ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИЕМНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК G01N29/04 B06B1/06 

Описание патента на изобретение RU2159427C2

Изобретение относится к неразрушающему контролю промышленных объектов, основанному на регистрации акустических волн с помощью контактных приемных преобразователей, а именно к чувствительным элементам для ультразвуковых пьезоэлектрических приемных преобразователей, и может быть использовано, в частности, для контроля протяженных объектов и объектов с высоким затуханием звука, в процессе которого регистрируются акустические волны в частотном диапазоне от 20 до 200 кГц.

К чувствительным элементам любых первичных преобразователей предъявляются весьма высокие требования к техническим характеристикам, определяющим разрешающую способность (коэффициенту электроакустического преобразования, ширине рабочего частотного диапазона, неравномерности АЧХ и др.). Обеспечение высокой чувствительности и рабочего частотного диапазона от 20 до 200 кГц требует применения чувствительных элементов, работающих в резонансном режиме, длина которых соизмерима с длиной волны в пьезокерамическом материале. Однако проектирование таких чувствительных элементов сопряжено с рядом особенностей:
1) размер чувствительного элемента в продольном направлении (при использовании продольной моды колебаний) может превышать 100 мм (использование радиальных колебаний чувствительных элементов в виде пьезокерамических дисков диаметром до 100 мм нецелесообразно из-за ухудшения акустического контакта преобразователя с искривленной поверхностью контролируемого объекта);
2) при контроле протяженных объектов (например, нефтегазопроводов) применяются длинные кабельные линии (метры - десятки метров). Для обеспечения требуемого уровня сигнала на входе усилительно-преобразовательной аппаратуры необходимо, чтобы собственная электрическая емкость чувствительного элемента по возможности была больше емкости нагрузки соединительных кабелей или, по крайней мере, должна быть соизмерима с ней;
3) пьезоэлементы простой конструктивной формы (в виде диска или цилиндра) имеют изрезанную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), неравномерность (изрезанность) которой в области радиального резонанса в зависимости от материала может достигать 10-25 дБ.

Решение поставленных задач усложняется еще и технологическими проблемами поляризации пьезоэлементов длиной десятки мм. Для поляризации, например, удлиненных пьезокерамических цилиндров необходимо весьма высокое поляризующее напряжение (десятки киловольт - исходя из расчета 2 - 2,5 кВ/мм). Технология поляризации удлиненных пьезоэлементов при напряжении свыше 20 кВ является очень сложной, что ведет к удорожанию пьезоэлементов и соответственно преобразователей.

Известен ультразвуковой преобразователь /1/, содержащий корпус и расположенные в нем дисковую аксиально поляризованную пьезопластину и протектор. Выбор отношений размеров пьезопластины и протектора в определенных пределах обеспечивают повышение чувствительности и точности измерений. Однако применение данного преобразователя ограничено из-за весьма узкой полосы пропускания. Заданными соотношениями толщины пьезопластины к ее диаметру реализуется относительно близкое расположение двух основных резонансов колебаний пьезоэлемента (резонанса радиальных колебаний и резонанса колебаний по толщине), при котором области динамического подъема амплитудно-частотной характеристики практически полностью перекрывают друг друга и "сливаются" в один резонанс в виде колокола с узкой полосой пропускания. К тому же для реализации требуемого частотного диапазона необходимо применение пьезоэлементов в виде цилиндра высотой свыше 20 мм, что ведет к усложнению технологии изготовления.

Известен также широкополосный пьезоприемник для исследования сигналов акустической эмиссии /2/, содержащий пьезопластину, вклеенную между протектором и стержневой линией задержки, которая фактически является частотно-понижающим элементом. Однако такой преобразователь применяется для исследования высокочастотных акустических сигналов, длительность которых меньше времени двойного пробега продольной волны по стержневой линии задержки. В области низких частот у него наблюдается резонанс, сужающий полосу пропускания и ухудшающий неравномерность АЧХ.

Задача, решаемая изобретением, направлена на создание чувствительного элемента для ультразвуковых пьезоэлектрических приемных преобразователей (в дальнейшем по тексту - чувствительный элемент), предназначенных для контроля протяженных объектов и объектов с высоким затуханием звука.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и уменьшение неравномерности амплитудно-частотной характеристики.

Технический результат достигается тем, что в известном чувствительном элементе для ультразвукового пьезоэлектрического приемного преобразователя, содержащем цилиндрический пьезоэлемент и установленный на нем частотно-понижающий цилиндр, новым является то, что размеры и резонансные частоты пьезоэлемента и частотно-понижающего цилиндра выбраны из условий:
Dпэ>Hпэ,
fRпэ =K1•f2,
fPпэ=K2•f2,
f1<fP1ц<fRпэ,
Dц<Hц,
где f1 - нижняя граница полосы пропускания;
f2 - верхняя граница полосы пропускания;
Dпэ - диаметр пьезоэлемента;
Hпэ - высота пьезоэлемента;
fRпэ - собственная частота радиальных колебаний пьезоэлемента;
0,7 ≤ K1<1 - первый эмпирический коэффициент;
fPпэ - собственная частота продольных колебаний пьезоэлемента;
1,5 ≤ K2 ≤ 2,5 - второй эмпирический коэффициент;
fP1ц - первая собственная частота продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра;
Dц - диаметр частотно-понижающего цилиндра;
Hц - высота частотно-понижающего цилиндра.

С целью уменьшения неравномерности АЧХ вторая собственная частота продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра fP2ц выбирается из условия:
fRпэ < fP2ц < fPпэ.

С целью уменьшения неравномерности АЧХ собственная частота радиальных колебаний частотно-понижающего цилиндра fRц выбирается из условия:
fRц= (0,9-1,1)•fRпэ.

С целью увеличения коэффициента электроакустического преобразования механическая добротность материала частотно-понижающего цилиндра выбирается выше механической добротности материала пьезоэлемента.

С целью уменьшения неравномерности АЧХ в теле частотно-понижающего цилиндра выполнены не пересекающие основание выемка или плоский срез, не параллельный основанию.

Расширение полосы пропускания и уменьшение неравномерности амплитудно-частотной характеристики достигаются выбором соотношений размеров пьезоэлемента и частотно-понижающего цилиндра, а также выбором соотношений их резонансных частот и границ полосы пропускания, что определяет форму и свойства амплитудно-частотной характеристики (коэффициент электроакустического преобразования, неравномерность или изрезанность АЧХ, крутизна спада частотной характеристики вблизи границ полосы пропускания и др.). Синтез амплитудно-частотной характеристики осуществляется из частично перекрывающих друг друга мод колебаний в продольном и радиальном направлении. Области динамического подъема смежных резонансов частично перекрывают друг друга и образуют АЧХ, по форме близкую к трапеции с широкой полосой пропускания.

Условие Dпэ > Hпэ предопределяет полосовые свойства пьезоэлемента. При данном соотношении размеров пьезоэлемента собственная частота радиальных колебаний будет ниже собственной частоты продольных колебаний. При соблюдении данного условия в практическом большинстве случаев соблюдается неравенство (1,5-2,4)•fRпэ<fPпэ (множитель перед fRпэ зависит от соотношения скоростей звука в продольном и поперечном направлениях, а также от соотношения геометрических размеров пьезоэлемента). Моды колебаний пьезоэлемента в продольном и радиальном направлениях частично пересекаются и синтезируются в АЧХ, по форме близкую к трапеции.

Условия fRпэ = K1•f2 и fPпэ = K2•f2 определяют размеры пьезоэлемента и задают границы полосы пропускания пьезоэлемента. При этом полоса пропускания пьезоэлемента реализуется несколько выше требуемой (≈ от 0,7•f2 до 2,5•f2). После установки частотно-понижающего цилиндра на пьезоэлемент полоса пропускания смещается в требуемую область нижних частот (f1 - f2). Данное соединение должно обеспечивать акустический контакт между пьезоэлементом и частотно-понижающим цилиндром и может быть осуществлено путем склеивания, пайки, сварки и т.п.

Пределы эмпирического коэффициента K1 обуславливаются соотношением ширины и формы спектров собственных колебаний чувствительного элемента в продольном (FP) и радиальном направлении (FR), а также целесообразностью уменьшения диаметра пьезоэлемента Dпэ и, соответственно, площади плоского акустического контакта приемного преобразователя с искривленной поверхностью контролируемого объекта. Данные моды колебаний должны находиться в пределах полосы пропускания (f1 - f2), частично пересекаться и синтезироваться в полосовую АЧХ. В практическом большинстве случаев продольная мода колебаний чувствительных элементов на основе пьезоэлементов в виде диска или цилиндра характеризуется более широким спектром по сравнению с радиальной модой, ограниченной более выраженной резонансной кривой. Такое соотношение ширины и формы спектров собственных колебаний чувствительного элемента в продольном и радиальном направлении предопределяет положение частоты FR на участке резкого спада резонансной кривой FP. Ограничение площади акустического контакта обуславливает расположение частоты FR вблизи верхней границы полосы пропускания f2. Таким образом, нижний предел эмпирического коэффициента (K1= 0,7) показывает допустимое отклонение частоты FR от f2, при котором возможен синтез полосовой АЧХ с приемлемой неравномерностью (изрезанностью) в области пересечения спектров собственных колебаний чувствительного элемента, а также допустимый диаметр пьезоэлемента, обеспечивающий надежный акустический контакт преобразователя с контролируемым объектом. Верхний предел эмпирического коэффициента (K1 < 1) определяет необходимое для осуществления синтеза полосовой АЧХ положение частоты fRпэ и, соответственно, FR (частота радиального резонанса чувствительного элемента FR остается равной собственной частоте радиальных колебаний пьезоэлемента fRпэ) в пределах полосы пропускания (f1 - f2).

Пределы эмпирического коэффициента K2 обуславливаются оптимальными соотношениями коэффициента электроакустического преобразования и электрической емкости, а также технологическими соображениями допустимого напряжения поляризации пьезоэлемента и, соответственно, его высоты. С одной стороны, для удлиненных пьезоэлементов в виде цилиндров при прочих равных условиях характерна более высокая чувствительность по сравнению с пьезоэлементами в виде тонких дисков, поскольку коэффициент электроакустического преобразования в целом пропорционален объему пьезоэлемента, а с другой стороны - с увеличением высоты пьезоэлемента возрастают потери чувствительности приемного преобразователя, нагруженного на длинную кабельную линию. Таким образом, нижний предел эмпирического коэффициента (K2=1,5) показывает максимальную высоту пьезоэлемента, обеспечивающую допустимое снижение амплитуды принимаемого сигнала на входе усилительно-преобразовательной аппаратуры с нагрузкой длинной кабельной линии при контроле протяженных объектов, а также - технологичность конструкции пьезоэлемента. Верхний предел (K2=2,5) определяет минимально допустимый коэффициент электроакустического преобразования. К тому же условие fPпэ = K2•f2 способствует достижению равномерной АЧХ за счет существенного сдвига данной собственной частоты за пределы полосы пропускания.

Условие f1 < fP1ц < fRпэ обеспечивает максимальный коэффициент электроакустического преобразования и минимальную неравномерность АЧХ. Это условие определяет положение собственных частот колебаний чувствительного элемента в продольном FP и радиальном направлении FR в следующем порядке: f1 < FP < FR < f2 (частота FP в силу соотношений размеров пьезоэлемента и частотно-понижающего цилиндра несколько смещается в область нижних частот по сравнению с частотой fP1ц, а частота FR остается равной fRпэ). Данные моды колебаний частично пересекаются друг с другом и синтезируются в полосовую АЧХ. При совпадении резонанса fP1ц с резонансом fRпэ происходит уменьшение коэффициента электроакустического преобразования и увеличение изрезанности частотной характеристики вблизи верхней границы частотного диапазона f2 в результате существенного подавления радиальной моды колебаний пьезоэлемента. При условии fP1ц < f1 собственная частота чувствительного элемента смещается за пределы границы рабочего диапазона (f1), что, безусловно, нарушает необходимые условия для синтеза полосовой АЧХ (расположение частоты FP в пределах полосы пропускания от f1 до f2). При fP1ц > fRпэ частотно-понижающий цилиндр работает неэффективно и амплитудно-частотная характеристика чувствительного элемента приближается к спектру пьезоэлемента. Причем при fP1ц ≈ (0,8 - 1,2)•fPпэ наблюдается существенное подавление продольной моды колебаний пьезоэлемента, уменьшение коэффициента электроакустического преобразования и увеличение неравномерности (изрезанности) АЧХ во всем рабочем диапазоне частот. Предпочтительным вариантом является равноудаленное положение собственной частоты колебаний частотно-понижающего цилиндра fP1ц между нижней границей полосы пропускания и собственной частотой радиальных колебаний пьезоэлемента

Соотношение размеров частотно-понижающего цилиндра Dц < Hц предопределяет, что основной низкочастотной модой колебаний чувствительного элемента будет продольная мода. При этом радиальная мода колебаний частотно-понижающего цилиндра будет смещена к верхней границе полосы пропускания либо за ее пределы, что позволяет достичь требуемой равномерности АЧХ.

Совокупность отличительных признаков позволяет реализовать требуемый спектр чувствительного элемента в области частот (f1 - f2), по форме близкий к трапеции, с высоким коэффициентом электроакустического преобразования и приемлемой неравномерностью АЧХ. Его средняя частота (собственная частота) определяется временем пробега продольной акустической волны по чувствительному элементу. На более высоких частотах наблюдаются гармоники (собственные частоты колебаний более высокого порядка). Из-за узких полос пропускания и существенно меньшей чувствительности гармоники не используются для регистрации и анализа акустических сигналов, распространяющихся в контролируемом объекте.

Выбор второй собственной частоты продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра из условия fRпэ < fP2ц < fPпэ позволяет уменьшить неравномерность АЧХ. При несоблюдении данного условия возможно частичное подавление той или иной моды колебаний пьезоэлемента и, соответственно, ухудшение коэффициента электроакустического преобразования и равномерности АЧХ. Предпочтительным вариантом является равноудаленное положение второй собственной частоты продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра fP2ц между собственными частотами радиальных и продольных колебаний пьезоэлемента:

При задании собственной частоты радиальных колебаний частотно-понижающего цилиндра fRц в окрестности собственной частоты радиальных колебаний пьезоэлемента (0,9-1,1)•fRпэ частично подавляется радиальная мода пьезоэлемента, в результате чего возможно выравнивание амплитудно-частотной характеристики вблизи верхней границы полосы пропускания, что является важным при использовании пьезокерамического материала с высокой механической добротностью.

Выбор материала частотно-понижающего цилиндра с механической добротностью выше добротности пьезокерамического материала позволяет реализовать более выраженные резонансы колебаний частотно-понижающего цилиндра и, соответственно, чувствительного элемента и, тем самым, повысить коэффициент электроакустического преобразования чувствительного элемента.

Выролнение в теле частотно-понижающего цилиндра выемки или плоского косого среза, не пересекающих основание, способствуют уменьшению динамического подъема АЧХ на соответствующей резонансной частоте и расширению полосы пропускания за счет разноразмерности (разной высоты) чувствительного элемента. Выемка может быть образована сечением тела частотно-понижающего цилиндра любой криволинейной поверхностью, обеспечивающей заданную коррекцию АЧХ, например, в виде цилиндрического паза, пересекающего образующую и верхнюю поверхности цилиндра.

На фиг. 1 изображен вариант выполнения чувствительного элемента для ультразвуковых пьезоэлектрических приемных преобразователей. На фиг. 2 приведены типовые АЧХ чувствительного элемента и пьезоэлемента при приеме нормально падающих на основание продольных волн.

Чувствительный элемент состоит из цилиндрического пьезоэлемента 1 и установленного на нем частотно-понижающего цилиндра 2 с криволинейной выемкой, не пересекающей основание.

На фиг. 2 приведены: 1 - амплитудно-частотная характеристика чувствительного элемента, состоящего из пьезоэлемента в виде диска ⊘ 12,5×5 мм из пьезокерамического материала ЦТС-19 и частотно-понижающего цилиндра ⊘ 12,5×15 мм из стали 30ХГСА; 2 - амплитудно-частотная характеристика пьезоэлемента.

В приведенном примере полоса пропускания чувствительного элемента составляет 150 кГц (f1=30 кГц, f2=180 кГц), коэффициент электроакустического преобразования на частоте 100 кГц равен ≈60 дБ отн. 1 В/м/с, а неравномерность амплитудно-частотной характеристики не превышает ±6 дБ относительно значения коэффициента преобразования на частоте 100 кГц. Собственная частота радиальных колебаний пьезоэлемента составляет fRпэ≈185 кГц, а собственная частота его продольных колебаний - fPпэ≈450 кГц. Коэффициент преобразования пьезоэлемента на частоте 100 кГц равен ≈53 дБ отн. 1 В/м/с, а неравномерность АЧХ превышает ±10 дБ. Электрическая емкость пьезоэлемента равна ≈400 пФ и допускает без существенной потери разрешающей способности применение кабельной линии длиной несколько метров. Первая собственная частота продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра равна fP1ц≈80 кГц, а вторая частота - fP2ц≈240 кГц. Амплитудно-частотные характеристики чувствительного элемента и пьезоэлемента определялись экспериментально на метрологическом оборудовании для калибровки ультразвуковых приемных преобразователей в условиях воздействия нормально падающих продольных волн, частоты fP1ц и fP2ц определялись теоретически по известной формуле для стержня, закрепленного одним концом:

где n = 1 при расчете первой собственной частоты частотно-понижающего цилиндра fP1ц; n = 2 при расчете второй собственной частоты частотно-понижающего цилиндра fP2ц; Eц - модуль упругости материала частотно-понижающего цилиндра; ρц- плотность материала частотно-понижающего цилиндра.

Выбор материала частотно-понижающего цилиндра - стали 30ХГСА с механической добротностью (≈4500) выше добротности пьезокерамического материала ЦТС-19 (≈50 - 85) позволяет повысить коэффициент электроакустического преобразования на 6-10 дБ.

Чувствительный элемент работает следующим образом.

При приеме акустической волны пьезоэлемент находится в объемном напряженно-деформированном состоянии и испытывает деформации в окружном, радиальном и осевом направлениях, приводящие к появлению электрического заряда на поверхностях пьезоэлемента. С электродов снимается электрический заряд, пропорциональный деформациям пьезоэлемента. Частотно-понижающий цилиндр позволяет сместить полосу пропускания в область нижних частот, что позволяет контролировать протяженные объекты и объекты с высоким затуханием звука. Смежные резонансы колебаний чувствительного элемента в продольном и радиальном направлениях частично перекрываются и синтезируются в амплитудно-частотную характеристику с заданной полосой пропускания (f1 - f2). Заданные соотношения размеров и частот пьезоэлемента и частотно-понижающего цилиндра определяют относительное положение собственных частот (резонансов колебаний в продольном и радиальном направлениях) и обеспечивают высокий коэффициент электроакустического преобразования и минимальную неравномерность АЧХ. Выбор материала частотно-понижающего цилиндра с механической добротностью выше добротности пьезокерамики позволяет повысить коэффициент электроакустического преобразования. Выбор собственной частоты радиальных колебаний частотно-понижающего цилиндра из условия fRц = (0,9 -1,1)•fRпэ, а также выполнение выемки или плоского косого среза позволяет уменьшить неравномерность АЧХ.

Конструкция и технология изготовления такого чувствительного элемента проста и не требует специализированного оборудования. Для поляризации пьезоэлемента необходимо поляризующее напряжение 10-12 кВ, допускаемое традиционным технологическим оборудованием. Электрическая емкость пьезоэлементов, удовлетворяющих заданным соотношениям, составляет сотни-тысячи пФ и допускает применение длинных кабельных линий без существенного ухудшения разрешающей способности.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1128159, М.кл. G 01 N 29/04, опубл. в БИ N45, 1984 г.

2. Е.В. Несмашный, Б.В. Скиба, В.Н. Соседов. Широкополосный пьезоприемник для исследования сигналов акустической эмиссии//Дефектоскопия, N 5, 1975 г., стр. 111-112.

Похожие патенты RU2159427C2

название год авторы номер документа
ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПОЛОСОВЫХ ПРИЕМНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 1997
  • Яровиков В.И.
  • Баженов А.А.
RU2152140C1
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ 1996
  • Баженов А.А.
  • Смирнов В.В.
  • Яровиков В.И.
RU2110792C1
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1998
  • Яровиков В.И.
  • Баженов А.А.
RU2180441C2
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1996
  • Баженов А.А.
  • Яровиков В.И.
RU2104618C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛЯРНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ В РЕЖИМЕ РАССОГЛАСОВАННОГО ТРАКТА МЕТОДОМ ФИКСИРОВАННОЙ ФАЗЫ 1997
  • Помазков А.П.
  • Огурцов А.Н.
RU2136009C1
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1996
  • Кирпичев А.А.
RU2106609C1
СПОСОБ НАСТРОЙКИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ 1998
  • Кирпичев А.А.
  • Новоселов М.Ю.
RU2159444C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИСТЕМ 1999
  • Помазков А.П.
  • Коротких Б.П.
RU2156473C1
МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ 2000
  • Аметов А.Д.
  • Гутников А.И.
RU2198410C2
ИНЕРЦИОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ 1998
  • Воронов А.М.
RU2145747C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 159 427 C2

Реферат патента 2000 года ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИЕМНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к неразрушающему контролю промышленных объектов и может быть использовано для контроля протяженных объектов и объектов с высоким затуханием звука. Расширение полосы пропускания и уменьшение неравномерности амплитудно-частотной характеристики достигается за счет того, что чувствительный элемент для ультразвукового пьезоэлектрического приемного преобразователя содержит цилиндрический пьезоэлемент и установленный на нем частотно-понижающий цилиндр, их размеры и резонансные частоты выбраны из условий: Dпэ > Hпэ, fRпэ = K1f2, fpпэ = K2f2, f1 < fp1ц < fRпэ, Dц < Нц, где f1 - нижняя граница полосы пропускания, f2 - верхняя граница полосы пропускания, Dпэ - диаметр пьезоэлемента, Нпэ - высота пьезоэлемента, fRпэ - собственная частота радиальных колебаний пьезоэлемента, 0,7 ≤ K1 < 1 - первый эмпирический коэффициент, fpпэ - собственная частота продольных колебаний пьезоэлемента, 1,5 ≤ K2 ≤ 2,5 - второй эмпирический коэффициент, fp1ц - первая собственная частота продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра, Dц - диаметр частотно-понижающего цилиндра, Нц - высота частотно-понижающего цилиндра. Вторая собственная частота продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра fp2ц выбрана из условия fRпэ < fp2ц < fpпэ. Собственная частота радиальных колебаний частотно-понижающего цилиндра fRц выбраны из условия fRц = (0,9 - 1,1) fRпэ. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 159 427 C2

1. Чувствительный элемент для ультразвукового пьезоэлектрического приемного преобразователя, содержащий цилиндрический пьезоэлемент и установленный на нем частотно-понижающий цилиндр, отличающийся тем, что их размеры и резонансные частоты выбраны из условий:
Dпэ > Hпэ,
fRпэ = K1 f2,
fpпэ = K2 f2,
f1 < fp1ц < fRпэ,
Dц < Hц,
где f1 - нижняя граница полосы пропускания;
f2 - верхняя граница полосы пропускания;
Dпэ - диаметр пьезоэлемента;
Hпэ - высота пьезоэлемента;
fRпэ - собственная частота радиальных колебаний пьезоэлемента;
0,7 ≤ K1 < 1 - первый эмпирический коэффициент;
fpпэ - собственная частота продольных колебаний пьезоэлемента;
1,5 ≤ K2 ≤ 2,5 - второй эмпирический коэффициент;
fp1ц - первая собственная частота продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра;
Dц - диаметр частотно-понижающего цилиндра;
Hц - высота частотно-понижающего цилиндра.
2. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что вторая собственная частота продольных колебаний частотно-понижающего цилиндра fp2ц выбраны из условия
fRпэ < fp2ц < fpпэ.
3. Чувствительный элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что собственная частота радиальных колебаний частотно-понижающего цилиндра fRц выбраны из условия:
fRц = (0,9 - 1,1) fRпэ.
4. Чувствительный элемент по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что механическая добротность материала частотно-понижающего цилиндра выше механической добротности материала пьезоэлемента. 5. Чувствительный элемент по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в теле частотно-понижающего цилиндра выполнены не пересекающие основание выемка или плоский срез, не параллельный основанию.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2159427C2

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Ультразвуковой преобразователь 1980
  • Филимонов Сергей Анатольевич
  • Пащенко Григорий Филиппович
  • Сирота Дон Нусивич
  • Глухов Николай Александрович
SU1128159A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии 1989
  • Козинкина Алла Ивановна
  • Трипалин Александр Сергеевич
  • Шихман Владимир Маркович
SU1784095A3
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Ультразвуковой преобразователь 1985
  • Соседов Виталий Николаевич
  • Колмогоров Виктор Никандрович
SU1295325A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
SU 755322, 15.08.1980
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
Электромеханический преобразователь 1981
  • Моисеев Василий Герасимович
  • Кривега Владимир Андреевич
  • Фирсов Владимир Михайлович
SU1068176A1
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1
Пружинный буфер 1985
  • Сальников Леонид Сергеевич
  • Лебедев Александр Николаевич
SU1303771A1
Способ восстановления хромовой кислоты, в частности для получения хромовых квасцов 1921
  • Ланговой С.П.
  • Рейзнек А.Р.
SU7A1
DE 4014199 A1, 22.11.1990.

RU 2 159 427 C2

Авторы

Яровиков В.И.

Баженов А.А.

Даты

2000-11-20Публикация

1998-11-16Подача