RU2284615C2 - Ultrasonic transducer lattice - Google Patents
Ultrasonic transducer lattice Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284615C2 RU2284615C2 RU2004121542/28A RU2004121542A RU2284615C2 RU 2284615 C2 RU2284615 C2 RU 2284615C2 RU 2004121542/28 A RU2004121542/28 A RU 2004121542/28A RU 2004121542 A RU2004121542 A RU 2004121542A RU 2284615 C2 RU2284615 C2 RU 2284615C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lattice
- piezoid
- ultrasonic transducer
- piezoids
- length
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ультразвуковым неразрушающим испытаниям материалов и изделий и может быть, в частности, использовано в прокатном и трубном производстве при дефектоскопии проката и труб.The invention relates to ultrasonic non-destructive testing of materials and products and can be, in particular, used in rolling and pipe production for inspection of rolled products and pipes.
Известна решетка ультразвуковых преобразователей, состоящая из многочисленных элементов, с управляемой диаграммой направленности, сосредоточенной в угле возвышения, в которой каждая плоскость отображения располагается под углом, отличным от всех остальных плоскостей отображения благодаря известному искривлению решетки и известных размеров элементов преобразователя. При этом элементы преобразователя расположены так, что они принимают цилиндрическую вогнутую форму вдоль угла возвышения для управляемой диаграммы направленности, а каждый из многочисленных азимутных электродов, прикреплен к соответствующим многочисленным элементам преобразователя, расположенных вдоль угла возвышения [1].A known lattice of ultrasonic transducers, consisting of numerous elements, with a controlled radiation pattern concentrated in the elevation angle, in which each display plane is at an angle different from all other display planes due to the known curvature of the lattice and known sizes of the transducer elements. Moreover, the transducer elements are arranged so that they take a cylindrical concave shape along the elevation angle for a controlled radiation pattern, and each of the many azimuth electrodes is attached to the corresponding numerous transducer elements located along the elevation angle [1].
К недостатку известной решетки относится сложность конструкции и большие трудозатраты на ее изготовление.The disadvantage of the known lattice is the complexity of the design and the high labor costs for its manufacture.
Известен монолитный корпус решетки преобразователя и технология его изготовления, состоящий из стенки основания с двумя боковыми поверхностями, изготовленные из неметаллического материала, в котором имеется нижний слой для выравнивания акустического сопротивления, изготовленный из электропроводного материала, электрическое сопротивление которого меньше акустического сопротивления пьезокерамики. Преобразователь содержит блок преобразователя с множеством элементов, изготовленных из пьезоэлектрической керамики, защитный слой изготовлен из акустического виброизоляционного материала. Блок преобразователя помещен внутрь корпуса решетки так, чтобы он касался со стенкой преобразователя. Преобразователь изготовлен из металлообогащенного материала, акустическое сопротивление которого меньше акустического сопротивления алюминия [2].Known monolithic housing of the transducer grating and its manufacturing technology, consisting of a base wall with two side surfaces, made of non-metallic material, in which there is a lower layer for equalizing acoustic resistance made of an electrically conductive material, the electrical resistance of which is less than the acoustic resistance of piezoceramics. The transducer contains a transducer block with many elements made of piezoelectric ceramics, the protective layer is made of acoustic vibration-insulating material. The transducer block is placed inside the grill housing so that it touches the transducer wall. The transducer is made of metal-enriched material, the acoustic resistance of which is less than the acoustic resistance of aluminum [2].
К недостатку решетки следует отнести большое количество деталей преобразователя, высокая стоимость и сложность изготовления решетки.The disadvantage of the lattice is the large number of parts of the converter, the high cost and complexity of manufacturing the lattice.
Известна многослойная ультразвуковая решетка преобразователя, изготовленная путем распиливания полупроводниковой пластины, что обеспечивает акустическую изоляцию между рядами элементов преобразователя [3].Known multilayer ultrasonic transducer lattice made by sawing a semiconductor wafer, which provides acoustic insulation between the rows of transducer elements [3].
Решетка содержит корпус из пьезокерамического материала, по меньшей мере один скрытый заземленный электродный слой, один импульсный электродный слой, изоляционные бороздки неполной, но различной глубины, выполненные путем распиливания цельной полупроводниковой пьезокерамической пластины.The lattice contains a body made of piezoceramic material, at least one hidden grounded electrode layer, one pulsed electrode layer, insulating grooves of incomplete but different depths, made by sawing a solid semiconductor piezoceramic plate.
Недостатком известной решетки преобразователя является ее сложность и высокая себестоимость. Кроме того, путем распиливания невозможно обеспечить необходимую добротность и чувствительность преобразователя, так как отдельные его элементы будут всегда отличаться своими размерами и параметрами в виду сложной технологии выполнения бороздок.A disadvantage of the known Converter lattice is its complexity and high cost. In addition, by sawing it is impossible to provide the necessary quality factor and sensitivity of the transducer, since its individual elements will always differ in their sizes and parameters in view of the complex technology for making grooves.
Целью изобретения является упрощение конструкции решетки ультразвукового преобразователя и снижение затрат на ее изготовление.The aim of the invention is to simplify the design of the lattice of the ultrasonic transducer and reduce the cost of its manufacture.
Указанная цель достигается тем, что решетка ультразвукового преобразователя, содержащая основание, многочисленные пьезоэлементы, заземленные и импульсные электроды для соединения с соответствующими генераторами зондирующих импульсов, выполнена из множества, полностью друг от друга изолированных пьезокерамических пластин, изготовленных методом штамповки и имеющих одинаковые размеры, основание выполнено в виде односторонней или двухсторонней призмы из органического стекла, поверхности призмы выполнены в виде ступенек, каждая пьезокерамическая пластина наклеена на ступеньку параллельно другой с частичным перекрытием, нерабочие части пьезокерамических пластин деполяризованы, с противоположной стороны призмы решетка залита компаудом, а установочные и габаритные размеры пьезокерамических пластин удовлетворяют соотношениям:This goal is achieved in that the ultrasonic transducer array containing the base, numerous piezoelectric elements, grounded and pulsed electrodes for connecting to the respective probing pulse generators is made of a plurality of completely isolated piezoelectric ceramic plates made by stamping and having the same dimensions, the base is made in the form of a one-sided or two-sided prism from organic glass, the surface of the prism is made in the form of steps, each piezo the ceramic plate is glued to the step parallel to the other with a partial overlap, the non-working parts of the piezoceramic plates are depolarized, on the opposite side of the prism the grating is filled with a compound, and the installation and overall dimensions of the piezoceramic plates satisfy the relations:
a=1,2b÷100b, где а - длина пьезокерамической пластины; b - толщина пьезокерамической пластины;a = 1.2b ÷ 100b, where a is the length of the piezoceramic plate; b is the thickness of the piezoceramic plate;
d>(1÷10)p, где d - расстояние между осями рабочих частей пьезокерамических пластин, p - длина рабочей части пьезокерамической пластины, причем d=0,2÷10 мм.d> (1 ÷ 10) p, where d is the distance between the axes of the working parts of the piezoceramic plates, p is the length of the working part of the piezoceramic plate, and d = 0.2 ÷ 10 mm.
На чертеже показан поперечный разрез решетки с двухсторонней призмой. Односторонняя призма является половиной двухсторонней призмы относительно вертикальной оси симметрии O-O.The drawing shows a cross section of a lattice with a two-sided prism. A single-sided prism is half the two-sided prism relative to the vertical axis of symmetry O-O.
Решетка ультразвукового преобразователя 1 состоит из односторонней или двухсторонней призмы 2, компаудной заливки 3, пьезокерамических пластин 4 длиной "а" и толщиной "b". Рабочие части пластин длиной "p" металлизированы с обеих сторон и имеют заземляющие 5 и импульсные 6 электроды для соединения с генераторами зондирующих импульсов. Выполнение условия "a=1,2b÷100b''" исключает дополнительный резонанс пьезокерамических пластин 4, приводящем к искажению формы возбуждаемых и принимаемых сигналов, то есть повышает чувствительность преобразователя.The lattice of the ultrasonic transducer 1 consists of a one-sided or two-sided prism 2, compound filling 3, piezoceramic plates 4 of length a and thickness b. The working parts of the plates with a length of "p" are metallized on both sides and have grounding 5 and pulse 6 electrodes for connection with probing pulse generators. The fulfillment of the condition "a = 1.2b ÷ 100b ''" eliminates the additional resonance of the piezoceramic plates 4, leading to distortion of the shape of the excited and received signals, that is, it increases the sensitivity of the transducer.
Пьезокерамические пластины 4 располагаются в разных плоскостях с частичным перекрытием "с".Piezoceramic plates 4 are located in different planes with a partial overlap "c".
Для создания упругой волны используется только часть длины пьезокерамической пластины. Каждая последующая пьезокерамическая пластина 4 сдвинута относительно соседней на величину "p".To create an elastic wave, only part of the length of the piezoceramic plate is used. Each subsequent piezoceramic plate 4 is shifted relative to the neighboring one by a value of "p".
Для повышения рабочих характеристик, нерабочая часть (заштрихована) пьезокерамических пластин 4 деполяризована.To improve performance, the non-working part (shaded) of the piezoceramic plates 4 is depolarized.
Пьезоэлектрический преобразователь 1 с указанной решеткой работает следующим образом.The piezoelectric transducer 1 with the specified lattice operates as follows.
Для того чтобы возбудить волну в направлении главной нормали "n", необходимо обеспечить задержку τ1 в соответствии с линейным законом τ=(i-1)·τ0, где τ0 - определяется высотой "ступеньки" и скоростью распространения упругих волн в материале призмы 2. Максимальная должна быть обеспечена для самой нижней пьезокерамической пластины 4.In order to excite the wave in the direction of the main normal "n", it is necessary to ensure a delay of τ 1 in accordance with the linear law τ = (i-1) · τ 0 , where τ 0 is determined by the height of the "step" and the propagation velocity of elastic waves in the material prisms 2. Maximum should be provided for the lowest piezoceramic plate 4.
Таким образом, для самой верхней пьезокерамической пластины задержкаThus, for the uppermost piezoceramic plate, the delay
τ=(1-1)·τ0=0.τ = (1-1); τ 0 = 0.
Для пластины, находящейся под нею:For the plate below it:
τ=(2-1)·τ0=τ0.τ = (2-1) · τ 0 = τ 0 .
Для следующей пластины:For the next plate:
τ=(3-1)·τ0=2τ0.τ = (3-1) · τ 0 = 2τ 0 .
И, наконец, для самой нижней пластины:And finally, for the bottommost plate:
τ=(4-1)·τ0=3τ0, гдеτ = (4-1) · τ 0 = 3τ 0 , where
обозначим: τi=τ1, τ2, τ3, τ4 - как номинальный набор задержек, который обеспечивает возбуждение плоской волны в направлении главной нормали "n".we denote: τ i = τ 1 , τ 2 , τ 3 , τ 4 - as the nominal set of delays, which ensures the excitation of a plane wave in the direction of the main normal "n".
Изменение τi (набора задержек) позволяет целенаправленно изменять параметры формируемой диаграммы направленности относительно номинального значения - изменять угол главного лепестка α, синтезировать специальные свойства, например, осуществлять фокусировку в заданной линии пространства.Changing τ i (a set of delays) allows you to purposefully change the parameters of the generated radiation pattern relative to the nominal value - change the angle of the main lobe α, synthesize special properties, for example, focus in a given space line.
Источники информацииInformation sources
1. Патент США №5671746.1. US patent No. 5671746.
2. Патент США №5541468.2. US patent No. 5541468.
3. Патент США №5704105.3. US patent No. 5704105.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004121542/28A RU2284615C2 (en) | 2004-07-15 | 2004-07-15 | Ultrasonic transducer lattice |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004121542/28A RU2284615C2 (en) | 2004-07-15 | 2004-07-15 | Ultrasonic transducer lattice |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2284615C2 true RU2284615C2 (en) | 2006-09-27 |
Family
ID=37436694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004121542/28A RU2284615C2 (en) | 2004-07-15 | 2004-07-15 | Ultrasonic transducer lattice |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2284615C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2554700C1 (en) * | 2014-03-11 | 2015-06-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Ultrasound piezoelectric converter |
| RU178056U1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-03-21 | ООО "Лаборатория Кьюмодуль" | Vibration energy converter |
-
2004
- 2004-07-15 RU RU2004121542/28A patent/RU2284615C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2554700C1 (en) * | 2014-03-11 | 2015-06-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Ultrasound piezoelectric converter |
| RU178056U1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-03-21 | ООО "Лаборатория Кьюмодуль" | Vibration energy converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5381385A (en) | Electrical interconnect for multilayer transducer elements of a two-dimensional transducer array | |
| US4424465A (en) | Piezoelectric vibration transducer | |
| CN101918151B (en) | Composite transducer apparatus and system for processing a substrate and method of constructing the same | |
| US3325780A (en) | Flexural transducers | |
| US7382082B2 (en) | Piezoelectric transducer with gas matrix | |
| RU2284615C2 (en) | Ultrasonic transducer lattice | |
| JP3541322B2 (en) | Piezoelectric ultrasonic transducer | |
| Liu et al. | A dual-frequency piezoelectric micromachined ultrasound transducer array with low inter-element coupling effects | |
| JP2008048276A (en) | Ultrasonic transducer and ultrasonic transducer array | |
| US7388317B2 (en) | Ultrasonic transmitting/receiving device and method for fabricating the same | |
| CN108827459B (en) | Strong-reflection underwater acoustic material and application thereof | |
| KR101116165B1 (en) | Ultrasonic Transducer using Planar Parallel Langevin Mounting Piezoelectric Element, Method for Manufacturing the Ultrasonic Transducer | |
| US4384228A (en) | Acousto-electric transducer | |
| US11555802B2 (en) | Interrogatable passive acoustic sensor device with reflective tags | |
| CN115295715A (en) | Piezoelectric transducer and method for unidirectionally exciting and receiving non-dispersive ultrasonic guided waves | |
| US6333590B1 (en) | Ultrasonic transducer having laminate structure, ultrasonic probe and production method thereof | |
| WO2010021554A1 (en) | An acoustic transducer for swath beams | |
| RU2697024C1 (en) | Ultrasound separately-combined converter | |
| US20040090148A1 (en) | Multi-frequency transmission/reception apparatus | |
| EP3551349B1 (en) | Thickness-planar mode transducers and related devices | |
| Fang et al. | Linear Ultrasonic Array Development incorporating Cantor Set Fractal Geometry | |
| JPS59178378A (en) | Ultrasonic probe | |
| US20240066554A1 (en) | Transducer and method of manufacture | |
| Tu et al. | Fabrication and Performance Analysis of Single Crystal Vector Hydrophones With Laminated Beam Structure | |
| Fang et al. | Linear ultrasonic array design using cantor set fractal geometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 27-2006 FOR TAG: (73) |
|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080828 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20090810 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140716 |