SU1273788A1 - Ультразвуковой преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области ультразвуковой (УЗ) техники и может быть использовано при акустических измерени х. Целью изобретени   вл етс  увеличение пространственной селективности и уменьшение длительности переходного продесса преобразовани  за счет излучени  торцовой поверхностью преобразовател  плоской УЗ волны и оптимизации затухани  паразитных УЗ колебаний. Электрод 2 нанесен на боковую поверхность спиральной канавки треугольного сечени  на торце пьезоэлектрического стержн  1. Электрод 3 нанесен на гладкую торцовую поверхность стержн  1. УЗ волна, распростран юща с  от торцовой поверхности внутрь стержн  1, затухает в пьезокерамике и демпфере 4. Демпфирование боковых с поверхностей спиральной канавки уменьшает амплитуду УЗ волны, изу (Л чаемой этой поверхностью и гасит ее. 3 пл. o vj САЭ оо ос

Description

Изобретение относится к ультразвуковой (УЗ) технике и может быть использовано при акустических измерениях, например, в медицинской диагностике, дефектоскопии, толщинометрии.

Целью изобретения является увеличение пространственной селективности и уменьшение длительности переходного процесса преобразования за счет излучения торцовой поверхностью преобразователя плоской УЗволны и оптимизации затухания пара-, зитных колебаний.

На фиг. 1 представлен УЗ-преобразователь, сечение по оси; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. на 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1.

УЗ-преобразователь содержит поляризованный по длине пьезоэлектрический стержень 1 со спиральной канавкой треугольного сечения на торце и электроды 2 и 3. Электрод 2 нанесен на боковую поверхность стержня 1, а электрод 3 - на гладкую торцовую поверхность стержня 1, противо- j положную торцу с канавкой. УЗ-преоб- разователь также содержит демпфер 4, например, из эпоксидной смолы с наполнителем, позволяющим приблизить волновое сопротивление демпфера 4 к волновому сопротивлению пьезокерамики стержня 1. Демпфер 4 акустичес\ = ^h„ 4¼⁴ z₈), , а волны, излучаемой в демпфер

A, = h„ D-Z₉(Z_r . Z₈), где h - пьезоэлектрическая полтоян□ 7 ная;

_b D ~ электрическое смещение,

Z_K, Zg - волновое сопротивление пьезокерамйки стержня 1 и материала демпфера 4 соответственно .

Демпфирование боковых поверхнос15 тей спиральной канавки стержня 1 уменьшает амплитуду УЗ-волны, распространяющейся в пьезокерамику, а также обеспечивает прохождение УЗ-волн из пьезокерамики в демпфер, ²⁰ предотвращая накопление УЗ-энергии в пьезокерамическом стержне 1. В результате работы из преобразовате ля в исследуемую среду излучается плоская УЗ-волна.

²⁵ [ Электрическое согласование УЗ-преобразователя с генератором осуществляется не только шагом электродов в спиральной канавке, но и величиной и расположением электродов. Сплошное покрытие торцовой поверхности электродом позволяет использовать УЗпреобразователь в агрессивных средах В предлагаемом УЗ-преобразователе ки связан с поверхностью канавки стержня 1. 35

УЗ-преобразователь работает следующим образом.

При подаче импульса электрического напряжения на электроды 2 и 3 .между ними возникает электрическое поле, силовые линии которого пока,заны на фиг. 3. При этом источниками УЗ-волн являются покрытые электродами 2 и 3 торцовые и боковые поверхности канавки стержня 1. УЗ-волны, изучаемые торцовой поверхностью стержня 1, имеют максимальные зна-. чения амплитуды колебания вследствие совпадения направления поляризации

Р с силовыми линиями электрического ⁵⁰ поля Е. УЗ-волна, распространяющаяся от торцовой поверхности внутрь стержня 1, частично затухает в пьезокерамике, а частично в демпфере

4. Амплитуда колебательного давления ³³ УЗ-волны, излучаемой боковой поверх-* ностью канавки стержня 1 в пьезоке создаются условия оптимального использования демпфера как для поглощения волны, - излучаемой вовнутрь пьезопреобразователя торцовой поверхностью, так и для электрического согласования входного импеданса пьезопреобразователя с генератором. Применение У3-преоб.разователя в дефектоскопии и медицинской диагностике позволяет увеличить разрешающую способность и точность применяемых приборов. Непараллельное расположение электродов на боковой поверхности спиральной канавки треугольного сечения предотвращает возникновение резонансных колебаний в поперечном направлении.

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к ультразвуковой (УЗ) технике и может быть использовано при акустических измерени х , например, в медицинской диагностике , дефектоскопии, толщинометрии . Целью изобретени   вл етс  увеличение пространственной селективности и уменьшение длительности переходного процесса преобразовани  за счет излучени  торцовой поверхностью преобразовател  плоской УЗволны и оптимизации затухани  пара-, зитных колебаний. На фиг. 1 представлен УЗ-преобразователь , сечение по оси; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. на 1; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 1. УЗ-преобразователь содержит пол ризованный по длине пьезоэлектрический стержень 1 со спиральной канавкой треугольного сечени  на торц и электроды 2 и 3. Электрод 2 нанесен на боковую поверхность стержн  1, а электрод 3 - на гладкую торцовую поверхность стержн  1, противоасложную торцу с канавкой. УЗ-преоб разователь также содержит демпфер 4 например, из эпоксидной смолы с наполнителем, позвол ющим приблизит волновое сопротивление демпфера 4 к волновому сопротивлению пьезокера мики стержн  1. Демпфер 4 акустичес ки св зан с поверхностью канавки стержн  1. УЗ-преобразователь работает следующим образом. При подаче импульса электрическо го напр жени  на электроды 2 и 3 .между ними возникает электрическое поле, силовые линии которого пока ,заны на фиг. 3. При этом источниками УЗ-ВОЛН  вл ютс  покрытые.электр дами 2 и 3 торцовые и боковые поверхности канавки стержн  1. УЗ-вод ны, изучаемые торцовой поверхностью стержн  1, имеют максимальные значени  амплитуды колебани  вследстви совпадени  направлени  пол ризации Р с силовыми лини ми электрического пол  Е. УЗ-волна, распростран юща с  от торцовой поверхности внутрь стержн  1, частично затухает в пьезокерамике , а частично в демпфере 4. Амплитуда колебательного давлени УЗ-волны, излучаемой боковой ностью канавки стержн  1 в пьезокерамику , равна D-z,/fz, А h излучаемой в демпфер волны. А h ZJ, пьезоэлектрическа  посто нна  ; электрическое смещение, волновое сопротивление пьезокерамики стержн  1 и материала демпфера 4 соответственно . Демпфирование боковых поверхностей спиральной канавки стержн  1 уменьшает амплитуду УЗ-волны, расростран ющейс  в пьезокерамику, а также обеспечивает прохождение УЗ-ВОЛН из пьезокерамики в демпфер, редотвраща  накопление УЗ-энергии в пьезокерамическом стержне 1. В результате работы из преобразовате  в исследуемую среду излучаетс  плоска  УЗ-волна. Электрическое согласование УЗ-преобразовател  с генератором осуществл етс  не только шагом электродов в спиральной канавке, но и величиной и расположением электродов. Сплошное покрытие торцовой .поверхности электродом позвол ет использовать УЗпреобразователь в агрессивных средах. В предлагаемом УЗ-преобразователе создаютс  услови  оптимального использовани  демпфера как дл  поглощени  волны,- излучаемой вовнутрь пьезопреобразовател  торцовой поверхностью , так и дл  электрического согласовани  входного импеданса пьезопреобразовател  с генератором. Применение У3-преоб.разовател  в дефектоскопии и медицинской диагностике позвол ет уве.пичить разрешающую способность и точность примен емых приборов . Непараллельное расположение электродов на боковой поверхности спиральной канавки треугольного сечени  предотвращает возникновение резонансных колебаний в поперечном направлении. Формула изобретение Ультразвуковой преобразователь, содержащий пол ризованный по длине пьезоэлектрический стержень со спиральной канавкой на торце, электроды , нанесенные на торцовзто поверхность стержн  и боковую поверхность канавки, и демпфер, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  пространственной селективности и уменьшени  длительности переходного процесса преобразовани , канавка выполнена треугольного сечени  на торце, противоположном электроду, а демпфер акустически св зан с поверхностью канавки.

   -4

   (риг. 2

   фиг, 3