SU794780A1 - Широкополосный пьезоэлектрическийпРЕОбРАзОВАТЕль - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике излучени  и приема ультразвука и может быть использовано в различной ультразвуковой аппаратуре, работающей в широком диапазоне исследуемых глубин, включа  нулевую , в частности в медицинских и дефектоскопических приборах с высокой разрешающей способностью по фронту и глубине.

Известен широкополосный пьезопреобразователь , используемый в ультразвуковой дефектоскопической аппаратуре, содержащий пьезоэлемент и два электрода, нанесенные на его плоскую и сферически вогнутую поверхность 1.

Недостатком данного преобразовател   вл етс  узкий диапазон контролируемых глубин и низка  чувствительность.

Известен широкополосный пьезопреобразователь , содержащий пьезоэлемент в виде конуса и два электрода, нанесенные на его основание, который позвол ет прозвучивать большие глубины исследуемых объектов, ограничиваемые чувствительностью приемной аппаратуры, но вследствие наличи  в его акустическом поле ближней зоны диапазон прозвучиваемых глубин ограничен снизу ее прот женностью 2.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  широкополосный пьезокерамический преобразователь , содержащий цилиндрический пьезоэлемент , коническую акустическую ловушку , прикрепленную к одному из оснований пьезоэлемента соосно с ним, причем диаметр пьезоэлемента превышает диаметр основани  конической ловушки, а также первый и второй электроды, нанесенные соответственно на свободную часть основани  пьезоэлемента со стороны ловущки и на его второе основание, при этом фронтальна  часть пьезоэлемента выполнена в виде усеченного конуса с диаметром сечени , меньшим диаметра основани  конической ловушки .

Недостатком его  вл етс  низка  чувствительность и ограниченный диапазон контролируемых глубин вследствие того, что он излучает расход щийс  пучок ультразвуковых волн, поперечные размеры которого соизмеримы с диаметром пьезоэлемента .

Целью изобретени   вл етс  увеличение чувствительности преобразовател  и расширение диапазона контролируемых глубин.

Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что широкополосный пьезокерамический преобразователь, содержащий цилиндрический пьезоэлемент, коническую акустическую ловушку, прикрепленную к одному из оснований ньезоэлеменга соосно с ним, причем диаметр ньезоэле.мента нревышает диаметр основани  конической ловушки , а также иервый и второй электроды , нанесенные соответственно на свободную часть основани  ньезоэлемента со стороны ловушки и на его второе основание, снабжен третьим электродом, нанесенным на боковую поверхность ньезоэлемента и электрически изолированным от электродов , нанесенных на его основани .

На чертеже изображена конструкци  ньезопреобразовател .

Пьезонреобразователь содержит цилиндрический ньезоэлемент , систему электродов 2, 3, 4 и акустическую ловушку 5, прикреиленную к одному из оснований ньезоэлемента 1 соосно с ним.

Пьезоиреобразователь изготавливаетс  нутем склеивани  составом, не отражающим ультразвук, пол ризованного но высоте ньезоэлемента 1 с акустической ловушкой 5. Далее на ньезоэлемент 1 наноситс  сплошна  металлизаци , а электрическа  изол ци  между электродами получаетс  в результате сн ти  фасок ио периметру оснований пьезоэлемента. Ширина фасок должна быть минимальной, отвечающей требовани м электрической прочности. Высота конуса акустической ловушки 5 должна не менее, чем в н ть раз, превышать диаметр основани .

Преобразователь работает следующим образом.

Электрическое напр жение, возбуждающее ньезоиреобразователь, подаетс  на кольцевой электрод 2 и электрод 3, покрывающий цилиндрическую поверхность пьезоэлемента . Между этими электродами возникает электрическое поле, причем пайбольша  напр женность его получаетс  там, где рассто ние между электродами минимально. Известно, что продольные ультразвуковые колебани  в ньезоэлементах возннкают там, где существует градиент иол ризации пьезоэлемеита или напр женности электрического пол , то есть, в частности, на новерхност х, где наход тс  электроды. Такнм образом, в нредлагаемом ньезопреобразователе ультразвуковые колебани  излучаютс  узкой кольцевой частью поверхности основани  иьезоэлемента . При такой форме излучател  ультразвуковые волны на некотором рассто нии от него собираютс  в слаборасход щийс  пучок диаметром в несколько раз .меньшим диаметра получател . Высота цилиндрического тела пьезоэлемента выбираетс  несколько большей этого рассто ни , иоэтому во внешнюю среду выходит уже сформировавшийс  ультразвуковой луч, т. е. вс  ближн   зона акустического пол  излучател  оказываетс  заключенной внутри пьезоэлемента. Часть энергии ультразвука при выходе во внеп1Н ою среду

отражаетс  от основани  пьезоэлемента и благодар  узости ультразвукового пучка (его диаметр даже на иизшей частоте рабочего диапазона не превышает половины диаметра пьезоэлемента) полностью notiaдает в акустическую ловушку, устран юшую многократные отражени  ультразвуковых волн внутри иьезоэлемента. Концентраци  излучаемых ультразвуковых колебаний в узкий иучок обеспечивает повышение чувствительности, высокое фронтальное разрешение ультразвуковых приборов и способствует увеличеиию глубины прозвучиваии , иачина  непосредственно

с пул .

Дл  приема ультразвуковых колебаний в даином пьезопреобразователе служит основание пьезоэлемента 1, полностью покрытое электродом 4. На нем по отношению к электроду 3, расположенному на цилиндрической новерхности пьезоэлем-ента , возникают электрические сигналы. Введеиие снецнального «приемного электрода необходнмо, носкольку больша  часть

энергии ультразвуковых колебаний при отсутствии его попадала бы в акустическую ловушку и лишь незиачительпа  ее часть на поверхность с кольцевым электродом 2. Введение этого электрода обеспечивает

разделение электрических цепей генератора и усилител  в ультразвуковой аппаратуре , что облегчит построение последней и улучшит ее характеристики.

Предлагаемый пьезопреобразователь

обеспечивает высокую чувствительность и разрешающую способность ультразвуковой аппаратуры как по фронту, так и по глубине коитролируемого объекта, имеет широкую полосу рабочих частот, большой

диапазон прозвучиваемых. глубин, он несложен по конструкции и прост в изготовлении . Поэтому он может выполн тьс  как унифицированный ультразвуковой искатель дл  аппаратуры неразрушающего

контрол . Пм могут комплектоватьс  приборы как импульсного, так и непрерывного (при использовании двух искателей) излучени , прнборы спектроскопической диагностики , а также универсальные толщинометры .

Claims (3)

1.Вонилкин А. X. и др. - «Дефектоскопи , изд-во АН СССР, 1977, № 3, с. 34.

2.Авторское свидетельство СССР № 507815, кл. В 06 В 1/06, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР № 434623, кл. Н 04 R 17/00, 1972.

-/ -J