RU1784095C - Пьезоэлектрический преобразователь дл приема сигналов акустической эмиссии - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к неразрушающим средствам и методам контрол . Цель изобретени  - повышение информативности и помехоустойвости. Указанна  цель достигаетс  тем. что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем корпус 5, установленные в нем пьезоэлемент 1 и протектор 4 из берилли  и его сплавов. Пьезоэлемент выполнен в виде св зки тонких полупроводниковых кристаллов типа хальногенидов сурьмы, пол ризованных вдоль длины и ориентированных перпендикул рно рабочей поверхности протектора. Акустические колебани  в принимаемой волне с вектором перемещени , лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора 4, достигают пьезоэлемента 1, но не преобразуютс  в электрический сигнал из-за малости поперечного пьезомодул  и высокого затухани  поперечных колебаний в пьезоэ- лементе, а отсутствие радиального резонанса в нем повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики преобразовател . 1 ил, сл С

Description

2- J

5

;

ч

00

&

sQ

01

GO

Изобретение относитс  к неразрушающему контролю и может быть использовано при изготовлении преобразовател  дл  приема сигналов акустической эмиссии.

Известен пьезоэлектрический преобразователь , содержащий корпус, пьезоэле- мент керамический в виде круглого диска, демпфер и протектор.

Недостатком этого преобразовател   вл етс  наличие резонансов двух типов: продольного и радиального, что приводит к значительной нелинейности частотной характеристики чувствительности и приему как продольных, так и поперечных колебаний в контролируемой среде. Это уменьшает акустическую помехозащищенность и значительно зат гивает импульсную характеристику преобразовател , т.е. врем  реверберации , что снижает информативность и достоверность контрол  и затрудн ет определение координат дефектов.

Известен преобразователь, в котором диаметр керамического пьезоэлемента выбран таким образом, что частота радиальных колебаний лежит выше рабочего частотного диапазона, а демпфер акустически св зан с тыльной стороной и боковой поверхностью пьезоэлемента. Однако в известном преобразователе повышение частоты радиальных колебаний достигаетс  за счёт уменьшени  диаметра, а это приводит к уменьшению емкости преобразовател  и плохому согласованию с кабелем,особенно при использовании пьезоматериалоп с низкими значени ми диэлектрической проницаемости . Демпфирование пьезоэлемента по боковой поверхности не устран ет полностью радиальных колебаний, что вносит дополнительные искажени  в частную характеристику. Кроме того, указанный преобразователь не обладает высокой селективностью к продольным колебани м, так как в керамическом пьезо- элементе, как правило, присутствует достаточно большой поперечный пьезомодуль, а в проекторе происходит трансформаци  поперечных колеабаний в продольные за счет вли ни  коэффициента Пуассона материала протектора.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  пьезоэлектрический преобразователь , содержащий корпус, пьезоэлемент и протектор, выполненный из бериллии и его сплавов, коэффициента отражени  на границе пьезоэлемент-протектор от толщины протектора, протектор изготавливают из материала, характеризующегос  высокой скоростью звука, например берилли  и различных твердых сплавов.

Недостатками указанного преобразовател   вл ютс  существование радиального резонанса, привод щее к нелинейности частотной и зат гиванию импульсной характеристики преобразовател , а также отсутствие селективности к продольным колебани м. Наличие радиального резонанса и отсутствие селективности св зано с трансформацией волн и по влением радиальных колебаний в протекторе при высоком значении коэффициента Пуассона материала протектора и в пьезоэлементе при выполнении его из обычных пьезомате- риалов.

Цель изобретени  - повышение информативности и помехоустойчивости.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем корпус, установленные в нем

пьезоэлемент и протектор из берилли  или его сплавов, пьезоэлемент выполнен в виде св зки тонких полупроводниковых кристаллов типа халькогенгалогенидов сурьмы , пол ризованных вдоль длины и

ориентированных перпендикул рно рабочей поверхности протектора.

При выполнении пьезоэлемента в указанном виде, вследствие высокого затухани  в направлении поперек волокон и

малости поперечного пьезомолуд , который длл данного пьезоматериала на пор док ниже продольного, у пьезоэлемента отсутствует радиальный резонанс и по вл етс  селективность к приему колебаний с вектором перемещени  направленным вдоль волокон . Отсутствие радиального резонанса повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики

преобразовател .

Выполнение протектора из материала с низким значением коэффициенте Пуассона - менее 0,15, не вносит радиального резонанса и обеспечивает сохранение линейности

частотной характеристики чувствительности и селективности к продольным колебани м , что привдит к повышению помехоустойчивости и информативности контрол .

На чертеже изображен пьезоэлектрический преобразователь дл  приема сигналов акустической эмиссии. Устройство содержит пьезоэлемент 1, электроды 2,3, протектор 4, корпус 5, проводник б, разъем 7.

Пьезоэлемент 1 в форме диска с электродами 2,3 выполнен в виде св зки тонких пьезополупроводниковых кристаллов, пол ризованных вдоль длины и ориентированных перпендикул рно рабочей поверхности

протектора 4. Пьезоэлемент 1 акустически

соединен с протектором 4, закрепленным в корпусе 5. Электрод 2 соединен электрически проводником б с разъемом 7.

Преобразователь работает следующим образом.

Акустические колебани  в принимаемой волне с вектором перемещени , перпендикул рным рабочей поверхности протектора 4, распростран ютс  в протекторе , достигают пьезоэлемента 1 и преобразуютс  в нем в- электрический сигнал. Вследствие того, что проектор выполнен из берилли  или его сплавов, а пьезбэлемент- в виде св зки тонких пьезополупроводнико- вых кристаллов типа халькогенгалогенидов сурьмы, пол ризованных вдоль длины и ориентированных перпендикул рно рабочей поверхности протектора, в преобразователе не возникают радиальные.

Акустические колебани  в принимаемой волне с вектором перемещени , лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора 4, достигают пьезоэлемента 1,

но не преобразуютс  в электрический сигнал , вследствие малости поперечного пье- зомодул  и высокого затухани  поперечных колебаний в пьезоэлементе, а также отсутстви  трансформации волн в протекторе.

Отсутствие радиального резонанса повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики

преобразовател .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Пьезоэлектрический преобразователь дл  приема сигналов акустической эмиссии, содержащий корпус и установленные в нем

   пьезоэлемент с протектором из берилли  и его сплавов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  информативности и помехоустойчивости пьезоэлемент выполнен в виде св зки тонких полупроводниковых

   кристаллов, типа халькогенгалогенидов сурьмы, пол ризованных вдоль длины л ориентированных перпендикул рно рабочей поверхности протектора.