RU1786685C

RU1786685C - Широкополосный ультразвуковой преобразователь

Info

Publication number: RU1786685C
Application number: SU874241964A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Питолин; Валентин Павлович Попко; Геннадий Юрьевич Рябов
Original assignee: Московский энергетический институт
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1993-01-07

Abstract

Изобретение относитс к технике излучени и приема ультразвука и может быть использовано в различной ультразвуковой (УЗ) аппаратуре, в том числе в УЗ дефектоскопах , работающих в широком диапазоне частот. Целью изобретени вл етс упрощение технологии изготовлени при обеспечении однородности возбуждающего пол в объеме пьезоэлемента. Цель достигаетс благодар тому, что в Широкополосном УЗ преобразователе, представл ющем собой пьезоэлемент с плоской рабочей и вогнутой тыльной поверхност ми, пол ризованный перпендикул рно поверхност м электродов, боковые поверхности пьезоэлемента выполнены плЬскопарал- лельными и ориентированы перпендикул рно рабочей поверхности, а электроды нанесены на боковые поверхности. Технологи нанесени электродов вследствие плоскопараллельности боковых поверхностей значительно упрощаетс . 2 ил. ел С

Description

Изобретение относитс к технике излучени и приема ультразвука (УЗ) и может быть использовано в различной УЗ аппаратуре , в том числе, в ультразвуковых дефектоскопах , работающих в широком диапазоне частот.

Известны широкополосные УЗ преобразователи , обладающие широкой полосой рабочих частот, что достигаетс за счет их механического и/или/ электрического демпфировани .

К недостаткам этих способов следует отнести значительное снижение коэффициента преобразовани и, следовательно, низкую эффективность широкополосных УЗ преобразователей.

Наиболее близким по технической сущности вл етс преобразователь в виде пье- зозлемента переменной толщины, одна рабоча (излучающа ) поверхность которого выполнена плоской, а втора - сферически

вогнутой (выпуклой), электроды нанесены на рабочие поверхности, вектор пол ризации пьезоэлемента перпендикул рен плоской рабочей поверхности. Такой пьезоэлемент, работа на продольной моде колебаний, определ емой пьезомодулем . при сравнительно высоких коэффициентах Кпр(злектро.акустического и Кри(акустоэ- . лектрического) преобразовани имеет . широкую полосу рабочих частот Af

Af- f -У - Сза . AT - TB - TH, IB 2 hmin

fH

Сзв

(1)

2 Птах

где fB, V соответственно, верхн и нижн рабочие частоты пьезоэлемента;

Сзв - скорость звука в пьезоматериале;

hrnin. hmax соответственно, минимальна и максимальна высоты пьезоэлемента. измер емые между рабочими поверхност ми ..

Этот пьезоэлемент нашел применение в качестве активного элемента в широкополосных УЗ искател х.

Недостатки данного пьёзозлемента заключаютс в неравномерности частотной характеристики, что снижает достоверность контрол , и небольшом сроке службы. Все это вл етс следствием существенной неравномерности электрического пол по плотности направленности в сечении пье- зоэлём ента. .

Кроме того, изготовление таких пьезоэ- лементов сопр жено со значительными технологическими трудност ми, т.к. дл точной подгонки частотного диапазона пьезоэле- мента необходимо после каждого контрольного испытани полностью разрушать металлизированный слой (электрод) рабочей поверхности, подлежащей дополнительной механической обработке и после проведени такой операции каждый раз наносить его заново. :. . ../

Целью насто щего изобретени вл етс упрощение технологии изготовлени при обеспечении однородности возбуждающе- гб пол в объеме пьёзоэлемента.

Поставленна цель достигаетс тем, что о широкополосном ультразвуковом преоб- разователе, представл ющем собой пьезоэлемент с плоской рабочей и вогнутой тыльной поверхност ми, пол ризованный перпендикул рно поверхност м электро- дов, боковые поверхности пьёзоэлемента выполнены плоскопараллельными и ориен- тированы перпендикул рно рабочей повер- хности, а электроды йанесены на боковые поверхности. .

На фиг. 1 схематически показан пьезрэлемент широкополосного УЗ преобразовател ; на фиг. 2 - экспериментально полученна амплитудно-частотна характеристика (АЧХ).

Такой пьезоэлемент, работа н.а попе- речной моде колебаний, определ емой пьезомодулем J3ii который с учетом технологического разброса дл широко распространенной пьезокерамики ЦТС-19 вл етс близким по величине значению пьезомодул излучает в широкой полосе частот Af, определ емых выражением). Нар ду с этим вследствие параллельности электродов электрическое напр жение, прикладываемое к пьезоэлементу, создает в нем однородное по плотности и направленности электрическое поле, а, значит, пьезоэффект в таком пьезоэлементе про вл етс одинаково на всех частотах.

Таким образом, пьезозлемент одинаково возбуждаетс на всех частотах рабочего диапазона, а однородность по плотности электрического пол в пьезоэлементе позвол ет продлить срок его службы. Вследствие того, что электроды вынесены с рабочих поверхностей, технологи изготовлени пьёзоэлемента значительно упрощаетс .

Дл проверки решени был изготовлен пьезоэлемент из плоскопараллельной пье- зопластины с размерами 0x15x3 мм, у которого электроды 1 нанесены на поверхность с размерами 60x15 мм, при этом вектор пол ризации перпендикул рен электродам. . ...

Одной из рабочих поверхностей пьёзоэлемента вл етс поверхность с размерами 60x3 мм, а второй.- противоположна ей механически обработанна вогнута поверхность . При этом максимальна и минимальна высоты пьёзоэлемента, измер емые между рабочими поверхност ми, соответственно , составили: hmax 15 мм, hmin 7 мм.

Рассчитанные согласно выражени м (1) полоса и крайние частоты рабочего диапазона При УСЛОВИИ Взв: 3 ММ/МКС СОСТАВИЛИ

. Af 100 кГц; fB 200 кГц; fн 100 кГц. На фиг. 2 показана экспериментально сн та АЧХ изготовленного пьёзоэлемента. Видно, что при практически равномерной АЧХ реальной диапазон рабочих частот составил Af 108 кГц при fB 203 кГц и fH 95 кГц, что достаточно хорошо согласуетс с расчетными величинами.

Фор мул а изобретени Широкополосный ультразвуковой преобразователь , представл ющий собой пьезоэлемент с плоской рабочий и вогнутой тыльной поверхност ми, пол ризованный перпендикул рно поверхност м электродов , отличающийс тем, что, с целью упрощени технологии изготовлени при обеспечении однородности возбуждающего пол в объеме пьёзоэлемента, боковые поверхности пьёзоэлемента выполнены плоскопараллельными и ориентированы перпендикул рно рабочей поверхности, при этом электроды нанесены на боковые поверхности.

Щиг.1