RU172801U1 - Многоканальный ультразвуковой преобразователь - Google Patents
Многоканальный ультразвуковой преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU172801U1 RU172801U1 RU2016140438U RU2016140438U RU172801U1 RU 172801 U1 RU172801 U1 RU 172801U1 RU 2016140438 U RU2016140438 U RU 2016140438U RU 2016140438 U RU2016140438 U RU 2016140438U RU 172801 U1 RU172801 U1 RU 172801U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- reference signals
- receiving
- ultrasonic transducer
- acoustic
- Prior art date
Links
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 title description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для автоматизированного ультразвукового контроля листового или сортового проката, заготовок и труб. Сущность полезной модели заключается в том, что в многоканальном ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, как минимум одну жидкую акустическую призму, как минимум одну линейку приемных и/или излучающих пьезоэлектрических элементов (ЛПЭ) и размещенный в пространстве (на акустическом пути) между пьезоэлектрическими элементами и объектом контроля, по крайней мере, один отражатель ультразвуковых импульсов, отражатель выполнен в виде отклоняющего или поворачивающего основной пучок акустической энергии акустического зеркала с совокупностью из одной или более отражающих поверхностей (СОП), причем геометрическая форма и пространственное положение каждой отражающей поверхности выбираются в соответствии с требуемыми типом упругих волн и совокупностью направлений их излучения и/или приема, а опорные сигналы формируются либо за счет геометрической формы совокупности отражающих поверхностей, либо за счет специального сформированного на ней рельефа, источник опорных сигналов сформирован на рабочей поверхности зеркала, источником опорных сигналов является как минимум одна проточка (царапина), выполненная на гладкой поверхности зеркала, источником опорных сигналов является шероховатый рельеф, сформированный на совокупности поверхностей зеркала при ее обработке, источником опорных сигналов является край рабочей поверхности зеркала, создающий опорные сигналы, обусловленные дифракцией, на рабочей поверхности зеркала выполнены ступеньки, которые представляют собой совокупность отражателей, отклоняющих лучи в заданных направлениях, в том числе не перпендикулярных оси зеркала и/или оси ЛПЭ, и, при необходимости, одновременно формирующие опорные сигналы, в качестве приемо-излучающих элементов СОП использованы многоэлементные блоки фазированных решеток, позволяющих либо корректировать направление основного пучка акустической энергии, либо получать дополнительные опорные сигналы, либо и то, и другое, многоэлементные блоки фазированных решеток имеют в общем случае не одинаковое количество приемных и излучающих элементов, количество только излучающих элементов в многоэлементных блоках фазированных решеток существенно превышает количество приемных или приемо-излучающих элементов. Технический результат: обеспечение возможности создания надежного многоканального ультразвукового преобразователя, устойчивого к мешающим факторам, возникающим в процессе массового, высокопроизводительного ультразвукового контроля металлургической продукции и труб. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использована в системах автоматизированного ультразвукового контроля листового или сортового проката, заготовок и труб.
Описание полезной модели
Полезная модель относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в системах автоматизированного ультразвукового контроля листового или сортового проката, заготовок и труб.
Известен многоканальный ультразвуковой преобразователь, принятый нами за прототип, который содержит корпус, как минимум одну акустическую призму и приемоизлучающие пьезоэлектрические элементы. Внутри призмы, в пространстве между пьезоэлектрическими элементами и поверхностью призмы, примыкающей к объекту контроля, дополнительно размещен или сформирован по крайней мере один отражатель ультразвуковых импульсов, причем расстояние R между пьезоэлектрическими элементами и отражателем выбирается из условия R>C×То/2, где С - скорость упругой волны в материале призмы, То - длительность переходных процессов в электронно-акустическом тракте после воздействия зондирующего импульса. Отражатель/отражатели выполнен(ы) в виде, например, цилиндра/цилиндров, ось которого/которых перпендикулярна акустической оси пьезоэлектрических элементов, акустическая призма может быть выполнена из жидкости, в том числе, отделенной от объекта контроля звуко-прозрачной мембраной.
Отражатели могут быть выполнены в виде проволочных игл, позволяющих отразить некоторую небольшую часть излученной в призму энергии в направлении пьезоэлектрических элементов, и таким образом сформировать дополнительные опорные сигналы, по амплитуде которых можно судить об исправности и/или идентичности каналов электронно-акустического тракта.
Отражатель/отражатели могут быть выполнены и в виде струн, из материала, акустический импеданс которого существенно отличается от импеданса жидкости, образующей призму.
Как результат, ультразвуковой преобразователь, будучи подключенным к соответствующей генераторной/приемной электронной аппаратуре, позволяет в любой момент времени проверить исправность и идентичность любых каналов электронно-акустического тракта. Тем самым повышается надежность ультразвукового контроля, улучшается воспроизводимость его результатов.
Основным недостаткам прототипа является низкая стабильность акустических каналов, особенно проявляющаяся при нижнем, или, наоборот, верхнем расположении ультразвукового преобразователя по отношению к объекту контроля.
При использовании жидкости в качестве материала призмы пьезоэлектрические элементы и/или рабочая поверхность призмы и/или мембрана, неизбежно будут расположены параллельно поверхности ОК или под небольшим углом к ней. Если контроль листа, заготовки или трубы осуществляется снизу, то даже наличие мембраны не гарантирует, что частицы окалины или ржавчины не заблокируют один или несколько акустических каналов. В этом случае, даже при наличии опорных сигналов от отражателей, контроль может оказаться недостаточно достоверным.
В случае, если ультразвуковой преобразователь расположен над объектом контроля, то заблокировать ультразвуковые каналы могут, например, пузырьки воздуха, поднимающиеся в верх со стороны объекта контроля под действием подъемной силы. При определенных условиях мембрана может несколько улучшить ситуацию, но она не устраняет вредное влияние пузырьков воздуха полностью.
К недостаткам прототипа относится так же низкая механическая прочность призм (обычно это пластик) и мембраны в случае использования жидкой призмы. При массовом контроле металлопродукции вероятность повреждения этих элементов, снижения их рабочих свойств, является весьма высокой.
При использовании жидкости в качестве призм, но без мембраны (локально-иммерсионный контакт) легко повреждаются и/или блокируются загрязнениями/пузырьками сами пьезоэлектрические элементы [1].
Целью настоящей полезно модели является создание надежного, сравнительно недорогого многоканального ультразвукового преобразователя, устойчивого к мешающим факторам, возникающим в процессе массового, высокопроизводительного ультразвукового контроля металлургической продукции и труб.
Указанная цель достигается тем, что в многоканальном ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, как минимум одну жидкую акустическую призму, как минимум одну линейку приемных и/или излучающих пьезоэлектрических элементов (ЛПЭ) и размещенный в пространстве (на акустическом пути) между пьезоэлектрическими элементами и объектом контроля, по крайней мере, один отражатель ультразвуковых импульсов, отражатель выполнен в виде отклоняющего или поворачивающего основной пучок акустической энергии акустического зеркала с совокупностью из одной или более отражающих поверхностей (СОП), причем геометрическая форма и пространственное положение каждой отражающей поверхности выбираются в соответствии с требуемыми типом упругих волн и совокупностью направлений их излучения и/или приема, а опорные сигналы формируются либо за счет геометрической формы совокупности отражающих поверхностей, либо за счет специального сформированного на ней рельефа.
Достижению цели способствует и то, что источник опорных сигналов сформирован на рабочей поверхности зеркала.
Цель достигается так же тем, что источником опорных сигналов является как минимум одна проточка (царапина), выполненная на гладкой поверхности зеркала.
Цель достигают и тем, что источником опорных сигналов является шероховатый рельеф, сформированный на совокупности поверхностей зеркала при их обработке.
Достижению цели способствует то, что источником опорных сигналов является край рабочей поверхностей зеркала, создающий опорные сигналы, обусловленные дифракцией.
Цель достигается и за счет ступенек на рабочей поверхности зеркала; они представляют собой совокупность отражателей, отклоняющих лучи в заданных направлениях, в том числе не перпендикулярных оси зеркала и/или оси ЛПЭ, и, при необходимости, одновременно формирующие опорные сигналы.
Цель достигается и тем, что в качестве приемо-излучающих элементов СОП использованы многоэлементные блоки фазированных решеток, позволяющих либо корректировать направление основного пучка акустической энергии, либо получать дополнительные опорные сигналы, либо и то, и другое.
Способствуют достижению цели многоэлементные блоки фазированных решеток, которые имеют в общем случае не одинаковое количество приемных и излучающих элементов.
Так же цель достигается тем, что количество только излучающих элементов в многоэлементных блоках фазированных решеток существенно превышает количество приемных или приемо-излучающих элементов.
Пример устройства приведен на Фиг. 1.
1 - объект контроля (ОК - пруток), 2 - корпус преобразователя, 3 - твердосплавные элементы, 4 - линейка приемных и/или излучающих элементов (ЛПЭ), 5 - съемное, легко заменяемое линейно фокусирующее зеркало, 6 - шероховатая рабочая поверхность зеркала, 7 - штуцер подвода воды, 8 - рычажная подвеска, 9 - пневмоцилиндр, 10 - вода, 11 - рабочий объем (призма), 12 - дефект, 13 - пузырьки воздуха, 14 - отверстие для выхода воздуха, 15 - фазированная решетка.
Полезная модель работает следующим образом.
Корпус преобразователя 2 устанавливают на объект контроля 1 с помощью пневмоцилиндра 9, воздействующего на рычажную подвеску 8. Через штуцер 7 заполняют рабочий объем 11 водой 10. С помощью электронного блока (для простоты не показан) на элементы линейки приемных и/или излучающих элементов 4 (ЛЭ) подают короткие радиоимпульсы, возбуждающие в воде 10 импульсы ультразвуковых волн. Эти волны распространяются в воде 10 в направлении зеркала 5, фокусируются его шероховатой поверхностью 6, отклоняются в направлении ОК 1, и, частично, отражаются в обратном направлении к ЛЭ 4 в виде опорных сигналов. Войдя в ОК 1, энергия ультразвукового импульса распространяется в нем, частично отражается от дефекта 12 и, пройдя границу ОК 1, поступает на зеркало 5, отклоняются его рабочей поверхностью 6 в направлении ЛЭ 4, и регистрируются приемной аппаратурой.
При этом ЛЭ-4 находится в стороне от непосредственного воздействия ОК 1. Пузырьки воздуха 13 поднимаются вверх вне зоны ЛЭ-4, и уходят из преобразователя через отверстия 14, не задерживаясь на крутом склоне зеркала 5. Таким образом, достигается высокая стабильность в работе описываемого ультразвукового преобразователя. На Фиг. 2 приведена фотография многоканального ультразвукового преобразователя описываемой конструкции, который был применен в составе установки для автоматического ультразвукового контроля листового проката. ЛПЭ этого преобразователя состоит из восьми элементарных блоков. Фотография одного такого блока приведена на Фиг. 3. Блок содержит два активных элемента. Составленные вместе, эти блоки образуют ЛПЭ длиной примерно 250 мм. Конфигурация такой ЛПЭ приведена на Фиг. 4. ЛПЭ представляет собой линию из шестнадцати пьезоэлектрических элементов 1.
Вместо отдельных элементов, ЛПЭ может быть составлена из шестнадцати блоков фазированных решеток 15, как это показано на Фиг. 5. Данная конфигурация отличается от конфигурации на Фиг. 4 тем, что каждый элемент разделен на 16 субэлементов, образующих фазированную решетку 15. Составленные вместе, эти фазированные решеток 15 позволяют корректировать положение фокуса, направление излучения и приема ультразвука в изделие, а так же формировать опорные сигналы для проверки исправности электрических и акустических каналов.
На Фиг. 5 все генераторные (излучающие) субэлементы выделены светлым тоном, а приемо-излучающие - темным.
Как видно из схемы на Фиг. 5, количество приемо-излучающих элементов может быть в семь раз меньшим, чем излучающих. Такая конструкция позволяет существенно сократить количество приемной - наиболее дорогостоящей части дефектоскопической электроники, оптимизировать стоимость и повысить эксплуатационную надежность системы в целом.
Физический базис такой оптимизации заключается в том, что два приемных элемента, разнесенные на некоторое расстояние друг от друга, образуют приемную антенну, главный лепесток диаграммы направленности которой даже несколько острее, чем у целого элемента, имеющего тот же размер. Правда, у такой антенны будет существенно более высоким уровень боковых лепестков.
Результирующая диаграмма направленности блока, составленного из двух элементов на прием, и сплошного элемента на излучение будет представлять собой произведение диаграмм направленности излучателя и приемника, обладающую острым основным лепестком, и приемлемым для значительной части практических задач уровнем боковых лепестков.
Разумеется, увеличение количества приемных или приемо-передающих элементов до 4, 6, или 8 приведет к еще более существенному снижению боковых лепестков результирующей диаграммы направленности ультразвукового преобразователя.
На Фиг. 6 показан еще один вариант реализации описываемого устройства. В отличие от предыдущего варианта, приведенного на Фиг. 1, в качестве активных элементов здесь применены фазированные решетки 15, позволяющие корректировать направление излучения и приема упругих волн, а так же положение их фокуса.
Реализация полезной модели позволила создать семейство оборудования автоматического контроля листового проката и круглой заготовки, и внедрить это оборудование на двух европейских предприятиях.
Источники информации
1. Патент РФ №145759.
Claims (9)
1. Многоканальный ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, как минимум одну жидкую акустическую призму, как минимум одну линейку приемных и/или излучающих пьезоэлектрических элементов (ЛПЭ) и размещенный в пространстве (на акустическом пути) между пьезоэлектрическими элементами и объектом контроля, крайней мере, один отражатель ультразвуковых импульсов, отличающийся тем, что отражатель выполнен в виде отклоняющего или поворачивающего основной пучок акустической энергии акустического зеркала с совокупностью из одной или более отражающих поверхностей (СОП), причем геометрическая форма и пространственное положение каждой отражающей поверхности выбираются в соответствии с требуемыми типом упругих волн и совокупностью направлений их излучения и/или приема, а опорные сигналы формируются либо за счет геометрической формы совокупности отражающих поверхностей, либо за счет специального сформированного на ней рельефа.
2. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что источник опорных сигналов сформирован на рабочей поверхности зеркала.
3. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что источником опорных сигналов является, как минимум, одна проточка (царапина), выполненная на гладкой поверхности зеркала.
4. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что источником опорных сигналов является шероховатый рельеф, сформированный на совокупности поверхностей зеркала при ее обработке.
5. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что источником опорных сигналов является край рабочей поверхностей зеркала, создающий опорные сигналы, обусловленные дифракцией.
6. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что на рабочей поверхности зеркала выполнены ступеньки, которые представляют собой совокупность отражателей, отклоняющих лучи в заданных направлениях, в том числе не перпендикулярных оси зеркала и/или оси ЛПЭ, и, при необходимости, одновременно формирующие опорные сигналы.
7. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве приемо-излучающих элементов СОП использованы многоэлементные блоки фазированных решеток, позволяющих либо корректировать направление основного пучка акустической энергии, либо получать дополнительные опорные сигналы, либо и то, и другое.
8. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 7, отличающийся тем, что многоэлементные блоки фазированных решеток имеют в общем случае не одинаковое количество приемных и излучающих элементов.
9. Многоканальный ультразвуковой преобразователь по п. 7, отличающийся тем, что количество только излучающих элементов в многоэлементных блоках фазированных решеток существенно превышает количество приемных или приемо-излучающих элементов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016140438U RU172801U1 (ru) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Многоканальный ультразвуковой преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016140438U RU172801U1 (ru) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Многоканальный ультразвуковой преобразователь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU172801U1 true RU172801U1 (ru) | 2017-07-24 |
Family
ID=59499027
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016140438U RU172801U1 (ru) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Многоканальный ультразвуковой преобразователь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU172801U1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4391281A (en) * | 1977-01-06 | 1983-07-05 | Sri International | Ultrasonic transducer system and method |
SU1163253A1 (ru) * | 1983-04-08 | 1985-06-23 | Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа | Преобразователь дл ультразвукового контрол |
US6070466A (en) * | 1997-05-14 | 2000-06-06 | Scanmaster Systems (Irt) Ltd. | Device for ultrasonic inspection of a multi-layer metal workpiece |
RU136582U1 (ru) * | 2013-04-23 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Многоканальный ультразвуковой преобразователь |
RU145759U1 (ru) * | 2013-11-06 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Многоканальный ультразвуковой преобразователь |
RU2532587C1 (ru) * | 2013-06-21 | 2014-11-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь |
-
2016
- 2016-10-13 RU RU2016140438U patent/RU172801U1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4391281A (en) * | 1977-01-06 | 1983-07-05 | Sri International | Ultrasonic transducer system and method |
SU1163253A1 (ru) * | 1983-04-08 | 1985-06-23 | Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа | Преобразователь дл ультразвукового контрол |
US6070466A (en) * | 1997-05-14 | 2000-06-06 | Scanmaster Systems (Irt) Ltd. | Device for ultrasonic inspection of a multi-layer metal workpiece |
RU136582U1 (ru) * | 2013-04-23 | 2014-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Многоканальный ультразвуковой преобразователь |
RU2532587C1 (ru) * | 2013-06-21 | 2014-11-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Объединение "Техномаш" | Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь |
RU145759U1 (ru) * | 2013-11-06 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Компания "Нординкрафт" | Многоканальный ультразвуковой преобразователь |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230266463A1 (en) | Sonar data compression | |
US4493064A (en) | Sonar System | |
US20050081636A1 (en) | Two dimensional phased arrays for volumetric ultrasonic inspection and methods of use | |
RU104732U1 (ru) | Многочастотное гидроакустическое приемоизлучающее антенное устройство | |
US20130283918A1 (en) | Method and system of using 1.5d phased array probe for cylindrical parts inspection | |
US3458854A (en) | Echo detection and ranging system | |
US11774587B2 (en) | Multimission and multispectral sonar | |
KR101285917B1 (ko) | 음향 수중 안테나, 상기 안테나를 구비한 u―보트 및 상기 안테나를 이용한 타겟의 방향 탐지, 위치 탐지 및/또는 분류를 위한 방법 | |
US3618006A (en) | Flush-mounted transducer array sonar system | |
US3262307A (en) | Omnidirectional ultrasonic search system | |
CN112526589A (zh) | 一种深海不完整声道中的目标探测方法 | |
RU172801U1 (ru) | Многоканальный ультразвуковой преобразователь | |
RU2133047C1 (ru) | Параметрический эхо-импульсный локатор | |
EP3171200B1 (en) | Low-cost underwater acoustic system for real-time three-dimensional imaging | |
CN108572367A (zh) | 声呐装置 | |
RU145759U1 (ru) | Многоканальный ультразвуковой преобразователь | |
RU2460088C1 (ru) | Способ обнаружения локального объекта на фоне распределенной помехи | |
KR100716558B1 (ko) | 위상 어레이의 전파하는 파의 경로를 구형으로 경계지어진재료에 집중시키기 위한 방법 및 장치 | |
RU2342681C2 (ru) | Способ обеспечения безопасности мореплавания судов с большой осадкой и водоизмещением | |
KR101962208B1 (ko) | 연안 오목형 수중 암반을 이용한 해양소음 집속방법 | |
US11194046B2 (en) | Multiple frequency side-scan sonar | |
KR100970948B1 (ko) | 3차원 초음파 이미징을 위한 2차원 가상 배열형 탐촉자 | |
RU178896U1 (ru) | Устройство для акустической гидролокации | |
RU2812004C1 (ru) | Гидроакустическая система для обнаружения подводных объектов и способ обнаружения подводных объектов с использованием такой системы | |
RU2718129C1 (ru) | Ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь |