RU2697024C1 - Ultrasound separately-combined converter - Google Patents

Ultrasound separately-combined converter Download PDF

Info

Publication number
RU2697024C1
RU2697024C1 RU2018140942A RU2018140942A RU2697024C1 RU 2697024 C1 RU2697024 C1 RU 2697024C1 RU 2018140942 A RU2018140942 A RU 2018140942A RU 2018140942 A RU2018140942 A RU 2018140942A RU 2697024 C1 RU2697024 C1 RU 2697024C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pli
pni
acoustic
piezoelectric element
phi
Prior art date
Application number
RU2018140942A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Васильевич Кириков
Николай Валентинович Калачев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург"
Priority to RU2018140942A priority Critical patent/RU2697024C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697024C1 publication Critical patent/RU2697024C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: invention relates to metrology, particularly to flaw detectors. Ultrasonic separately-combined converter containing a housing and placed in it at least two sound-conducting prisms (PLI) from material with relatively low acoustic impedance, at that, radiating piezoelectric element is glued on one PLI, and receiving piezoelectric element is glued thereto. PLI with receiving piezoelectric cell is separated from PLI with radiating element by electric and/or acoustic screen, contains at least one additional sound-conducting prism having higher acoustic impedance (PHI), than PLI, and located either between PLI and receiving piezoelectric element, or between PLI and emitting piezoelectric cell, or both, at that said thickness T of PHI complies with the condition: T>(2…3)L, where L is ultrasonic wave length in PHI material, wherein between PLI and PHI there is an acoustic contact, providing acoustic energy passage through the PLI-PHI boundary, additionally contains at least one matching layer and at least two thin adhesive layers located between PLI and PHI and serving to increase acoustic transparency of the boundary between PLI and PHI, as radiating and/or receiving piezoelectric elements linear and/or phased lattices are used.
EFFECT: ensuring broadband of converters.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего, а конкретно ультразвукового контроля материалов и изделий из металлов.The invention relates to the field of non-destructive, and specifically ultrasonic testing of materials and metal products.

Широко известен раздельно-совмещенный ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, и помещенные в него как минимум две звукопроводящих призмы из материала с относительно низким акустическим импедансом (ПНИ), и наклеенные на них пьезоэлементы (ПЭ). Сравнительно-низкий акустический импеданс призм (широко применяется, например, оргстекло) необходим для согласования призмы с контактной жидкостью и снижению негативного влияния зазора между преобразователем и объектом контроля (1; 2).A separately-combined ultrasonic transducer comprising a housing and at least two sound-conducting prisms made of a material with relatively low acoustic impedance (PNI) and piezoelectric elements (PE) glued to them are widely known. A comparatively low acoustic impedance of prisms (widely used, for example, plexiglass) is necessary for matching the prism with contact liquid and reducing the negative effect of the gap between the transducer and the control object (1; 2).

Поскольку материал пьезоэлемента, как правило, обладает достаточно высоким импедансом, по сравнению с материалом призмы, то преобразователи получаются достаточно узкополосными. То есть, фронтальная разрешающая способность дефектоскопической системы во многих случаях может оказаться не достаточной. Например, при ультразвуковом контроле листового проката можно пропустить расслоение, находящееся достаточно близко к противоположной поверхности.Since the material of the piezoelectric element, as a rule, has a sufficiently high impedance, compared with the material of the prism, the converters are obtained rather narrow-band. That is, the frontal resolution of the flaw detection system in many cases may not be sufficient. For example, with ultrasonic testing of sheet metal, you can skip the delamination, which is close enough to the opposite surface.

Демпфирование позволяет частично решить проблему, и повысить разрешающую способность, однако при сильном демпфировании существенно снижается чувствительность преобразователя, поскольку большая часть излучаемой и принимаемой энергии упругих колебаний гасится демпфером.Damping allows you to partially solve the problem, and increase the resolution, however, with strong damping, the sensitivity of the converter decreases significantly, since most of the radiated and received energy of elastic vibrations is damped.

Кроме того, сильное демпфирование является очень сложной и, порой, дорогостоящей технологической операцией.In addition, strong damping is a very complex and, at times, expensive technological operation.

Известно устройство для автоматизированного ультразвукового контроля листового проката и труб, принятое за прототип, с использованием ультразвукового раздельно-совмещенного преобразователя, на призму которого со стороны объекта контроля и/или со стороны пьезоэлемента, наклеиваются согласующие слои из материалов, с промежуточным значением акустических импедансов, которые могут, в определенной степени, повысить широкополосность преобразователя. Толщина слоев Тс обычно удовлетворяет условию Тс<L, где L в данном случае - длина ультразвуковой волны в материале слоя.A device is known for automated ultrasonic testing of sheet metal and pipes, adopted as a prototype, using an ultrasonic separately combined transducer, on the prism of which from the side of the control object and / or from the side of the piezoelectric element, matching layers of materials are glued with an intermediate value of acoustic impedances, which can, to some extent, increase the broadband of the converter. The layer thickness Tc usually satisfies the condition Tc <L, where L in this case is the ultrasonic wavelength in the layer material.

Устройство для автоматизированного ультразвукового контроля листового проката и труб, включает комплект генераторов зондирующих импульсов (ГЗИ), управляемых с помощью синхронизирующего устройства (СУ), комплект приемных устройств (ПУ) и как минимум одну группу раздельно-совмещенных ультразвуковых преобразователей (УП), размещенных в одном корпусе либо в разных корпусах, причем генераторные пьезоэлементы (ГП) всех УП соединены с соответствующими им генераторами зондирующих импульсов (ГЗИ), управляемых независимо с помощью синхронизирующего устройства, а приемные пьезоэлементы (ПП) соединены с соответствующими им приемными устройствами, причем в пределах одного ультразвукового преобразователя все ГП и оппозитные им ПП расположены на разных акустических призмах, разделенных между собой акустическим экраном (АЭ), в котором вся совокупность УП, входящая в состав устройства разбита на группы из двух и более УП, причем ГП, находящиеся внутри каждого УП, физически разделены на как минимум две электрически и акустически независимые зоны, параллельные друг другу и АЭ и расположенные на разном удалении от АЭ, причем зоны с одинаковыми номерами, находящиеся в разных УП, но на равном расстоянии от АЭ, образуют группы, соединенные электрически между собой, причем каждая такая группа соединена с общим соответствующим ей ГЗИ.A device for automated ultrasonic testing of sheet metal and pipes, includes a set of probing pulse generators (GZI) controlled by a synchronizing device (SU), a set of receiving devices (PU) and at least one group of separately combined ultrasonic transducers (UEs) located in in one case or in different cases, and the generator piezoelectric elements (GP) of all UEs are connected to their respective probing pulse generators (GZI), controlled independently by synchronization the receiving device, and the receiving piezoelectric elements (PP) are connected to their respective receiving devices, and within the limits of one ultrasonic transducer, all the GPs and their opposite PPs are located on different acoustic prisms, separated by an acoustic screen (AE), in which the entire set of UP included the device is divided into groups of two or more UEs, and the GP located inside each UE are physically divided into at least two electrically and acoustically independent zones parallel to each other and AE and located ennye at different distances from the AE, the zone with the same numbers that are in different UE, but equidistant from the AE form the group electrically connected together, each such group is connected to its corresponding common SPG.

Конструкция раздельно-совмещенного классического преобразователя и пояснение принципа его действия.The design of a separately-combined classic converter and an explanation of the principle of its action.

1 - электрический разъем,1 - electrical connector

2 - проводники,2 - conductors,

3 - излучающий пьезоэлемент,3 - radiating piezoelectric element,

4 - ПНИ - призма, имеющая сравнительно низкий акустический импеданс.4 - PNI - a prism having a relatively low acoustic impedance.

5 - короткий (непродолжительный по времени) электрический импульс,5 - short (short in time) electrical impulse,

6 - акустический импульс,6 - acoustic impulse,

7 - ПНИ - призма, обладающая сравнительно низким акустическим импедансом,7 - PNI - a prism having a relatively low acoustic impedance,

8 - объект ультразвукового контроля,8 - object of ultrasonic testing,

9 - дефект,9 - defect

10 - ПНИ-призма приемной части преобразователя,10 - PNI-prism of the receiving part of the Converter,

11 - приемный пьезоэлемент,11 - receiving piezoelectric element,

12 - вырабатываемый пьезоэлементом электрический импульс,12 - electric pulse generated by a piezoelectric element,

13 - слой контактной жидкости,13 - a layer of contact fluid,

14 - акустический/электрический экран. фиг. 3, [3].14 - acoustic / electric screen. FIG. 3, [3].

Недостатком такого решения является принципиальные ограничения в возможности достижения требуемой широкополосности ультразвукового преобразователя и снижении неконтролируемых зон, особенно при наличии мешающих сигналов, например, отражений от противоположной поверхности объекта контроля. Кроме того, согласующий слой преобразователя со стороны объекта контроля может быть легко поврежден, а, следовательно, эффективность согласования может со временем ухудшаться. Еще одним недостатком таких преобразователей является технологическая сложность их изготовления и обусловленные этим сравнительно высокие трудозатраты, а следовательно - их высокая стоимость.The disadvantage of this solution is the fundamental limitations in the ability to achieve the required broadband of the ultrasonic transducer and reduce uncontrolled zones, especially in the presence of interfering signals, for example, reflections from the opposite surface of the control object. In addition, the matching layer of the transducer on the part of the control object can be easily damaged, and, consequently, the coordination efficiency may deteriorate over time. Another disadvantage of such converters is the technological complexity of their manufacture and the resulting relatively high labor costs, and therefore their high cost.

Целью изобретения является повышение широкополосности раздельно-совмещенных ультразвуковых преобразователей, увеличение его разрешающей способности, уменьшения неконтролируемых зон, повышение стабильности их эксплуатационных характеристик, долговечности, упрощения конструкции и снижение стоимости.The aim of the invention is to increase the broadband of separately combined ultrasonic transducers, increase its resolution, reduce uncontrolled areas, increase the stability of their operational characteristics, durability, simplify the design and reduce cost.

Указанная цель достигается тем, что ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь, содержащий корпус, и помещенные в него как минимум две звукопроводящих призмы (ПНИ) из материала с относительно низким акустическим импедансом (ПНИ), причем, ПНИ и приемный пьезоэлемент отделены от ПНИ и излучающего пьезоэлемента электрическим и/или акустическим экраном, содержит как минимум одну дополнительную звукопроводящую призму (ПВИ), обладающую более высоким акустическим импедансом, чем ПНИ, и размещенную либо между ПНИ и приемным пьезоэлементом, либо между ПНИ и излучающим пьезоэлементом, либо и то, и другое, причем толщина Т как ПВИ, так и ПНИ удовлетворяет условию: Т>(2…3)L, где L - длина ультразвуковой волны соответственно в материале ПВИ и ПНИ, причем граница ПНИ и ПВИ содержит как минимум один слой материала, обеспечивающий прохождение акустической энергии через границу ПНИ-ПВИ.This goal is achieved by the fact that the ultrasonic separately-combined transducer containing the housing, and placed in it at least two sound-conducting prisms (PNI) from a material with relatively low acoustic impedance (PNI), moreover, the PNI and the receiving piezoelectric element are separated from the PNI and the emitting piezoelectric element electric and / or acoustic screen, contains at least one additional sound-conducting prism (PVI) having a higher acoustic impedance than PNI, and placed either between PNI and the receiving piezoelectric entent, either between the PNI and the radiating piezoelectric element, or both, and the thickness T of both PVI and PNI satisfies the condition: T> (2 ... 3) L, where L is the length of the ultrasonic wave in the PVI and PNI material, respectively, moreover, the boundary of PNI and PVI contains at least one layer of material that ensures the passage of acoustic energy through the boundary of PNI-PVI.

Указанная цель достигается так же тем, что ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь дополнительно содержит как минимум один согласующий слой, и как минимум два тонких клеевых слоя расположенные между ПНИ и ПВИ, и служащие для увеличения акустической прозрачности границы между ПНИ и ПВИ.This goal is also achieved by the fact that the ultrasonic separately-combined transducer additionally contains at least one matching layer, and at least two thin adhesive layers located between the PNI and PVI, and serve to increase the acoustic transparency of the boundary between the PNI and PVI.

Достижению цели способствует так же то, что в качестве излучающих и/или приемных пьезоэлементов использованы линейные и/или фазированные решетки.Achieving the goal is also facilitated by the fact that linear and / or phased arrays are used as emitting and / or receiving piezoelectric elements.

Конструкция ультразвукового раздельно-совмещенного преобразователя и пояснение принципа его действия, фиг. 1.The design of the ultrasonic separately combined transducer and an explanation of the principle of its action, FIG. one.

1 - электрический разъем, 2 - проводники, 3 - излучающий пьезоэлемент, 4 - ПВИ - призма, имеющая импеданс, близкий к импедансу излучающего пьезоэлемента 3, 5 - короткий (непродолжительный по времени) электрический импульс, 6 - акустический импульс, 7 - ПНИ - призма, обладающая сравнительно низким акустическим импедансом, 8 - объект ультразвукового контроля, 9 - дефект, 10 - ПНИ-призма приемной части преобразователя, 11 - ПВИ-призма приемной части преобразователя, 12 - приемный пьезоэлемент, 13 - вырабатываемый пьезоэлементом электрический импульс, 14 - слой контактной жидкости, 15 -акустический/электрический экран, 16 и 17 - согласующие слои.1 - electrical connector, 2 - conductors, 3 - radiating piezoelectric element, 4 - PVI - prism having an impedance close to the impedance of the radiating piezoelectric element 3, 5 - short (short in time) electrical pulse, 6 - acoustic pulse, 7 - PNI - a prism having a relatively low acoustic impedance, 8 is an ultrasound object, 9 is a defect, 10 is a PNI-prism of the receiving part of the transducer, 11 is a PVI-prism of the receiving part of the transducer, 12 is a receiving piezoelectric element, 13 is an electric pulse generated by the piezoelectric element, 14 is layer con Comp act fluid acoustically-15 / electrical screen, 16 and 17 - matching layers.

Устройство работает следующим образом. Через электрический разъем 1, посредством проводника 2, на излучающий пьезоэлемент 3 (ИП), акустически нагруженный на призму 4, имеющую импеданс, близкий к импедансу излучающего пьезоэлемента 3, подается короткий (непродолжительный по времени) электрический импульс 5, трансформируемый ИП 3 в акустический импульс 6. Ввиду близости акустических импедансов материалов ИП 3 и призмы 4, длительность акустического импульса 6 будет невелика, в значительной степени соизмеримой с длительностью электрического импульса 5. Далее акустический импульс 6 через систему клеевой слой-согласующий слой 16 - клеевой слой (клеевые слои на рисунке не показаны) проходит в призму 7, обладающую более низким акустическим импедансом, чем призма 4, частично отразившись от границы между призмами 4 и 7, но не исказившись с точки зрения длительности.The device operates as follows. Through an electrical connector 1, by means of a conductor 2, an emitting piezoelectric element 3 (IP) acoustically loaded on a prism 4 having an impedance close to the impedance of an emitting piezoelectric element 3 is supplied with a short (short-term) electric impulse 5, which is transformed by an IP 3 into an acoustic impulse 6. Due to the proximity of the acoustic impedances of the materials IP 3 and prism 4, the duration of the acoustic pulse 6 will be short, largely commensurate with the duration of the electric pulse 5. Next, the acoustic pulse 6 black h system adhesive layer-matching layer 16 - the adhesive layer (adhesive layers are not shown in the figure) passes into prism 7, which has a lower acoustic impedance than prism 4, partially reflecting from the boundary between prisms 4 and 7, but not distorted from the point of view duration.

Далее импульс 6 проходит в изделие 8, отражается от дефекта 9, и входит в призму 10 приемной части преобразователя, проходит через клеевые слои (на рисунке не показаны) и согласующий слой 17 в призму 11, через которую попадает на приемный пьезоэлемент 12, вырабатывающий электрический импульс 13, который, с точки зрения длительности, как правило, существенно не отличается от импульса 5. Этому способствует так же близость акустических импедансов материалов призмы 11 и пьезоэлемента 12.Next, the pulse 6 passes into the product 8, is reflected from the defect 9, and enters the prism 10 of the receiving part of the transducer, passes through the adhesive layers (not shown in the figure) and the matching layer 17 into the prism 11, through which it passes to the receiving piezoelectric element 12, generating electric pulse 13, which, in terms of duration, as a rule, does not significantly differ from pulse 5. This is also facilitated by the proximity of the acoustic impedances of the materials of the prism 11 and the piezoelectric element 12.

Прохождение акустических сигналов 6 из призмы 7 в объект контроля 8 и далее, после отражения от дефекта 9 в призму 10 осуществляется посредством контактной жидкости 14.The passage of acoustic signals 6 from the prism 7 to the control object 8 and then, after reflection from the defect 9 into the prism 10 is carried out by means of the contact fluid 14.

Экран 15 служит для акустической изоляции призм 6 и 7 излучающей части преобразователя от призм 10 и 11 его приемной части. Корпус 16 обеспечивает целостность и прочность конструкции ультразвукового преобразователя.The screen 15 is used for acoustic isolation of prisms 6 and 7 of the radiating part of the transducer from the prisms 10 and 11 of its receiving part. The housing 16 provides the integrity and structural strength of the ultrasonic transducer.

Для того, чтобы получить максимально возможную широкополосность ультразвукового преобразователя, ПВИ-призмы 4 и 11 могут быть выполнены, например, из бронзы, или титана, или алюминия, которые очень хорошо согласуются с пьезо-керамикой и могут, кроме этого, выполнять роль электрического экрана, как элемента зашиты от электромагнитных помех. Призма может быть выполнена и из керамики, или даже пьезо-керамики, и иметь, тем самым, максимальные демпфирующие свойства. В самом деле: ПВИ может рассматриваться как элемент, сочетающий в себе функции демпфера и звукопровода. Это своеобразный активный звукопроводящий демпфер.In order to obtain the maximum possible broadband of the ultrasonic transducer, PVI prisms 4 and 11 can be made, for example, of bronze, or titanium, or aluminum, which are very well consistent with piezoelectric ceramics and can, in addition, play the role of an electric screen as an element is protected from electromagnetic interference. The prism can also be made of ceramics, or even piezo-ceramics, and thereby have maximum damping properties. In fact: PVI can be considered as an element that combines the functions of a damper and sound duct. This is a kind of active sound-conducting damper.

Согласующие слои 16 и 17 повышают к.п.д. преобразователя, и несколько улучшают его реверберационно-шумовую характеристику, но не являются принципиально-обязательными элементами. В этом случае, контакт между ПНИ и ПВИ осуществляется, например, через тонкий слой клея. Таким образом, призмы 4 и 7 могут быть просто соединены друг с другом посредством, например, клеевого контакта. То же самое справедливо для пары призм 10 и 11 на приемной стороне преобразователя.Matching layers 16 and 17 increase the efficiency transducer, and somewhat improve its reverberation-noise characteristic, but are not fundamentally binding elements. In this case, the contact between PNI and PVI is, for example, through a thin layer of glue. Thus, prisms 4 and 7 can simply be connected to each other via, for example, adhesive contact. The same is true for a pair of prisms 10 and 11 on the receiving side of the transducer.

В качестве пьезоэлемента 4 может быть использована так же совокупность элементов, образующих решетку и/или фазированную решетку, позволяющую изменять направление излучения и/или фокус.As the piezoelectric element 4 can also be used as a set of elements forming a lattice and / or phased array, allowing you to change the direction of radiation and / or focus.

В качестве пьезоэлемента 12 может быть использована так же совокупность элементов, образующих линейную решетку и/или фазированную решетку, или даже совокупность фазированных решеток, позволяющую изменять направление приема и/или фокус.As the piezoelectric element 12 can also be used as a set of elements forming a linear lattice and / or phased array, or even a combination of phased arrays, allowing you to change the direction of reception and / or focus.

Высота ПНИ должна составлять как минимум 2…3 длины волны, чтобы исключить эффекты слоев, когда падающие и отраженные волны конкурируют. По этой же причине, а так же для улучшения реверберационно-шумовой характеристики преобразователя, материал ПНИ должен обеспечивать достаточно высокий уровень затухания.The PNI height should be at least 2 ... 3 wavelengths in order to exclude layer effects when the incident and reflected waves compete. For the same reason, as well as to improve the reverberation-noise characteristics of the converter, the PNI material should provide a fairly high level of attenuation.

Были изготовлены раздельно-совмещенные преобразователи Раздельно-совмещенный ультразвуковой преобразователь (см фиг. 2). Материал ПНИ - TORLON®. Материал ПВИ - алюминий. Преобразователь не демпфирован. Акустической нагрузкой пьезоэлементов являются ПВИ.Separate-combined transducers were manufactured. Separate-combined ultrasonic transducer (see Fig. 2). PNI material - TORLON®. PVI material - aluminum. The converter is not damped. The acoustic load of the piezoelectric elements are PVI.

В каждом из них ПНИ на излучающей и на приемной части были выполнены из материала TORLON®, высота призм 3 мм а ПВИ - из алюминия, высотой 10 мм. В качестве излучающих пьезоэлементов использовалась композитная керамика на частоту 4 МГц, электроды которой образовали восьмиэлементную фазированную решетку. В качестве приемного пьезоэлемента использовалась композитная керамика на частоту 5 МГц, образующая восьмиэлементную линейную решетку. Резонансные частоты излучающей и приемной части несколько отличались друг от друга для еще большего увеличения широкополосности ультразвукового преобразователя. Согласующие слои между ПВИ и ПНИ были выполнены из стекла, имеющего промежуточное значение акустического импеданса (между алюминием и материалом TORLON®). Все соединения в группах ПНИ-согласующий слой-ПВИ как на излучающей, так и на приемной стороне были выполнены с помощью эпоксидного клея.In each of them, PNIs on the emitting and receiving parts were made of TORLON® material, the height of the prisms was 3 mm and the PVI was made of aluminum with a height of 10 mm. Composite ceramics at a frequency of 4 MHz, the electrodes of which formed an eight-element phased array, were used as emitting piezoelectric elements. Composite ceramics at a frequency of 5 MHz, forming an eight-element linear array, were used as a receiving piezoelectric element. The resonant frequencies of the emitting and receiving parts were slightly different from each other to further increase the broadband of the ultrasonic transducer. The matching layers between PVI and PNI were made of glass having an intermediate value of acoustic impedance (between aluminum and TORLON® material). All compounds in the PNI-matching layer-PVI groups on both the emitting and receiving sides were made using epoxy glue.

На фото (фиг. 4) показаны изображения сигналов, принятые на бездефектном (а) участке стального листа, и на участке с искусственным дефектом, находящемся на расстоянии 2,8 мм от донной поверхности. 1 - сигнал, отраженный от донной поверхности; 2 - сигнал от дефекта.The photo (Fig. 4) shows images of signals received on a defect-free (a) section of a steel sheet and on a section with an artificial defect located at a distance of 2.8 mm from the bottom surface. 1 - signal reflected from the bottom surface; 2 - signal from the defect.

Как видно на фото, несмотря на то, что преобразователь дополнительно не демпфирован (акустической нагрузкой пьезоэлементов являются ПВИ), сигнал от дефекта отлично разрешается от «донного» сигнала. Длительность сигналов по уровню 6 дБ с оставляет величину порядка 0.5 микросекунд. Таким образом, наличие демпфера не является обязательным для преобразователя, являющегося объектом предполагаемого изобретения.As can be seen in the photo, despite the fact that the transducer is not additionally damped (the acoustic load of the piezoelectric elements is PVI), the signal from the defect is perfectly resolved from the “bottom” signal. The duration of the signals at a level of 6 dB s leaves a value of the order of 0.5 microseconds. Thus, the presence of a damper is not required for the converter, which is the object of the alleged invention.

Вообще, при почти идеальном согласовании акустических импедансов ПВИ и пьезоэлементов, что может быть достигнуто путем изготовления ПВИ из керамики, например, композитной, сочетаемом с применением соответствующего материала пьезоэлементов, можно добиться чрезвычайной широкополосности устройства. Дополнительным достоинством предложенного решения является высокий к.п.д. устройства. Это обусловлено тем обстоятельством, что в полезном эффекте участвует практически вся колебательная энергия излучающего пьезоэлемента, поскольку демпфер и звукопровод в данном случае обозначают, по сути, один и тот же элемент.In general, with the almost perfect matching of the acoustic impedances of PVI and piezoelectric elements, which can be achieved by fabricating PVI from ceramics, for example, composite, combined with the use of appropriate material of piezoelectric elements, it is possible to achieve an extremely broadband device. An additional advantage of the proposed solution is the high efficiency devices. This is due to the fact that almost the entire vibrational energy of the radiating piezoelectric element is involved in the useful effect, since the damper and sound duct in this case mean, in fact, the same element.

Как один из возможных материалов для изготовления ПНИ, TORLON® обеспечивает отличное согласование с водой, поэтому чувствительность к зазору у данного преобразователя как минимум не больше, чем у традиционных раздельно-совмещенных преобразователей, призмы которых выполнены из оргстекла. При этом разрешающая способность заявляемого преобразователя существенно превосходит аналогичный параметр для преобразователя с призмами из оргстекла.As one of the possible materials for the manufacture of PNDs, TORLON® provides excellent matching with water, therefore, the sensitivity to the gap in this converter is at least no more than that of traditional separately combined converters, the prisms of which are made of plexiglass. At the same time, the resolution of the inventive converter substantially exceeds the same parameter for a converter with plexiglass prisms.

Заявляемые преобразователи были использованы в установке для автоматического контроля листового проката, успешно внедренной на одном из заводов в США (см. фото на фиг. 5).The inventive converters were used in the installation for automatic control of sheet metal, successfully implemented at one of the plants in the United States (see photo in Fig. 5).

Источники информацииInformation sources

1. И.Н. Ермолов.1. I.N. Ermolov.

Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. Стр. 226.Ultrasonic transducers for non-destructive testing. Page 226.

2. С.И. Коновалов. А.Г Кузьменко.2. S.I. Konovalov. A.G. Kuzmenko.

Особенности импульсных режимов работы электроакустических пьезоэлектрических преобразователей. Стр 23-94.Features of pulsed operation modes of electro-acoustic piezoelectric transducers. Page 23-94.

3. Патент РФ 172818.3. RF patent 172818.

Claims (3)

1. Ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь, содержащий корпус и помещенные в него как минимум две звукопроводящих призмы (ПНИ) из материала с относительно низким акустическим импедансом, как минимум один приемный пьезоэлемент и как минимум один излучающий пьезоэлемент, причем ПНИ и приемный пьезоэлемент отделены от ПНИ и излучающего пьезоэлемента электрическим и/или акустическим экраном, отличающийся тем, что содержит как минимум одну дополнительную звукопроводящую призму (ПВИ), обладающую более высоким акустическим импедансом, чем ПНИ, и размещенную либо между ПНИ и приемным пьезоэлементом, либо между ПНИ и излучающим пьезоэлементом, либо и то, и другое, причем толщина Т как ПВИ, так и ПНИ удовлетворяет условию: Т>(2…3)L, где L - длина ультразвуковой волны соответственно в материале ПВИ и ПНИ, причем граница ПНИ и ПВИ содержит как минимум один слой материала, обеспечивающий прохождение акустической энергии через границу ПНИ-ПВИ.1. An ultrasonic separately-combined transducer comprising a housing and at least two sound-conducting prisms (PNs) made of a material with a relatively low acoustic impedance, at least one receiving piezoelectric element and at least one emitting piezoelectric element, the PNI and the receiving piezoelectric element are separated from the PNI and a radiating piezoelectric element with an electric and / or acoustic screen, characterized in that it contains at least one additional sound-conducting prism (PVI) having a higher acoustic impedance dance than PNI, and placed either between PNI and the receiving piezoelectric element, or between PNI and the radiating piezoelectric element, or both, the thickness T of both PVI and PNI satisfying the condition: T> (2 ... 3) L, where L is the ultrasonic wavelength in the PVI and PNI material, respectively, and the boundary of the PNI and PVI contains at least one layer of material that ensures the passage of acoustic energy through the PNI-PVI boundary. 2. Ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит как минимум один согласующий слой и как минимум два тонких клеевых слоя, расположенных между ПНИ и ПВИ и служащих для увеличения акустической прозрачности границы между ПНИ и ПВИ.2. The ultrasonic separately-combined transducer according to claim 1, characterized in that it further comprises at least one matching layer and at least two thin adhesive layers located between the PNI and the PVI and serving to increase the acoustic transparency of the boundary between the PNI and the PVI. 3. Ультразвуковой раздельно-совмещенный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве излучающих и/или приемных пьезоэлементов использованы линейные и/или фазированные решетки.3. The ultrasonic separately-combined transducer according to claim 1, characterized in that linear and / or phased arrays are used as emitting and / or receiving piezoelectric elements.
RU2018140942A 2018-11-21 2018-11-21 Ultrasound separately-combined converter RU2697024C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140942A RU2697024C1 (en) 2018-11-21 2018-11-21 Ultrasound separately-combined converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018140942A RU2697024C1 (en) 2018-11-21 2018-11-21 Ultrasound separately-combined converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2697024C1 true RU2697024C1 (en) 2019-08-08

Family

ID=67586637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018140942A RU2697024C1 (en) 2018-11-21 2018-11-21 Ultrasound separately-combined converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697024C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196373U1 (en) * 2019-12-27 2020-02-26 Акционерное общество «Диаконт» Phased array electromagnetic acoustic transducer

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4016530A (en) * 1975-06-02 1977-04-05 Goll Jeffrey H Broadband electroacoustic converter
US4153894A (en) * 1977-08-09 1979-05-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health, Education And Welfare Random phase diffuser for reflective imaging
SU932393A1 (en) * 1980-10-02 1982-05-30 Научно-производственное объединение "ЭНЕРГИЯ" Separate-joint converter for ultrasonic checking
SU962806A1 (en) * 1980-12-22 1982-09-30 Научно-производственное объединение "ЭНЕРГИЯ" Ultrasonic divided-combined focusing selector
SU1242812A1 (en) * 1985-01-11 1986-07-07 Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского Separated-combined ultrasonic transducer
JPS6239761A (en) * 1985-08-16 1987-02-20 Toshiba Corp Ultrasonic probe
SU1569699A1 (en) * 1988-03-09 1990-06-07 Предприятие П/Я Г-4725 Ultrasonic separate matched transducer
JPH08160022A (en) * 1994-12-05 1996-06-21 Japan Steel Works Ltd:The Two-vibrator probe
US6122968A (en) * 1995-02-23 2000-09-26 Defelsko Corporation Delay line for an ultrasonic probe and method of using same
RU2354076C1 (en) * 2007-08-28 2009-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут" (ОАО "Корпорация "Иркут") Separate-combned piezoelectric transducer
RU2356044C1 (en) * 2007-12-03 2009-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта" Ultrasound inclined converter
KR20090067590A (en) * 2007-12-21 2009-06-25 재단법인 포항산업과학연구원 Line-contact surface wave guide wedge apparatus
RU172818U1 (en) * 2017-03-29 2017-07-25 Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" DEVICE FOR AUTOMATED ULTRASONIC CONTROL OF SHEET RENT AND PIPES USING SEPARATELY COMBINED ULTRASONIC CONVERTERS

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4016530A (en) * 1975-06-02 1977-04-05 Goll Jeffrey H Broadband electroacoustic converter
US4153894A (en) * 1977-08-09 1979-05-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health, Education And Welfare Random phase diffuser for reflective imaging
SU932393A1 (en) * 1980-10-02 1982-05-30 Научно-производственное объединение "ЭНЕРГИЯ" Separate-joint converter for ultrasonic checking
SU962806A1 (en) * 1980-12-22 1982-09-30 Научно-производственное объединение "ЭНЕРГИЯ" Ultrasonic divided-combined focusing selector
SU1242812A1 (en) * 1985-01-11 1986-07-07 Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского Separated-combined ultrasonic transducer
JPS6239761A (en) * 1985-08-16 1987-02-20 Toshiba Corp Ultrasonic probe
SU1569699A1 (en) * 1988-03-09 1990-06-07 Предприятие П/Я Г-4725 Ultrasonic separate matched transducer
JPH08160022A (en) * 1994-12-05 1996-06-21 Japan Steel Works Ltd:The Two-vibrator probe
US6122968A (en) * 1995-02-23 2000-09-26 Defelsko Corporation Delay line for an ultrasonic probe and method of using same
RU2354076C1 (en) * 2007-08-28 2009-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Иркут" (ОАО "Корпорация "Иркут") Separate-combned piezoelectric transducer
RU2356044C1 (en) * 2007-12-03 2009-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта" Ultrasound inclined converter
KR20090067590A (en) * 2007-12-21 2009-06-25 재단법인 포항산업과학연구원 Line-contact surface wave guide wedge apparatus
RU172818U1 (en) * 2017-03-29 2017-07-25 Общество с ограниченной ответственностью "Нординкрафт Санкт-Петербург" DEVICE FOR AUTOMATED ULTRASONIC CONTROL OF SHEET RENT AND PIPES USING SEPARATELY COMBINED ULTRASONIC CONVERTERS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196373U1 (en) * 2019-12-27 2020-02-26 Акционерное общество «Диаконт» Phased array electromagnetic acoustic transducer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101262960B (en) Dual frequency band ultrasound transducer arrays
CN105793674B (en) Ultrasonic transducer including the backing with space segment surface
CN104090031B (en) A kind of pumping of prostressed duct quality detection device based on Ultrasonic Annular Phased Arrays
CN204044114U (en) A kind of ring-shaped ultrasonic array energy transducer
JPH02253798A (en) Piezoelectric converting element
Patricio Rodrigues et al. Design and Construction of a 2-D Phased Array Ultrasonic Transducer for Coupling in Water
CN204933926U (en) A kind of Novel ultrasonic transducer
RU2697024C1 (en) Ultrasound separately-combined converter
Liu et al. A dual-frequency piezoelectric micromachined ultrasound transducer array with low inter-element coupling effects
US8717848B2 (en) Ultrasound probe
US4509153A (en) Resolution transducers, systems and methods for the transmission and/or reception of waves propagated by vibration
Platte PVDF ultrasonic transducers
US6821252B2 (en) Harmonic transducer element structures and properties
US7791253B2 (en) Multi-layer gas matrix piezoelectric composite transducer
JP6080747B2 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic flaw detection system
RU2294061C1 (en) Multicomponent piezoelectric transducer and its manufacturing process
Måsøy et al. Nonlinear propagation acoustics of dual-frequency wide-band excitation pulses in a focused ultrasound system
CN113686972A (en) Ultrasonic laminated transducer for detecting viscoelastic solid
JP5957758B2 (en) Ultrasonic transmitter / receiver and ultrasonic measuring device
Kachanov et al. Comparison of the features of composite and mosaic piezotransducers for the ultrasonic testing of products with a high attenuation level of ultrasonic signals
KR20110103728A (en) Ultrasound probe using rear acoustic matching layer
Savoia et al. A low frequency broadband flexural mode ultrasonic transducer for immersion applications
Kachanov et al. Development of a broadband low-frequency mosaic ultrasonic piezoelectric transducer with a limited aperture
CN216771608U (en) Focusing piezoelectric ceramic acoustic emission source and contact type A-type ultrasonic focusing probe
Bezanson et al. A comparison study between high-frequency kerfless and fully-kerfed ultrasonic phased arrays