SU539265A1 - Ультразвуковой преобразователь - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике ультразвукового неразрушаюпл.его контрол  качества материалов и изделий и, в частности, может быть использовано в дефектоскопии, измерени х толщины, спектрометрических исследовани х структуры материалов и т. д.

Известен преобразователь (1), состо щий из тонкой пьезоэлектрической пластинки с нанесенными на противоположные поверхности электродами и прикрепленного демпфера из пьезокерамического материала. Недостатками такого преобразовател   вл ютс  ограниченна  полоса пропускани , так как она зависит от минимальной толщины пьезопластинки , а также значительные технологические трудности, возникающие при изготовлении тонкой пьезопластинки и обеспечении акустпческого контакта между ней и демпфером.

Известен также широкополосный преобразователь (2), выполненный на основе пьезопластинки , частично депол ризованной при помощи определепного температурного градиента и металлического демпфера, припа нного к пластинке. К недостаткам такого преобразовател  относ тс  низка  техпологичпость и повтор емость параметров пьезопластинки , а также трудности обеспечени  демпфировани  согласованным демпфером.

Известен также преобразователь (3), в котором дл  расширени  полосы пропускани 

пьезоэлектрический стержень с электродами на торцовых поверхност х пол ризован но длине нелинейно (например, при помощи спспиального способа пол ризации поликристаллического пьезоэлектрика, секционировани  и т. д.). При этом вектор пол ризации имеет наибольшее значение у передней грани стерл-сн  и убывает по определенному закону до нул  в некотором рассто нии от нее. Это позвол ет при механическом демпфировании тыльной поверхности стержн  расширить полосу пропускани .

Существенными недостатками этого преобразовател   вл ютс  технологические трудности изготовлени  пьезоэлемента с неременной по длине пол ризацией. При этом следует отметить, что эффективное расширение полосы пропускани  получаетс  только при определенном законе изменени  пол ризации. Кроме того, нет прппципиальпой возможности изготовлени  таких преобразователей пз монокристаллических пьезоэлектриков, так как Б иих вектор пол рпзацин посто нен. К недостаткам относитс  также необходимость механического демнфировани  тыльной новерхпости пьезоэлемента отдельным демпфером , обеспечение хорошего акустического контакта с которым представл ет значительные трудности. При работе преобразовател  в режиме излучение - прием возбуждающие и приемные электрические цепи не разв заны.

Дл  расширени  полосы пропускани  в режиме излучение - прием в предлагаемом преобразователе на боковую поверхность пьезоэлектрического стержн  нанесены электроды в виде двух токопровод щих полос, а демпфер выполнен из пьезоэлектрического материала в виде единой конструкции с пьезоэлектрическим стержнем.

Пьезоэлектрический стержень пол ризован равномерно, но при помощи электродов, нанесенных на торцовую и на боковую поверхности , внутри стержн  создаетс  неоднородное электрическое поле. Это позвол ет расщирить полосу пропускани , одновременно упроща  конструкцию преобразовател . Выполнение второго электрода в виде двух полос позвол ет разв зать возбуждающие и приемные электрические цепи в режиме излучение - прием, что нельз  осуществить с преобразователем , рассмотренным выще (3). Кроме того, демпфер не приклеиваетс  к торцовой поверхности стержн , а выполнен в виде единого целого с преобразовательной частью пьезоэлемента и выполнен из того же пьезоэлектрического материала, который может быть как поликристаллическим, так и монокристаллическим.

Изобретение по сн етс  чертежом. Преобразователь состоит из круглого пьезоэлектрического стержн  1, торцового электрода 2, боковых электродов 3 и 4 и демпфера 5. При этом из боковых электродов подключен к генератору возбуждающего напр жени  6, а второй - к приемному усилителю 7.

Преобразователь работает следующим образом .

При подключении электрического напр жени  к электродам 2 и 3 в пьезоэлектрическом стержне создаетс  неоднородное электрическое поле. Величина компоненты напр женности этого пол , совпадающа  с продольной осью преобразовател , имеет наибольшее значение у электрода 2 и постепенно уменьшаетс  до нул  в зоне бокового электрода 3.

Источником ультразвуковых волн в пьезоэлектрике  вл ютс  те его места, где существует градиент произведени  напр женности электрического пол  на пьезомодуль. Поскольку из-за распределепи  силовых линий электрического пол  этот градиент по оси преобразовател  во много раз больше у электрода 2, чем в остальной части стержн , источником объемной ультразвуковой волны  вл етс  торцова  поверхность пьезоэлектрического стержн  у электрода 2. Ультразвукова  волна, распростран юща с  в стержне, поглощаетс  интегральным согласованные демпфером . Таким образом, электроакустическое преобразование производитс  в широком диапазоне частот, обуславливаемом физической структурой примен емого пьезоэлектрика. В режиме приема волна принимаемого колебательного давлени  вызывает по вление электрического зар да па рабочих электродах только прп переходе через торцовую поверхность преобразовател . При этом электрическое напр жение, соответствующее приппмаемому ультразвуковому сигналу, снимаетс  с

электродов 2 п 4. При помощи согласованного интегрального демпфера 5 обеспечиваетс  режим бегущей волны, и преобразователь в режиме приема тоже  вл етс  апериодичным и широкополосным. Из-за наличи  двух боковых электродов 3 и 4 достигаетс  электрическа  разв зка возбуждающих и приемных цепей . Это позвол ет уменьшить длительность мертвой зоны и перегрузку приемного усилител  во врем  действи  зопдирующего сигнала . а также улучшить согласование пьезопреобразовател  с электрическими цеп ми в режиме излучение - прием.

Предлагаемый широкополосный ультразвуковой преобразователь позвол ет увеличить

точность и разрешающую способность приборов неразрушающего контрол  качества материалов и изделий. Возможность применени  монокристаллических пьезоэлектриков позвол ет изготовить преобразователи дл  сверхвысоких акустических частот. Это находит широкое применение в спектроскопических исследовани х структуры контролируемых материалов и изделий. Технологи  преобразовател  проста п позвол ет достичь хорошей повтор емости параметров, так как отсутствуют такие ответственные операции, как пол ризаци  по задапному закону и клейка с обеспечением хорошего акустического контакта.

Claims (3)

1. А. F. Brown aud Vveigut L. P., Generatiou aud reception of wideband ultrasound, «Ultrasonic , 1974, vol 12, Nr4, 161-163.

2. Авт. св. СССР ДГо 381021, М. Кл. G 01N 29/04, 1970.

3. Патент Великобритании N° 1208154, П 04R 17/00, 1970 (прототип).

f-,q: 7T p7J-t---- Ma.