SU1755178A1 - Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использован дл  контрол  материалов и изделий, когда необходимо передать ультразвуковой луч криволинейной формы, например при контроле труднодоступных мест изделий. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем придани  ультразвуковому лучу криволинейной формы. В корпусе ультразвукового преобразовател  сдвиговых волн установлен пьезоэлемент, а корпус состоит из п элементов, каждый из которых содержит две жидкостные и одну твердотелую призму , сопр женную с жидкостными. Все жидкостные призмы идентичны друг другу, и все твердотелые призмы идентичны друг другу. Все твердотелые призмы имеют в основании равнобедренный треугольник. Все элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может fifciib использовано дл  контрол  ма- териапсп и изделий, когда необходимо передать ультразвуковой луч дугообразный или изгибаемый звукопро- вод, например при контроле труднодоступных мест изделий.

Известен ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, содержащий жидкостную призму, контактирующий с ней пьезоэлемент и твердотелую призму, предназначенную дл  контакта с исследуемой средой

Недостатком указанного преобразовател   вл етс  низка  чувствительность контрол .

Наиболее близок к предлагаемому уль- трузвуковой преобразователь сдвиговых волн содержащий жидкостную призму, контактирующий с ней пьезоэлемент, твердотелую призму, предназначенную дл  контакта с исследуемой средой, в которой острый угол а жидкостной призмы выбран из услови 

СН a arcsin-7 7:-,

V2 СТ2

где CLI - скорость продольных волн в жидкостной призме;

Ст2 - скорость сдвиговых волн в твердо- телой призме,

твердотела  призма выполнена пр моугольной с равными сторонами, а материалы ее жидкостной призмы выбраны из условий

ч1 ел

СЛ

ч|

00

(Ј1)2 р2 }

2-(%М2

С

,

Си ч 2CTZ

)

где р - плотность жидкостной призмы;

рг - плотность материала твердотелой призмы.

Недостатком известного преобразовател   вл етс  невозможность передачи ультразвукового луча дугообразной формы, который необходимо использовать при контроле труднодоступных мест объектов.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение надежности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, содержащий установленные в корпусе пьезоэлемент и сопр женные между собой треугольные жидкостную и твердотелую призмы, материалы которых выбраны из условий:

(%V- 2 ,

ЈЬ2. ffi )

(

Си, 2 г СтР

где CLI - скорость продольных волн в жидкостной призме;

Ста скорость сдвиговых волн в твердотелой призме;

р - плотность материала жидкостной призмы;

pi - плотность материала твердотелой призмы,

а угол жидкостной призмы между гранью, контактирующей с торцом корпуса, и гранью, сопр женной с твердотелой призCLI мой, выбран из услови  а arcsin v- -,

снабжен (2п-1), где п 1, 2жидкостными

призмами, кажда  из которых полностью идентична основной жидкостной призме, и (гН)твердотелыми призмами, кажда  из которых идентична основной твердотелой призме, все жидкостные призмы имеют в основании равнобедренный пр моугольный треугольник, корпус выполнен из п элементов , сопр женных между собой, в каждом из которых установлены две жидкостные и одна твердотела  призма, равные стороны которой сопр жены с жидкостными призмами, при этом пьезоэлемент установлен в центре торца корпуса.

Все элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку.

На чертеже изображен ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, разрез вдоль его геометрической оси.

Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн содержит пьезоэлемент 1 продольных волн, первую (основную) жидкостную призму 2, контактирующую с

пьезоэлементом, первую (основную) твердотелую призму 3, преломл ющий угол которой равен 90°, контактирующую с первой жидкостной призмой и расположенную таким образом, что ультразвуковой луч проходит через ее равные стороны и образует с ними угол 45°, вторую жидкостную призму 4 (контактирующую с первой твердотелой призмой), угол преломлени  ультразвукового луча в которой равен

Си а arcsin-т ,

V2CT2

где Си - скорость продольных волн в жидкостной призме;

Ста скорость сдвиговых волн в твердотелой призме (равен углу падени  в первой жидкостной призме), жидкостную призму 5, идентичную по всем

параметрам призме 4 и призме 2, вторую твердотелую призму 6, идентичную по всем параметрам призме 3, жидкостную призму 7, контактирующую с второй твердотелой призмой, и т.д. Таким образом преобразователь , кроме основных жидкостной 2 и твердотелой 3 призм, снабжен (2п-1), где п 1,2, ..., жидкостными призмами, кажда  из которых полностью идентична основной жидкостной призме 2, и (п-1) твердотелыми

призмами, кажда  из которых идентична основной твердотелой призме 3, при этом все твердотелые призмы имеют в основании равнобедренный пр моугольный треугольник , корпус выполнен из п элементов, сопр женных между собой, в каждом из которых установлены две жидкостные и одна твердотела  призма, равные стороны которой сопр жены с жидкостными призмами, причем пьезоэлемент 1 установлен в центре торца корпуса. Материалы жидкостных и твердотелых призм выбраны из условий;

о / Си ч 2

(a)(CT2l. Q CH V2 Pl}/Си ч 2С т

(

СИ ч2

Ст7}

где р - плотность материала жидкостной призмы;

pi - плотность материала твердотелой призмы.

Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн работает следующим образом.

Пьезоэлемент 1 излучает продольные ультразвуковые волны в жидкостную приз- му 2, которые распростран ютс  со скоростью Сц, пада  под углом

a- arcsin

Јн

V2 Ст;

на призму 3, а после прохождени  границы раздела между призмами 2 и 3 преломл ютс  в твердотелой призме 3 под углом/3 45° и полностью трансформируютс  в сдвиговые волны, распростран ющиес  в твердотелой призме 3 со скоростью Ста- При этом преломленных продольных волн в призме 3 не существует, так как при/Ј 45° коэффициент прозрачности продольных волн равен нулю. Кроме того, при вы полнении условий:

р2

Л2

.f

(Ј)2

(

Си

2

щ

Ст2

не существует также отраженных от границы раздела между призмами 2 и 3 продольных волн, так как коэффициент отражени  продольных волн в этом случае равен нулю,

Поэтому в призме 3 распростран ютс  только сдвиговые волны, которые, если пренебречь потер ми в материалах призм, получают всю энергию продольных волн, излучаемых пьезоэлементом 1. Пришедшие границу раздела призм 3 и 4 сдвиговые волны падают под углом 45° и преломл ютс  в жидкостной призме 4 под углом а. Продольные волны распростран ютс  в призмах4 и 5 и падают на границу раздела призм 5 и б под углом а, преломл ютс  в призме 6 под углом 45°, также полностью трансформировавшись в сдвиговые волны, затем падают на границу раздела призм 6 и 7 под углом 45°, преломл ютс  в призме 7 под углом а в виде продольных волн и выход т через рабочую плоскость призмы 7 перпендикул рно этой плоскости При использовании большего количества призм можно получить более значительное искривление пучка ультразвуковых волн.

Рабочей может быть (при выходе сдвиговых волн) тэк/ке грань твердотелой призмы.

При подборе материалов твердотелой и жидкостной приз. таким образом, чтобы скорость продольных волн в жидкостной призме превышала скорость сдвиговых волн в твердотелой призме, можно получить большее изменение направлени  ультразвукового луча, т е большее искривление луча Однако необходимо одновременно подобрать также и плотность материалов, чтобы было удовлетворено указанное условие полной трансформации продольных волн в жидкостной призме в сдвиговые волны, распростран ющиес  в твердотелой призме.

Предлагаемым ультразвуковым преобразователем контролируемый объект может быть облучен как продольными, так и сдвиговыми ультразвуковыми волнами, так как через рабочую плоскость звукопровода могут выходить как продольные (из жидкостной призмы), так и сдвиговые (из твердотелой призмы) волны.

Технико-экономическа  эффективность

предлагаемого преобразователи по сравнению с известным повышаетс  за счет возможности придани  ультразвуковому лучу криволинейной формы, что расшир ет функциональные возможности преобразовател , так как обеспечиваетс  контролирование ультразвуком закругленных отверстий, например, при сверлении с помощью магнита, когда исключена воз- можнсГСть контролировани  процесса сверлени  другими методами.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн, состо щий из установленных в корпусе пьезоэлемента сопр женных

   между собой треугольных жидкостной и твердотелой призм, материалы которых выбраны из условий:

   ,(-cT2)2 ...CL1

   SQZ Сц 2

   . СТ2

   СТ2

   где Сц - скорость продольных волн в жидкостной призме;

   Ст2 скорость сдвиговых волн в твердотелой призме;

   р и pi - плотности материала жидкостной и твердотелой призм соответственно, а угол «жидкостной призмы между гранью,

   контактирующей с торцом корпуса, и гранью, сопр женной с твердотелой призмой , выбран из услови 

   Си

   g arcsln ,-. - , vЈcT2

   отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей , он снабжен (2п-1), где п 1, 2

   жидкостными призмами, кажда  из которых полностью идентична основной жидкостной

   призме, и (п-1) твердотелыми призмами, кажда  из которых идентична основной твердотелой призме, всетвердотелые призмы имеют в основании равнобедренный треугольник, корпус выполнен из п элементов , сопр женных между собой, в каждом из которых установлены две жидкостные призмы и одна твердотела  призма, равные стороны которой сопр жены с жидкостными призмами, при этом пьезоэлемент установлен в центре торца корпуса.
2. 2. Преобразователь по п. отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности, все элементы корпуса установлены в герметизирующую трубку.