкой к /i/Й приводит к уменьшению уровня шумов, а при толщине близкой к возрастает уровень полезного сигнала т е« повышаетсяIn practice, ultrasonic transducers were manufactured with an operating frequency of 2.5 MHz, with prism tilt angles from 0 ° to 60 °. It was experimentally established that the implementation of an additional damper 4 with a thickness close to / i / J leads to a decrease in noise level, and at a thickness close to increases the level of the useful signal t e "rises

чувствительность устройства. На образвр хГвыполнеинЁМ радиусом скругления R. у основания сопряженного с боковой поверхностью, снижается уровень шумов на ранних временах регистрации сигнала отраженного от дефекта ЭксперименталЬ ные данные показали, что предлагаемое устройство ©бдюдает высокой надежностью и позволяет получить достоверную информацию при контроле железнодорожного полотна, за счет расширения рабочего температурного диапазона, повышения чув гтвительности и снижения уровня акустических щумов.device sensitivity. On a sample with a radius of rounding R. at the base conjugated to the lateral surface, the noise level at the early times of recording the signal reflected from the defect decreases. Experimental data showed that the proposed device © is highly reliable and allows reliable information to be obtained when monitoring the railroad track, due to the expansion operating temperature range, increasing sensitivity and reducing the level of acoustic noise.

55

с. nfltibMOi f с от от от с. ЛИТЕРАТУРА I, A.G. GXP IP 1281995, ШШ G 01У 29Л)4 публ. 07.01.81 г. БИ №.I (аналог). . A.G. GGGP J I8H734, МКЙ в Ql/i/ 29/04 публ. 15.06,93 г. БИ № Е2 (аналог). 3.A.G. GCGP № 1163254, МКЙ OlV 29/04 23,06.85. БИ 23 (прототйп), 4. GeECMOpasBeflKa. GnpaB04HHK под ред, Гурвич И.И. 40.with. nfltibMOi f s from from from s. REFERENCES I, A.G. GXP IP 1281995, ШШ G 01У 29Л) 4 publ. 01/07/81, BI No. I (analogue). . A.G. GGGP J I8H734, MKJ in Ql / i / 29/04 publ. 06/15/93, BI No. E2 (analogue). 3.A.G. GCGP No. 1163254, MKJ OlV 29/04 23.06.85. BI 23 (prototype), 4. GeECMOpasBeflKa. GnpaB04HHK Ed., Gurvich I.I. 40.

Claims

1. An ultrasonic transducer comprising a housing, an acoustic prism installed in it with a base in contact with the surface to be monitored, a piezoelectric element mounted on the prism, an additional damper and an additional damper installed between it and the piezoelectric element, characterized in that the additional damper is installed with the girth of the non-working surface of the piezoelectric element, adjacent to the side surface of the prism and made of elastic material, and its thickness n is selected from the condition λ / 4 ≅ n ≅ λ / 2, where λ is the ultrasonic wavelength in m additional materials under the damper, wherein the base of the prism in contact with the testing surface, is provided with a round corner conjugation side surface and a base whose radius R is selected from the condition of R ≥ λ _1/4, where λ ₁ - length of the ultrasonic wave in the prism material.

2. The ultrasonic transducer according to claim 1, characterized in that on the side surface of the prism and on the inner surface of the housing grooves are made with a depth equal to λ ₁ and λ ₂ , where λ ₂ is the length of the ultrasonic wave in the housing material.