RU2045060C1 - Different oscillations combined converter - Google Patents

Different oscillations combined converter Download PDF

Info

Publication number
RU2045060C1
RU2045060C1 SU5035997A RU2045060C1 RU 2045060 C1 RU2045060 C1 RU 2045060C1 SU 5035997 A SU5035997 A SU 5035997A RU 2045060 C1 RU2045060 C1 RU 2045060C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wedges
wedge
contact plane
piezoelectric plate
longitudinal
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Викторович Бакулин
Original Assignee
Андрей Викторович Бакулин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Викторович Бакулин filed Critical Андрей Викторович Бакулин
Priority to SU5035997 priority Critical patent/RU2045060C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2045060C1 publication Critical patent/RU2045060C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: geological acoustics; measurement technology. SUBSTANCE: longitudinal and shift vibrations are excited in tested medium, which have inverse orthogonal polarization. EFFECT: improved efficiency; improved precision of measurements. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к геоакустике и неразрушающему контролю конструкционных материалов и может быть использовано для определения состояния и свойств твердых материалов, включая минералы и горные породы. The invention relates to geoacoustics and non-destructive testing of structural materials and can be used to determine the condition and properties of solid materials, including minerals and rocks.

Известен искатель сдвиговых колебаний, содержащий пьезопластину и звуковод, состоящий из двух частей, акустически связанных друг с другом, на первой из которых установлена пьезопластина, а вторая ограничена контактной плоскостью [1]
Известен преобразователь ультразвуковых колебаний, содержащий первую пьезопластину и призму, состоящий из двух частей, выполненных в виде клиньев и акустически связанных друг с другом, на первом из которых установлена пьезопластина, а второй ограничен контактной поверхностью, причем первый клин выполнен из материала, скорость распространения продольной волны в котором меньше, чем та же скорость в материале второго клина [2]
Однако при выборе углов падения и преломления в этом преобразователе не учтено наличие поглощения материалов первого и второго клиньев, вследствие чего получить на выходе преобразователя "чистую" сдвиговую компоненту практически невозможно. Кроме того, преобразователь трудоемок и нетехнологичен в изготовлении, не позволяет осуществлять измерения с высокой точностью и оперативностью, так как на вступление сдвиговой компоненты налагается интенсивная продольная волна, что затрудняет интерпретацию результатов на сдвиговых волнах, в особенности при измерениях, осуществляемых в анизотропных средах.Known for a shear oscillator containing a piezoelectric plate and a sound guide, consisting of two parts, acoustically connected to each other, the first of which has a piezo plate, and the second is limited by the contact plane [1]
A known transducer of ultrasonic vibrations containing the first piezoelectric plate and a prism, consisting of two parts made in the form of wedges and acoustically connected to each other, the first of which has a piezoelectric plate, and the second is limited by the contact surface, the first wedge made of material, the longitudinal propagation velocity waves in which less than the same speed in the material of the second wedge [2]
However, when choosing the angle of incidence and refraction in this transducer, the presence of absorption of materials of the first and second wedges is not taken into account, as a result of which it is practically impossible to obtain a “pure” shear component at the transducer output. In addition, the transducer is labor-consuming and low-tech in manufacturing, does not allow measurements to be made with high accuracy and efficiency, since an intense longitudinal wave is superimposed on the entry of the shear component, which makes it difficult to interpret the results on shear waves, especially when measuring in anisotropic media.

Задача изобретения повышение производительности, информативности и проведение измерений при неизменных контактных условиях. The objective of the invention is improving productivity, information content and taking measurements under constant contact conditions.

Для этого совмещенный преобразователь снабжен второй и третьей пьезопластинами и звуководом, выполненным в виде цилиндра, на одном торце которого установлена вторая пьезопластина, а второй торец сопряжен с вторым клином, ограниченным контактной поверхностью, третья пьезопластина закреплена на грани второго клина, параллельной контактной плоскости, а угол α между разделяющей плоскостью клиньев и контактной плоскостью выбран из условия
arcsin

Figure 00000001
+
Figure 00000002
<α<arcsin
Figure 00000003
+
Figure 00000004
где α 1, α 2 соответственно пределы изменения параметров затухания в материалах первого и второго клиньев;
ω круговая частота колебаний, излучаемых пьезопластинами, а на боковой поверхности цилиндра выполнены грани, параллельные контактной плоскости преобразователя.For this, the combined transducer is equipped with a second and third piezoelectric plates and a sound guide made in the form of a cylinder, on the one end of which a second piezoelectric plate is installed, and the second end is paired with a second wedge bounded by the contact surface, the third piezoelectric plate is fixed on the face of the second wedge parallel to the contact plane, and the angle α between the separating plane of the wedges and the contact plane is selected from the condition
arcsin
Figure 00000001
+
Figure 00000002
<α <arcsin
Figure 00000003
+
Figure 00000004
where α 1 , α 2, respectively, the limits of variation of the attenuation parameters in the materials of the first and second wedges;
ω is the circular frequency of the oscillations emitted by the piezoelectric plates, and faces parallel to the contact plane of the transducer are made on the lateral surface of the cylinder.

Клинья выполнены из материалов, параметры которых выбраны из соотношений: vp1 / vp2 0,43-0,87; vp1 / vs2 5,9-12,4; vp2 / vs2 1,8-3,6; δp / δs 0,1-12,0; ρ2 / ρ1 0,06-0,12, где vp1 vp2 vs1 vs2 и δp δs ρ1 ρ2 соответственно скорости продольной и сдвиговой волн, декременты их поглощения и плотности материалов первого и второго клиньев.Wedges are made of materials, the parameters of which are selected from the ratios: v p1 / v p2 0.43-0.87; v p1 / v s2 5.9-12.4; v p2 / v s2 1.8-3.6; δ p / δ s 0.1-12.0; ρ 2 / ρ 1 0.06-0.12, where v p1 v p2 v s1 v s2 and δ p δ s ρ 1 ρ 2, respectively, the longitudinal and shear wave velocities, their absorption decrements and the density of materials of the first and second wedges.

Продольные и поперечные размеры первого и второго клиньев звуковода выбирают из условия
Нпродольный (3,2-5,6) λp1;
Λ1поперечный (1,6-2,8) λp1;
Н2продольный (2,7-4,8) λp2;
Λ2поперечный (1,8-3,6) λp2 где λp1и λp2 соответственно длины продольных волн в материале первого и второго клиньев.The longitudinal and transverse dimensions of the first and second wedges of the sound guide are selected from the condition
H longitudinal (3.2-5.6) λ p1 ;
Λ 1 transverse (1.6-2.8) λ p1 ;
H 2 longitudinal (2.7-4.8) λ p2 ;
Λ 2 transverse (1.8-3.6) λ p2 where λ p1 and λ p2, respectively, the longitudinal wavelengths in the material of the first and second wedges.

На чертеже приведен преобразователь ультразвуковых продольной и двух сдвиговых колебаний с взаимно ортогональной поляризацией Х2 и Х3. The drawing shows a transducer of ultrasonic longitudinal and two shear vibrations with mutually orthogonal polarization X2 and X3.

На чертеже показан первый клин 1, второй клин 2, цилиндрический звуковод 3, первая, вторая и третья пьезопластины 4-6 соответственно и контактная плоскость 7. The drawing shows the first wedge 1, the second wedge 2, the cylindrical sound guide 3, the first, second and third piezoelectric plates 4-6, respectively, and the contact plane 7.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

Пьезопластина 5 возбуждает продольную волну, которая без искажения приходит к контактной плоскости 7 и переходит в исследуемую среду. Piezo plate 5 excites a longitudinal wave, which without distortion comes to the contact plane 7 and passes into the medium under study.

Пьезопластина 4 возбуждает продольную волну, которая, распространясь в клине 1 и падая на границу раздела под углом, трансформируется в сдвиговую волну, затем переходит в исследуемую среду под прямым углом к контактной плоскости 7 и возбуждает в исследуемой среде сдвиговые колебания с поляризацией Х3. Piezo-plate 4 excites a longitudinal wave, which, propagating in the wedge 1 and falling to the interface at an angle, is transformed into a shear wave, then passes into the medium under investigation at right angles to the contact plane 7 and excites shear oscillations with polarization X3 in the medium under study.

Пьезопластина 6 возбуждает продольную Р-волну, которая, падая на границу раздела сред под предельным углом, переходит в сдвиговую волну и под прямым углом переходит в исследуемую среду с поляризацией Х2. Piezoplastin 6 excites a longitudinal P-wave, which, falling at the interface at a limiting angle, passes into a shear wave and at a right angle passes into the medium under study with polarization X2.

Универсальность преобразователя заключается в том, что он позволяет как по- лучать, так и излучать последовательно по одному и тому же пути при неизменных контактных условиях Р, Х2 и Х3-колебания и определять скорости и поглощение упругих волн в исследуемых средах при нормальном и высоком давлении. The universality of the transducer lies in the fact that it allows you to both receive and radiate sequentially along the same path under constant contact conditions of P, X2, and X3 vibrations and determine the velocities and absorption of elastic waves in the studied media at normal and high pressure .

Преимущества преобразователя состоят в его технологичности, информативности и высокой производительности акустических измерений, поскольку все три скорости волн Р, Х2 и Х3-волн получают непосредственно из одного и того же опыта. The advantages of the transducer lie in its manufacturability, information content, and high performance of acoustic measurements, since all three wave velocities of P, X2, and X3 waves are obtained directly from the same experience.

Использование изобретения позволит значительно повысить точность испытаний, его информативность и производительность и расширить круг решаемых задач с использованием полученной акустической информации по сравнению с имеющимися серийно выпускаемыми преобразователями продольных колебаний для неразрушающего контроля бетона. The use of the invention will significantly improve the accuracy of tests, its information content and productivity and expand the range of tasks using the obtained acoustic information in comparison with the existing commercially available transducers of longitudinal vibrations for non-destructive testing of concrete.

Claims (3)

1. СОВМЕЩЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ КОЛЕБАНИЙ, содержащий первую пьезопластину и призму, состоящую из двух частей, выполненных в виде клиньев и акустически связанных друг с другом, на первом из которых установлена пьезопластина, а второй ограничен контактной плоскостью, первый клин выполнен из материала, в котором скорость звука меньше, чем в материале второго клина, отличающийся тем, что он снабжен второй и третьей пьезопластинами и звуководом, выполненным в виде цилиндра, на одном торце которого установлена вторая пьезопластина, а второй торец сопряжен с вторым клином, ограниченным контактной плоскостью, третья пьезопластина закреплена на грани второго клина, параллельной контактной плоскости, а угол α между разделяющейся плоскостью клиньев и контактной плоскостью выбран из условия
Figure 00000005

где α1, α2 соответственно пределы изменения параметров затухания в материалах первого и второго клиньев;
ω круговая частота колебаний, излучаемых пьезопластинами,
а на боковой поверхности цилиндра выполнены грани, параллельные контактной плоскости преобразователя.1. COMBINED TRANSMITTER OF VARIOUS TYPES OF OSCILLATIONS, containing the first piezoelectric plate and a prism, consisting of two parts made in the form of wedges and acoustically connected to each other, the first of which is equipped with a piezoelectric plate, and the second is limited by the contact plane, the first wedge is made of material, in wherein the speed of sound is less than in the material of the second wedge, characterized in that it is equipped with a second and third piezoelectric plates and a sound guide made in the form of a cylinder, on the one end of which a second piezoelectric plate is installed ina, and the second end is paired with a second wedge bounded by the contact plane, the third piezoelectric plate is fixed on the face of the second wedge parallel to the contact plane, and the angle α between the dividing wedge plane and the contact plane is selected from the condition
Figure 00000005

where α 1 , α 2, respectively, the limits of variation of the attenuation parameters in the materials of the first and second wedges;
ω circular frequency of oscillations emitted by piezoelectric plates,
and on the side surface of the cylinder faces are made parallel to the contact plane of the transducer. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй клинья выполнены из материалов, параметры которых выбраны из соотношений
Figure 00000006

Figure 00000007

Figure 00000008

δp/δs=0,1-12,0;
ρ2/ρ1=0,06-0,12,
где
Figure 00000009
скорость продольной волны в материале первого клина;
Figure 00000010
то же в материале второго клина;
δ1 и δ2 декременты поглощения в материале первого и второго клиньев соответственно;
Figure 00000011
скорость сдвиговой волны в материале первого и второго клиньев соответственно;
ρ1 и ρ2 плотность материалов первого и второго клиньев соответственно.2. The Converter according to claim 1, characterized in that the first and second wedges are made of materials whose parameters are selected from the relations
Figure 00000006

Figure 00000007

Figure 00000008

δ p / δ s = 0.1-12.0;
ρ 2 / ρ 1 = 0.06-0.12,
Where
Figure 00000009
longitudinal wave velocity in the material of the first wedge;
Figure 00000010
the same in the material of the second wedge;
δ 1 and δ 2 decrements of absorption in the material of the first and second wedges, respectively;
Figure 00000011
shear wave velocity in the material of the first and second wedges, respectively;
ρ 1 and ρ 2 are the density of materials of the first and second wedges, respectively. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что размеры клиньев выбирают из условий
Figure 00000012

Figure 00000013

Figure 00000014

Figure 00000015

где H1 и H2 соответственно продольный размер первого и второго клиньев;
Λ1 и Λ2 соответственно поперечный размер первого и второго клиньев;
Figure 00000016
соответственно длина продольной волны в материале первого и второго клиньев.3. The Converter under item 1, characterized in that the size of the wedges is chosen from the conditions
Figure 00000012

Figure 00000013

Figure 00000014

Figure 00000015

where H 1 and H 2, respectively, the longitudinal size of the first and second wedges;
Λ 1 and Λ 2, respectively, the transverse size of the first and second wedges;
Figure 00000016
accordingly, the length of the longitudinal wave in the material of the first and second wedges.
SU5035997 1992-03-03 1992-03-03 Different oscillations combined converter RU2045060C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5035997 RU2045060C1 (en) 1992-03-03 1992-03-03 Different oscillations combined converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5035997 RU2045060C1 (en) 1992-03-03 1992-03-03 Different oscillations combined converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2045060C1 true RU2045060C1 (en) 1995-09-27

Family

ID=21601184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5035997 RU2045060C1 (en) 1992-03-03 1992-03-03 Different oscillations combined converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2045060C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент ФРГ N 927770, кл. 42к 46/06, опубл. 1965. *
2. Авторское свидетельство СССР N 785737, кл. G 01N 29/24, 1980. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Brignoli et al. Measurement of shear waves in laboratory specimens by means of piezoelectric transducers
US4245172A (en) Transducer for generation and detection of shear waves
Auberger et al. Ultrasonic velocity and attenuation of longitudinal waves in rocks
RU2045060C1 (en) Different oscillations combined converter
Hallermeier et al. Simple technique for exciting and probing elastic surface waves
De Billy Acoustic technique applied to the measurement of the free edge wave velocity
Bifulco et al. Ultrasonic pulse spectroscopy of a solid inclusion in an elastic solid
US5447069A (en) Apparatus and method for ultrasonically measuring the Poisson&#39;s ratio of thin layers
RU2060496C1 (en) Ultrasonic vibration transducer
Li et al. Principles of an acoustic impedance method for detection and location of non-bonds in adhesive-bonded multi-layered joints
Varadé et al. Experimental results on bulk waves and Rayleigh waves in slate
US2685041A (en) Apparatus for examining materials by ultrasonic shear vibration
JPH06347449A (en) Crystal grain size evaluation method for metallic sheet
Singh Crack depth determination by ultrasonic frequency analysis aided by dynamic photoelasticity
Jones et al. A New Broad‐Band Ultrasonic Technique with Biomedical Implications. I. Background and Theoretical Discussion
SU1163252A1 (en) Ultrasonic transducer for measuring velocity of transverse ultrasonic vibrations
Ballato et al. Transmission‐Line Analogs For Stacked Crystals with Piezoelectric Excitation
Kittinger et al. Improvement of echo shape in low impedance materials
Singh et al. Dynamic photoelasticity as an aid to sizing surface cracks by frequency analysis
Burger et al. An ultrasonic technique for sizing surface cracks
KR20200105327A (en) Probe for measuring crack depth of concrete structure using ultrasound
SU1552088A1 (en) Apparatus for investigating mechanical characteristics of materials
Fujita et al. Measurement technique for mechanical vibration using a thickness-mode piezoelectric transducer with two comb-shaped electrodes
Lucet et al. Shear-wave birefringence and ultrasonic shear-wave attenuation measurements
SU1698750A1 (en) Method of measuring the entry angle of the sloped ultrasonic oscillation transducers