RU137900U1

RU137900U1 - ULTRASONIC ANTENNA ARRAY

Info

Publication number: RU137900U1
Application number: RU2013151323/28U
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Кашин; Сергей Леонидович Гамезо; Александр Николаевич Шамин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Ультракрафт"
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-02-27

Abstract

1. Ультразвуковая антенная решетка, содержащая призму с пьезоэлементами, в которой призма выполнена в виде периодической ступенчатой структуры, отличающаяся тем, что призма разделена на по меньшей мере первую и вторую части, характеризующиеся равной периодичностью структуры, расположенные в плане параллельно с относительным сдвигом в половину периода и лежащие в пересекающихся плоскостях.2. Решетка по п.1, отличающаяся тем, что акустические оси пьезоэлементов первой части призмы расположены под углом α к акустическим осям пьезоэлементов второй части призмы, причем 0<α≤38°.1. Ultrasonic antenna array containing a prism with piezoelectric elements, in which the prism is made in the form of a periodic stepped structure, characterized in that the prism is divided into at least the first and second parts, characterized by equal periodicity of the structure, located in plan in parallel with a relative half shift period and lying in intersecting planes. 2. The lattice according to claim 1, characterized in that the acoustic axes of the piezoelectric elements of the first part of the prism are located at an angle α to the acoustic axes of the piezoelectric elements of the second part of the prism, with 0 <α≤38 °.

Description

Полезная модель относится к пьезоэлектрическим приборам для ультразвукового (УЗ) неразрушающего контроля металлических объектов путем их сканирования, в частности, в прокатном и трубном производстве при автоматизированном неразрушающем контроле труб, сортового и листового проката.The utility model relates to piezoelectric devices for ultrasonic (ultrasound) non-destructive testing of metal objects by scanning them, in particular, in rolling and pipe production with automated non-destructive testing of pipes, long and sheet products.

Из патентного документа RU 2335038 C1 известна УЗ антенная решетка, содержащая призму с пьезоэлементами, в которой призма выполнена в виде периодической ступенчатой структуры.From the patent document RU 2335038 C1, an ultrasonic antenna array is known containing a prism with piezoelectric elements, in which the prism is made in the form of a periodic stepped structure.

Однако известное устройство не позволяет обеспечить высокую равномерность чувствительности по всей длине решетки из пьезоэлементов, что вызвано невозможностью на практике существенного увеличения числа активных элементов на единицу площади рабочей поверхности антенной решетки, так как существует ряд ограничений физического характера, задающих минимально возможные размеры пьезоэлектрических пластин электроакустических преобразователей. По данной причине для снижения вероятности пропуска дефекта в объекте контроля выставляют более низкий порог срабатывания дефектоскопа, что приводит к неприемлемо высокому уровню перебраковки.However, the known device does not provide high uniformity of sensitivity along the entire length of the array of piezoelectric elements, which is caused by the impossibility in practice of a significant increase in the number of active elements per unit area of the working surface of the antenna array, since there are a number of physical limitations that specify the minimum possible sizes of piezoelectric plates of electroacoustic transducers . For this reason, to reduce the likelihood of missing a defect, a lower threshold for the flaw detector is set in the control object, which leads to an unacceptably high level of rejection.

Задачей является уменьшение перебраковки в процессе контроля.The objective is to reduce refining in the control process.

Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в повышении равномерности чувствительности УЗ антенной решетки на всем протяжении ее зоны захвата.The technical result provided by this useful model is to increase the uniformity of the sensitivity of the ultrasonic antenna array over the entire length of its capture zone.

Технический результат достигается благодаря тому, что в УЗ антенной решетке, содержащей призму с пьезоэлементами, данная призма выполнена в виде периодической ступенчатой структуры, причем указанная призма разделена на по меньшей мере первую и вторую части, характеризующиеся равной периодичностью структуры и расположенные в плане параллельно с относительным сдвигом в половину периода, лежащие при этом в пересекающихся плоскостях.The technical result is achieved due to the fact that in the ultrasonic antenna array containing a prism with piezoelectric elements, this prism is made in the form of a periodic stepped structure, and this prism is divided into at least the first and second parts, characterized by equal periodicity of the structure and located in plan in parallel with the relative a shift in half of the period, while lying in intersecting planes.

В частном случае реализации решетки акустические оси пьезоэлементов первой части призмы расположены под углом 0<α≤38° к акустическим осям пьезоэлементов второй части призмы.In the particular case of the implementation of the lattice, the acoustic axes of the piezoelectric elements of the first part of the prism are located at an angle 0 <α≤38 ° to the acoustic axes of the piezoelectric elements of the second part of the prism.

Полезная модель поясняется фиг. 1 и 2, на которых изображена конструкция устройства.A utility model is illustrated in FIG. 1 and 2, which depict the design of the device.

Осуществление полезной модели показано на следующем примере предпочтительной реализации настоящего технического решения.The implementation of the utility model is shown in the following example of a preferred implementation of the present technical solution.

УЗ антенная решетка представляет собой многоканальный пьезоэлектрический преобразователь и содержит призму 1 с пьезоэлементами 2.The ultrasonic antenna array is a multi-channel piezoelectric transducer and contains a prism 1 with piezoelectric elements 2.

Призма 1 выполнена из органического стекла в виде периодической ступенчатой структуры. При этом призма 1 разделена на первую и вторую части 3 и 4, образующие два параллельных ряда ступеней, с одинаковым периодом d структуры. Части 3 и 4 призмы 1 расположены с относительным сдвигом S, причем S=d/2.Prism 1 is made of organic glass in the form of a periodic stepped structure. In this case, prism 1 is divided into first and second parts 3 and 4, forming two parallel rows of steps, with the same period d of the structure. Parts 3 and 4 of prism 1 are located with a relative shift S, with S = d / 2.

Пьезоэлементы 2 являются активными элементами и представляют собой электроакустические преобразователи пьезоэлектрического типа. Благодаря сдвигу между рядами ступеней призмы 1 пьезоэлементы 2 размещены в шахматном порядке.Piezoelectric elements 2 are active elements and are electro-acoustic transducers of the piezoelectric type. Due to the shift between the rows of steps of the prism 1, the piezoelectric elements 2 are placed in a checkerboard pattern.

Первая часть 3 призмы 1 лежит в плоскости N, а вторая часть 4 призмы 1 расположена в плоскости M. Плоскость M пересекается с плоскостью N, в результате чего пьезоэлементы 2 установлены вразвал, а их акустические оси x и y находятся под углом α и пересекаются в точке F, образуя зону фокусировки устройства (прозвучиваемую не одним, а по меньшей мере двумя пьезоэлементами 2, как показано на фиг. 2), в зависимости от целей контроля, на поверхности или в толщине или на нижней поверхности объекта контроля. На практике 0<α≤38°. Нижняя поверхность призмы 1 выполнена профилированной по форме и радиусу объекта контроля для максимально полного прилегания призмы к его поверхности.The first part 3 of prism 1 lies in the N plane, and the second part 4 of prism 1 lies in the M plane. The plane M intersects the plane N, as a result of which the piezoelectric elements 2 are set apart, and their acoustic axes x and y are at an angle α and intersect at point F, forming the focus area of the device (sounded not by one, but by at least two piezoelectric elements 2, as shown in Fig. 2), depending on the purpose of the control, on the surface or in the thickness or on the lower surface of the control object. In practice, 0 <α≤38 °. The lower surface of the prism 1 is made profiled in shape and radius of the object of control for the most complete fit of the prism to its surface.

Данная реализация устройства работает следующим образом.This implementation of the device operates as follows.

УЗ антенную решетку размещают на поверхности объекта контроля. На контакты пьезоэлементов 2 подают электрические сигналы, преобразуемые в упругие колебания. Затем регистрируют отраженные сигналы от внутренних дефектов объекта контроля. После этого перемещают устройство относительно объекта контроля, например вращая объект контроля с одновременным линейным сдвигом устройства перпендикулярно оси вращения. Данные действия повторяют и таким образом сканируют объект контроля.Ultrasonic antenna array is placed on the surface of the control object. The contacts of the piezoelectric elements 2 supply electrical signals that are converted into elastic vibrations. Then register the reflected signals from internal defects of the control object. After that, the device is moved relative to the control object, for example, rotating the control object with simultaneous linear shift of the device perpendicular to the axis of rotation. These actions are repeated and thus scan the object of control.

При этом допустимы различные варианты хода УЗ луча, включая излучение сигнала пьезоэлементом 2, расположенным на поверхности первой части 3 призмы 1 с последующим приемом отраженного сигнала пьезоэлементом 2, расположенным на поверхности второй части 4 призмы 1, или излучение и прием одним и тем же пьезоэлементом 2. Однако благодаря тому, что призма разделена на по меньшей мере первую и вторую части, характеризующиеся равной периодичностью структуры, расположенные в плане параллельно с относительным сдвигом в половину периода и лежащие в пересекающихся плоскостях, в любом случае обеспечивается перекрытие зоны контроля большим числом пьезоэлементов 2, так как фактически увеличена плотность размещения активных элементов, что позволяет достичь повышения равномерности чувствительности УЗ антенной решетки на всем протяжении ее зоны захвата (активной зоны). Наилучшие результаты получают при соблюдении условия 0<α≤38°, так как данный угол влияет на фокусировку каждого из активных элементов, от чего зависит перекрытие прозвучивания, а следовательно и чувствительность УЗ антенной решетки.In this case, various variants of the path of the ultrasound beam are acceptable, including the emission of the signal by a piezoelectric element 2 located on the surface of the first part 3 of the prism 1 with the subsequent reception of the reflected signal by the piezoelectric element 2 located on the surface of the second part 4 of the prism 1, or radiation and reception by the same piezoelectric element 2 However, due to the fact that the prism is divided into at least the first and second parts, characterized by equal periodicity of the structure, located in plan parallel to the relative shift in half of the period and lying in intersecting planes, in any case, the control zone is overlapped by a large number of piezoelectric elements 2, since the density of the active elements is actually increased, which allows to increase the sensitivity uniformity of the ultrasonic antenna array throughout its capture zone (active zone). The best results are obtained under the condition 0 <α≤38 °, since this angle affects the focusing of each of the active elements, which affects the overlap of the sound, and therefore the sensitivity of the ultrasonic antenna array.

Claims

1. Ultrasonic antenna array containing a prism with piezoelectric elements, in which the prism is made in the form of a periodic stepped structure, characterized in that the prism is divided into at least the first and second parts, characterized by equal periodicity of the structure, located in plan in parallel with a relative half shift period and lying in intersecting planes.

2. The lattice according to claim 1, characterized in that the acoustic axes of the piezoelectric elements of the first part of the prism are located at an angle α to the acoustic axes of the piezoelectric elements of the second part of the prism, with 0 <α≤38 °.