RU2584063C1 - Ультразвуковой низкочастотный преобразователь - Google Patents
Ультразвуковой низкочастотный преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2584063C1 RU2584063C1 RU2015101756/28A RU2015101756A RU2584063C1 RU 2584063 C1 RU2584063 C1 RU 2584063C1 RU 2015101756/28 A RU2015101756/28 A RU 2015101756/28A RU 2015101756 A RU2015101756 A RU 2015101756A RU 2584063 C1 RU2584063 C1 RU 2584063C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- electric terminal
- transducer
- housing
- distance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для исследования крупноструктурных и неоднородных материалов посредством ультразвука. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь содержит корпус, в котором расположены первый, второй, третий и четвертый пьезоэлементы. Второй пьезоэлемент установлен в корпусе симметрично первому пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, четвертый пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично третьему пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, расстояние от первого пьезоэлемента до второго пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от третьего пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента, а расстояния от первого пьезоэлемента до третьего пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от первого пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента. Корпус снабжен протектором для контактирования с поверхностью контролируемого изделия в точке. Электрический вывод первого пьезоэлемента и электрический вывод второго пьезоэлемента соединены между собой противофазно и образуют первый электрический вывод ультразвукового низкочастотного преобразователя, электрический вывод третьего пьезоэлемента и электрический вывод четвертого пьезоэлемента соединены между собой противофазно и образуют второй электрический вывод ультразвукового низкочастотного преобразователя. После установки ультразвукового низкочастотного преобразователя острым рабочим торцом протектора на исследуемую поверхность изделия к электрическому выводу подводят возбуждающее напряжение U1(t) и к электрическому выводу подводят возбуждающее напряжение U2(t), снимают с этих электрических выводов принятые сигналы для дальнейшей амплитудно-фазовой обработки в приемном тракте. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области применения преобразователя. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при дефектоскопии, структуроскопии и толщинометрии, в частности, при исследовании крупноструктурных и неоднородных материалов, таких как бетоны, пластики и горные породы.
Известен раздельно-совмещенный преобразователь, в корпусе которого установлены под углом 45 градусов излучатель поперечной волны и приемный элемент [Европейский патент ЕПВ №0057432, МПК G01N 29/11, опубл. 18.08.1982].
Этот преобразователь имеет ограниченную область применения, так как может работать только в высокочастотной области и требует значительных усилий для обеспечения хорошего акустического контакта даже с гладкой поверхностью.
Известен ультразвуковой низкочастотный преобразователь, содержащий герметичный корпус с протектором, заполненный демпфирующей жидкостью, в котором размещен пьезоэлемент [В.Г. Шевалдыкин, Н.Н. Яковлев и др. Новые ультразвуковые низкочастотные пьезопреобразователи. - Дефектоскопия, 6, 1990, с. 44-50].
Известный ультразвуковой низкочастотный преобразователь может использоваться в низкочастотной области благодаря наличию жидкого демпфера с высоким затуханием ультразвука (около 3000 дБ/м) на низких частотах. Однако его функциональные возможности и сфера использования также ограничены из-за того, что он может излучать и принимать только продольную акустическую волну, в то время как для многих применений в низкочастотной области, необходима поперечная волна. Кроме того, этот преобразователь требует применения контактных жидкостей.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является ультразвуковой низкочастотный преобразователь, содержащий корпус, первый и второй пьезоэлементы, установленные внутри корпуса и подключенные противофазно, причем второй пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично первому пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, и протектор, сопряженный с корпусом со стороны излучающей поверхности пьезоэлементов и выполненный с возможностью контактирования с поверхностью контролируемого изделия в точке [Патент РФ на изобретение №2082163, МПК G01N 29/24, опубл. 20.06 1997].
Функциональные возможности и сфера использования известного ультразвукового низкочастотного преобразователя ограничены тем, что эффективность излучения (приема) поперечной волны в плоскости, совпадающей с направлением вектора смещения протектора, зависит от значения угла излучения, что не позволяет применять известный ультразвуковой низкочастотный преобразователь при конструировании двумерных фазированных антенных решеток.
Технической задачей изобретения является создание ультразвукового низкочастотного преобразователя с одинаковой эффективностью излучения (приема) поперечной ультразвуковой волны вне зависимости от направления излучения (приема).
Техническим результатом от использования изобретения является расширение функциональных возможностей и области применения преобразователя, например применение заявляемого технического решения при создании двумерных 2D фазированных антенных решеток.
Этот результат достигается тем, что известный ультразвуковой низкочастотный преобразователь, содержащий корпус, первый и второй пьезоэлементы, установленные внутри корпуса и электрически соединенные один с другим противофазно, причем второй пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично первому пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, и протектор, сопряженный с корпусом со стороны излучающей поверхности пьезоэлементов и выполненный с возможностью контактирования с поверхностью контролируемого изделия в точке, снабжен третьим и четвертым пьезоэлементами, установленными внутри корпуса и электрически соединенными один с другим противофазно, четвертый пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично третьему пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, расстояние от первого пьезоэлемента до второго пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от третьего пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента, а расстояние от первого пьезоэлемента до третьего пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от первого пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента.
Сущность изобретения поясняется чертежами: где на фиг. 1 представлен эскиз конструкции ультразвукового низкочастотного преобразователя, на фиг. 2 изображен поперечный разрез А-А на фиг. 1, на фиг. 3 показана схема формирования поперечной волны ультразвуковым низкочастотным преобразователем при условии, что U2(t)=0 и U1(t)≠0, на фиг. 4 представлена схема формирования поперечной волны ультразвуковым низкочастотным преобразователем при условии, что U1(t)=0 и U2(t)≠0 и на фиг. 5 изображена схема формирования поперечной волны ультразвуковым низкочастотным преобразователем при условии, что U1(t)≠U2(t)≠0.
Ультразвуковой низкочастотный преобразователь содержит корпус 1, в котором расположены первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 пьезоэлементы. Второй пьезоэлемент 3 установлен в корпусе 1 симметрично первому пьезоэлементу 2 относительно акустической оси преобразователя, четвертый пьезоэлемент 5 расположен в корпусе симметрично третьему пьезоэлементу 4 относительно акустической оси преобразователя, расстояние от первого пьезоэлемента 2 до второго пьезоэлемента 3 выбирается равным расстоянию от третьего пьезоэлемента 4 до четвертого пьезоэлемента 5, а расстояние от первого пьезоэлемента 2 до третьего пьезоэлемента 4 выбирается равным расстоянию от первого 2 пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента 5. Корпус 1 снабжен протектором 6 для контактирования с поверхностью контролируемого изделия в точке. Электрический вывод первого пьезоэлемента 2 и электрический вывод второго пьезоэлемента 3 соединены между собой противофазно и образуют первый электрический вывод 7 ультразвукового низкочастотного преобразователя, электрический вывод третьего пьезоэлемента 4 и электрический вывод четвертого пьезоэлемента 5 соединены между собой противофазно и образуют второй электрический вывод 8 ультразвукового низкочастотного преобразователя, при этом его внутреннее пространство заполнено демпфером 9.
Ультразвуковой низкочастотный преобразователь работает следующим образом.
После установки ультразвукового низкочастотного преобразователя острым рабочим торцом протектора 6 на исследуемую поверхность изделия к электрическому выводу 7 подводят возбуждающее напряжение U1(t) и к электрическому выводу 8, проходящим сквозь демпфер 9, подводят возбуждающее напряжение U2(t) (см. фиг.1) или, в случае приема ультразвуковых колебаний, снимают с этих электрических выводов принятые сигналы для дальнейшей амплитудно-фазовой обработки в приемном тракте.
Рассмотрим комбинации амплитуд и фаз возбуждающих сигналов:
1. Напряжение возбуждающего сигнала U2(t) выбирается равным 0 при U1(t)≠0 в том случае, если необходимо обеспечить горизонтальное (см. фиг.3) направление вектора смещения вершины протектора.
2. Напряжение возбуждающего сигнала U1(t) выбирается равным 0 U2(t)≠0 в том случае, если необходимо обеспечить вертикальное (см. фиг.4) направление вектора смещения вершины протектора.
3. Напряжения возбуждающих сигналов выбираются из условия U1(t)≠U2(t)≠0 (см. фиг.5) в том случае, если необходимо обеспечить произвольное значение угла направления вектора смещения вершины протектора по отношению к горизонтали.
В режиме приема, наоборот, поперечные колебания вершины протектора 6 преобразуются в электрические колебания с соответствующими амплитудами и фазами, снимаемыми с вывода 7 и вывода 8 и которые суммируются в суммирующем усилителе приемного тракта с учетом их амплитуд и фаз.
Симметричное относительно акустической оси ультразвукового низкочастотного преобразователя расположение первого пьезоэлемента 2 и второго пьезоэлемента 3, а также третьего пьезоэлемента 4 и четвертого пьезоэлемента 5 обеспечивает симметрию конструкции в целом и гарантирует возбуждение только поперечной компоненты в акустической волне и отсутствие в составе продольной волны, которая может играть роль помехи, ухудшая достоверность контроля. Аналогично выбираются равными расстояния соответственно от первого пьезоэлемента 2 до второго пьезоэлемента 3 и от третьего пьезоэлемента 4 до четвертого пьезоэлемента 5. Соблюдение условия равенства расстояний от первого пьезоэлемента 2 до третьего пьезоэлемента 4 расстоянию от первого 2 пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента 5 гарантирует пространственную ортогональность плоскостей колебаний вершины протектора. Другими словами, при U2(t)=0 и U1(t)≠0 формирование строго вертикально поляризованной поперечной акустической волны или при U1(t)=0 и U2(t)≠0 формирование строго горизонтально поляризованной поперечной акустической волны.
Таким образом, предлагаемый ультразвуковой низкочастотный преобразователь может выступать как преобразователь поперечных ультразвуковых волн с управляемой ориентацией плоскости поляризации в зависимости от задаваемых значений параметров возбуждающих сигналов и может найти широкое применение, например, в составе 2D фазированных антенных решеток при конструировании ультразвуковых томографов, предназначенных для толщинометрии и дефектоскопии различных изделий и конструкций.
Использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей и области применения преобразователя, например применение заявляемого технического решения при создании двумерных 2D фазированных антенных решеток.
Claims (1)
- Ультразвуковой низкочастотный преобразователь, содержащий корпус, первый и второй пьезоэлементы, установленные внутри корпуса и электрически соединенные один с другим противофазно, причем второй пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично первому пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, и протектор, сопряженный с корпусом со стороны излучающей поверхности пьезоэлементов и выполненный с возможностью контактирования с поверхностью контролируемого изделия в точке, отличающийся тем, что снабжен третьим и четвертым пьезоэлементами, установленными внутри корпуса и электрически соединенные один с другим противофазно, причем четвертый пьезоэлемент расположен в корпусе симметрично третьему пьезоэлементу относительно акустической оси преобразователя, расстояние от первого пьезоэлемента до второго пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от третьего пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента, а расстояние от первого пьезоэлемента до третьего пьезоэлемента выбирается равным расстоянию от первого пьезоэлемента до четвертого пьезоэлемента.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015101756/28A RU2584063C1 (ru) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015101756/28A RU2584063C1 (ru) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2584063C1 true RU2584063C1 (ru) | 2016-05-20 |
Family
ID=56011952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015101756/28A RU2584063C1 (ru) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2584063C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171512U1 (ru) * | 2016-06-10 | 2017-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Сертификации и Контроля" (ООО "ЦСК") | Ультразвуковая антенная решетка |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU442417A1 (ru) * | 1972-11-10 | 1974-09-05 | Ленинградский инженерно-строительный институт | Низкочастотный ультразвуковой преобразователь |
US4283649A (en) * | 1978-09-21 | 1981-08-11 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ultrasonic transducer with resonator laminate |
SU1534387A1 (ru) * | 1988-01-15 | 1990-01-07 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Ультразвуковой низкочастотный пьезопреобразователь |
RU2082163C1 (ru) * | 1994-02-21 | 1997-06-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "АКС" | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь |
RU2224250C2 (ru) * | 2001-04-23 | 2004-02-20 | ООО Акустические контрольные системы | Ультразвуковой низкочастотный композиционный преобразователь с переключением типа волн |
WO2010146136A1 (en) * | 2009-06-19 | 2010-12-23 | Sonovia Ltd | Dual-frequency ultrasound transducer |
-
2015
- 2015-01-21 RU RU2015101756/28A patent/RU2584063C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU442417A1 (ru) * | 1972-11-10 | 1974-09-05 | Ленинградский инженерно-строительный институт | Низкочастотный ультразвуковой преобразователь |
US4283649A (en) * | 1978-09-21 | 1981-08-11 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric ultrasonic transducer with resonator laminate |
SU1534387A1 (ru) * | 1988-01-15 | 1990-01-07 | Научно-Исследовательский Институт Интроскопии | Ультразвуковой низкочастотный пьезопреобразователь |
RU2082163C1 (ru) * | 1994-02-21 | 1997-06-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "АКС" | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь |
RU2224250C2 (ru) * | 2001-04-23 | 2004-02-20 | ООО Акустические контрольные системы | Ультразвуковой низкочастотный композиционный преобразователь с переключением типа волн |
WO2010146136A1 (en) * | 2009-06-19 | 2010-12-23 | Sonovia Ltd | Dual-frequency ultrasound transducer |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171512U1 (ru) * | 2016-06-10 | 2017-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Сертификации и Контроля" (ООО "ЦСК") | Ультразвуковая антенная решетка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8511165B2 (en) | Electromagnetic acoustic transducer (EMAT) combined with piezoelectric transducer (PZT) for dual mode ultrasonic inspection | |
Miao et al. | A variable-frequency bidirectional shear horizontal (SH) wave transducer based on dual face-shear (d24) piezoelectric wafers | |
Shiiba et al. | Estimation of cavitation sensor with hydrothermally synthesized lead zirconate titanate film on titanium cylindrical pipe: spatial distribution of acoustic cavitation field and basic characteristics of cavitation sensor | |
Legros et al. | Tissue harmonic imaging with CMUTs | |
CN107306372B (zh) | 具有放射元件的超声波换能器 | |
RU2584063C1 (ru) | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь | |
CN114441647A (zh) | 基于组合微元的聚焦宽频带电容式微机械换能器阵列 | |
Rodrigues et al. | Development of a 2-d array ultrasonic transducer for 3-d imaging of objects immersed in water | |
Wang et al. | Directivity theory and analysis of 2D capacitive micro-machined ultrasonic transducer array | |
RU2529824C2 (ru) | Пьезоэлектрический преобразователь | |
RU2082163C1 (ru) | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь | |
RU2536782C1 (ru) | Гидроакустический волноводный направленный преобразователь | |
JP4771575B2 (ja) | 水中探知装置 | |
JP4968847B2 (ja) | 超音波フェイズドアレイ送受波器 | |
RU2648301C1 (ru) | Ультразвуковой преобразователь | |
Sarangapani | Multi-frequency phased array transducer for ADCP applications | |
RU2703825C1 (ru) | Ультразвуковой низкочастотный преобразователь | |
RU2365911C2 (ru) | Ультразвуковой датчик сдвиговых волн | |
RU2697566C2 (ru) | Электроакустический преобразователь для параметрической генерации ультразвука | |
RU178897U1 (ru) | Многоэлементная интерференционная гидроакустическая антенна | |
RU2543684C1 (ru) | Способ возбуждения гидроакустического волноводного преобразователя и его устройство | |
RU2525473C1 (ru) | Способ возбуждения и приема симметричных и антисимметричных волн в тонких волноводах | |
RU2212631C1 (ru) | Ультразвуковой датчик угла отклонения от вертикали с частотным выходом | |
Mansfel’d et al. | Pulsed ultrasonic spectroscopy of gas bubbles | |
Jia et al. | Research on Acoustic Impedance Matching Method of CMUT Sensor Based on PDMS/BN Particles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200122 |