SU658469A1 - Дифференциальный ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к ультразвуковой дефектоскопической и измерительной аппаратуре .

Известны бинарно-сравнительные ультразвуковые головки 1, содержащие пьезоэлемент, образованный кварцевым вибратором и электродами , и схему дл  согласовани  пьезоэлемента с приемником и генератором ультразвуковых колебаний.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  дифференциальный ультразвуковой пьезопреобразователь 2, содержащий пьезоэлектрический элемент с электродами , подключенными к возбуждающему генератору и приемному усилителю.

Недостатком такого пьезопреобразовател   вл етс  узкополосность из-за применени  в нем полуволновой принципиально резонансной пластины, что исключает на практике возможность излучать и принимать с его помощью короткие (2-5 10- с) одно- и двухпол рные акустические импульсы и не позвол ет плавно регулировать рабочую частоту в щироких пределах .

Цель изобретени  - расширение полосы рабочих частот.

Это достигаетс  тем, что пьезоэлектрический элемент выполнен в виде цилиндра, равномерно пол ризованного по всему объему в направлении , перпендикул рном его основани м, на одно из которых нанесены два электрода, выполненные в форме круговых сегментов, -и кольцевой электрод, при этом кольцевой электрод подключен к возбуждающему генератору через два соединенных встречнопараллельно диода, один из электродов в форме кругового сегмента подключен к приемному усилителю, а другой - заземлен, причем между собой электроды в форме круговых сегментов соединены двум  включенными встречно-параллельно диодами .

На фиг. 1 и 2 изображены две гфоекции описываемого дифференциально ультразвукового пьезопреобразовател .

Преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент 1, электроды 2, 3, 4, диоды 5 в цепи его подключени  к возбуждающему генератору и диоды 6 в цепи потислючени  к приемкому усилителю. Электрод 4 подключен к генератору импульсов напр жени . Электрод 3 заземлен непосредственно, а электрод 2 практически заземлен через пару провод щих в обоих направлени х диодов 6, включенных . встречно-параллельно. Последнее условие выполн етс  при возбуждении пьеэопреобразовател  импульсами напр жепи , превышающими по амплитуде напр жение (0,3-0,7 В) п тки на вольтамперной характеристике диодов. На практике это имеет место, так как амплитуда возбуждающего напр жени  составл ет обычнб 50-100 В и более. Возбуждающие импульсы напр жени  создают около электродов 3, 4 и 5 электрическое поле, которое в силу обратного пьезоэффекта приводит к смещени м поверхности , на которую нанесе1П)1 электроды. Поскольку направление вектора пол ризации пьезокерамики одинаково по отнощению ко всем электродам и, в частности, к электродам 2 и 3, то фаза колебаний поверхности пьезоэлемента , несущей эти электроды, одинакова. В.рехсиме приема ультразвуковых колебаний , излучеш1ых участками верхнего основани  пьезоэлемента, несущего электроды 2, 3 и при одинаковых услови х распространени  и отражени  ультразвуковых лучей под каждым из этих электродов фаза, амплитуда и форма акустического сигнала, приход щего на эти же электроды, будут одинаковы. Это вызовет на каждом из симметричш)1х электродов 2, 3 по вление одинаковых по величине и по знаку электрических зар дов, что не даст никакой . разности потенциалов между этими электродами , а значит, и электрического сигнала на входе приемного усилител , вход которого включен (фиг, 1) между этими электродами. В режиме приема диоды 6 не шунтируют вход приемного усилител , так как на практике амплитуды сигналов, снимаемых с пьезоэлемента, не превьпиают сотен мкВ - дес тков мВ, что много меньще )Т1оминавщейс  п тки диодов 6. Диоды 5, включенные встречно-параллельно пре дотвращают шунтирование в режиме приема через емкость между электродом 4 и электродами 2 и 3 сигналов на электродах 2 и 3 малым выходным сопротивлением возбуждающего генератора.

По вление любого обсто тельства, нарушающго симметрию в акустических лучах под электродами 2 и 3, неизбежно приведет к по влению разницы в величине электрических зар дов на электродах 2 и 3, а значит, и напр жени  разбаланса на входе приемного усилител . Нарушение этой симметрии может быть вызвано на практике по влением дефекта в объеме, прозвучиваемом предложенным пьезоэлектрическим преобразователем.

Поскольку НСТОЧШ1КО.М акустических колебаштй  вл етс  только поверхность пьезоэлемента , несуща  электроды, и толщина (высота) его не имеет принципиального значени  и вли ни  на процесс возбуждени  колебаний, то в силу линейности пьезоэффекта пьезоэлектрический преобразователь апериодичен и полоса его рабочих частот сверху ограничиваетс  практически только чистотой поверхности, на которую нанесены электроды, то есть дес тками и сотн ми МГц. Это справедливо, если тыльна  сторона пьезоэлемента имеет форму конуса - акустической ловушки, как это показано на фиг. 1 пунктиром, а также на отрезке времени , равном отнощению толщины (высоты) h пьезоэлемента 1 к скорости распространени  продольных акустических волн в материале этого пьезоэлемента, если последний излучает не вверх по фиг. 1, как при наличии конуса (например, в иммерсионную среду), а вниз по фиг. 1, когда тело пьезоэлемента играет роль твердотельной ультразвуковой линии задержки- в контактном варианте контрол  изделий .

Описанна  конструкци  преобразовател  позвол ет повысить чувствительность дефектоскопа , работающего по дифференциальному методу контрол . Кроме того, применение пьезепреобразовател  позвол ет количественно оценить степень искажени  акустических полей ультразвуковых пьезопреобразователей отражателып 1ми или активными пьезоэлектрическими микрозовдами, примен ющимис  дл  сн ти  диаграмм направленности и кривых чувствительности стандартных и экспериментальных пьезопреобразователей.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Дифференциальный ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, содержащий пьезоэлектрический элемент с электродами, подключенными к возб)окдающему генератору и приемному усилителю, отличающийс  тем, что, с целью расширени  полосы рабочих частот , пьезоэлектрический элемент выполнен в виде цилиндра, равномерно пол ризованного по всему объему в направлении, перпендикул рном его основани м, на одно из которых нанесены два электрода, выполненные в форме круговых сегментов, и кольцевой электрод , при этом кольцевой электрод подкпючен к возбуждающему Генератору через два соединенных встречно-параллельно диода, один из электродов в форме кругового сегмента под-ключен к приемному усилителю, а другой заземлен , причем между собой электроды в