RU2814451C1 - Двумодовый электроакустический преобразователь - Google Patents
Двумодовый электроакустический преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814451C1 RU2814451C1 RU2023133971A RU2023133971A RU2814451C1 RU 2814451 C1 RU2814451 C1 RU 2814451C1 RU 2023133971 A RU2023133971 A RU 2023133971A RU 2023133971 A RU2023133971 A RU 2023133971A RU 2814451 C1 RU2814451 C1 RU 2814451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electroacoustic transducer
- lithium niobate
- mode
- waves
- mhz
- Prior art date
Links
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Использование: для обнаружения внутренних дефектов и измерения физико-механических характеристик материалов по скорости распространения упругих волн. Сущность изобретения заключается в том, что двумодовый электроакустический преобразователь выполнен на основе пьезопластины из ниобата лития, излучающая поверхность которой закреплена токопроводящим клеем на буферном стержне, тыльная поверхность которой покрыта электродом, при этом пластина выполнена из монокристалла ниобата лития Y-среза толщиной не более 0,34 мм. Технический результат: обеспечение возможности излучать и принимать последовательно продольные и поперечные волны на частотах более 10 МГц. 3 ил.
Description
Двумодовый электроакустический преобразователь относится к устройствам, используемым для проведения ультразвуковых исследований твердых тел: обнаружения внутренних дефектов и измерения физико-механических характеристик материалов по скорости распространения упругих волн.
Для проведения подобных исследований в качестве излучающего и приемного преобразователей наиболее часто используются пластинчатые пьезоэлектрические преобразователи, изготовленные из различных пьезоматериалов.
Известен ряд электроакустических преобразователей для измерения скорости распространения упругих волн.
Известен электроакустический преобразователь с твердой акустической задержкой [Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля. Под ред. И.Н.Ермолова. - М.: Машиностроение, 1986, с.211]. Он также содержит пьезопластину с нанесенными на ее грани электродами, одной стороной приклеенную к твердой акустической задержке, а другой к демпферу, размещенным в соответствующем корпусе. Наличие акустической задержки позволяет уменьшить износ пьезопластины, а также значительно расширить температурный рабочий диапазон преобразователя. Такой преобразователь является одномодовым, т.е. позволяющим излучать и принимать только продольные волны, что является его недостатком.
Известен электроакустический преобразователь, описанный в патенте RU 2105432 [«Монокристаллический пьезоэлемент резонансного преобразователя» МПК H04R17/10 H01L41/02], который выполнен в виде прямоугольной пластины из материала тригональной сингонии с матрицей пьезомодуля класса симметрии 3m (ниобат лития или танталат лития). Ориентировка пластины выполнена с поворотом относительно оси Y. При использовании пьезоэлемента обеспечивается оптимальное сочетание максимальной пьезоактивности основной моды колебаний и максимальной анизотропии пьезоэффекта. Задача, решаемая настоящим изобретением, - увеличение анизотропии пьезоэффекта для уменьшения влияния частоты поперечных (паразитных) колебаний на основную (несущую) частоту и сведения поперечных колебаний до уровня шумов. Такой преобразователь является одномодовым, т.е. позволяющим излучать и принимать только продольные волны, что является его недостатком.
Наиболее близким по совокупности признаков устройства является электроакустический преобразователь, описанный в патенте RU 2269840«Электроакустический преобразователь» МПК H01L41/02], который реализован в виде пьезоэлектрической пластины с нанесенными на ее грани электродами, одной стороной приклеенной к буферному стержню, а другой к демпферу, расположенному в корпусе, при этом пьезоэлектрическая пластина вырезана под углом к оси Z пьезокерамического материала, величина которого определяется возможностью максимального излучения и приема как продольных, так и поперечных волн.
Недостатком электроакустического преобразователя такого типа является низкая рабочая частота. Повышение рабочей частоты позволит уменьшить длину волны, а, следовательно, повысить точность результатов проводимых измерений. Повысить рабочую частоту преобразователя, выполненного из пьезокерамики, не представляется возможным из-за физико-механических особенностей материала.
Задачей настоящего изобретения является создание электроакустического преобразователя, позволяющего излучать и принимать последовательно продольные и поперечные волны на частотах более 10 МГц.
Возбуждение и приём упругих волн на частотах выше 10 МГц необходимы для задач, где требуются прецизионные измерения скоростей упругих волн.
Поставленная задача решается за счет того, что электроакустический преобразователь, также как и известный, содержит пластину, выполненную из пьезоматериала, позволяющую последовательно излучать продольные и поперечные волны на частотах более 10 МГц. Но в отличие от известного, в предлагаемом решении преобразователь выполнен из монокристалла ниобата лития (LiNbO3)Y-среза, толщиной не более 0, 34 мм.Достигаемым техническим результатом является создание электроакустического преобразователя, позволяющего излучать и принимать последовательно продольные и поперечные волны на частотах более 10 МГц, т.е. техническим результатом является создание универсального электроакустического преобразователя, позволяющего проводить измерения на частотах выше 10 МГц.
Технический результат достигается за счет применения пьезопластины из монокристалла ниобата лития (LiNbO3) Y-среза.
Сущность предлагаемого электроакустического преобразователя поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 схематично показана конструкция электроакустического преобразователя: где 1 – пьезопластина из монокристалла ниобата лития (LiNbO3) Y-среза, с закрепленными электродами, 2 – буферный стержень (протектор), защищающий пьезопластину от механических повреждений, при соприкосновении с объектом, 3 – проводник, обеспечивающий электрический контакт, 4 - электрод на излучающей поверхности, который образован токопроводящим клеем, 5 - электрод на тыльной поверхности, сформированный путем нанесения металлической поверхности.
Частоты эффективного излучения и приема как продольной f l , так и поперечной f t волн, определяются из соотношения полуволнового резонанса:
f l = c l /2d
f t = c t /2d
где c l - скорость распространения продольной волны, в материале пьезопластины вдоль кристаллографической оси Y ниобата лития, c t - скорость распространения поперечной волны в материале пьезопластины вдоль кристаллографической оси Y ниобата лития, d – толщина пьезопластины.
Как известно c l = 6864 м/с, c t = 4523 м/с. Так, для изготовления пьезопластины с резонансной частотой для продольной волны 10МГц толщина пьезопластины будет равна:
d= c l /2 f l =0,34 мм.
Соответственно, резонансная частота для поперечной волны составляет 6,65 МГц.
Таким образом, при определенной толщине пьезопластины обеспечивается эффективное излучение и прием как продольных, так и поперечных волн на различных частотах.
На фиг.2 показана схема измерителя скорости ультразвука в твердых средах. Измеряемый образец расположен между излучающим и приемным преобразователям и находится в акустическом контакте с ними. На излучающий преобразователь подается излучающий сигнал от генератора, сигнал с приемного преобразователя подается на интерфейс (например, цифровой осциллограф). Измеряемая скорость определяется путем фиксации разности времени прохождения сигнала через такую систему при наличии и отсутствии образца. Переключение частоты генератора позволяет генерировать и принимать либо сигнал от прошедшей продольной, либо поперечной волн.
На фиг. 3 представлен пример частотной зависимости коэффициента передачи для продольной (1) и поперечной (2) волны, тракта в котором в качестве излучателя и приемника используется преобразователь с пьезопластиной из монокристалла ниобата лития (LiNbO3) Y-среза. Видно, что эффективное излучение и прием происходят на частотах 5,8 МГц и 9,8 МГц соответственно.
Claims (1)
- Двумодовый электроакустический преобразователь, выполненный на основе пьезопластины из ниобата лития, излучающая поверхность которой закреплена токопроводящим клеем на буферном стержне, тыльная поверхность которой покрыта электродом, отличающийся тем, что пластина выполнена из монокристалла ниобата лития Y-среза толщиной не более 0,34 мм.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2814451C1 true RU2814451C1 (ru) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2086684B (en) * | 1980-10-08 | 1984-05-10 | Philips Electronic Associated | Surface acoustic wave filters |
RU2269840C1 (ru) * | 2004-08-16 | 2006-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" | Электроакустический преобразователь |
RU2371841C2 (ru) * | 2007-11-30 | 2009-10-27 | Оао "Нпо "Эркон" | Акустоэлектронный пав-сенсор |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2086684B (en) * | 1980-10-08 | 1984-05-10 | Philips Electronic Associated | Surface acoustic wave filters |
RU2269840C1 (ru) * | 2004-08-16 | 2006-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" | Электроакустический преобразователь |
RU2371841C2 (ru) * | 2007-11-30 | 2009-10-27 | Оао "Нпо "Эркон" | Акустоэлектронный пав-сенсор |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
С. К. Паврос, А. Н. Перегудов, М. М. Шевелько, А. В. Курков, "ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОВЕРНУТЫХ СРЕЗОВ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН", СПбГЭТУ "ЛЭТИ", СЕРИЯ "Приборостроение и информационные технологии", 2006. Feifei Chen, Lingfeng Kong, Wei Song, Chao Jiang, Shiwei Tian, Fapeng Yu, Lifeng Qin, Chunlei Wang, Xian Zhao, "The electromechanical features of LiNbO3 crystal for potential high temperature piezoelectric applications ", Journal of Materiomics, 5, p. 73-80, (2019). Akito Kawamata, Hiroshi Hosaka, Takeshi Morita, "Non-hysteresis and perfect linear piezoelectric performance of a multilayered lithium niobate actuator", Sensors and Actuators A 135 p. 782-786, (2007). * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH0525045B2 (ru) | ||
RU2814451C1 (ru) | Двумодовый электроакустический преобразователь | |
McNab et al. | Monolithic phased array for the transmission of ultrasound in NDT ultrasonics | |
US3756070A (en) | Ultrasonic inspection device | |
JPH045290B2 (ru) | ||
JPS5929816B2 (ja) | 超音波探触子 | |
JP4187993B2 (ja) | 超音波探触子 | |
CN112285202A (zh) | 一种面向变曲率pbx表面裂纹的无损检测方法及传感器 | |
RU2269840C1 (ru) | Электроакустический преобразователь | |
EP1394538A1 (en) | Ultrasound low frequency composition converter provided with mode switch | |
JPH0448039B2 (ru) | ||
JP2861295B2 (ja) | 表面波速度分布測定方法および装置 | |
SU1530983A1 (ru) | Широкополосный пьезопреобразователь | |
JP2017187421A (ja) | 超音波送受波装置 | |
SU1099270A1 (ru) | Пьезоэлектрический преобразователь дл неразрушающего контрол | |
JPH06281634A (ja) | 超音波探触子 | |
SU1229680A1 (ru) | Способ определени механической добротности образцов | |
SU1278643A1 (ru) | Пьезоэлектрический преобразователь | |
SU1379719A1 (ru) | Ультразвуковой пьезопреобразователь | |
RU2105432C1 (ru) | Монокристаллический пьезоэлемент резонансного преобразователя | |
SU1446561A1 (ru) | Ультразвуковой способ определени затухани звука в образцах материала | |
SU539265A1 (ru) | Ультразвуковой преобразователь | |
SU1293493A1 (ru) | Пъезоэлектрический преобразователь дл измерени скорости ультразвуковых колебаний | |
SU1368677A1 (ru) | Датчик давлени | |
JP2021032676A (ja) | 認識信号生成素子及び素子認識システム |