УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для ультразвукового контроля материалов и изделий и, в частности качества железнодорожного рельсового полотна.

Известен ультразвуковой преобразователь содержащий корпус, звукопровод, установленный на нем пьезоэлемент и охватывающий его, с воздушным зазором, демпфер (авт. св. СССР 1821734, МКИ G 01 N 29/04, публ. от 15.06.93 г., БИ 22).

Недостатком этого устройства является низкая достоверность контроля в следствии высокого уровня акустических шумов, а также недостаточная мощность излучения и чувствительность приема ультразвуковых колебаний.

Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, установленную в нем наклонную акустическую призму, закрепленный на ней пьезоэлемент с дополнительным демпфером на его нерабочей поверхности, основной демпфер и промежуточный согласующий слой, охватывающий боковые поверхности призмы, пьезоэлемента и дополнительного демпфера (авт. св. СССР 1163254, МКИ G 01 N 29/04, публ. от 23.06.85 г., БИ 23).

Недостатком этого устройства является низкое соотношение полезного сигнала к помехам, а также значительная зависимость параметров устройства от перепада температур, что снижает точность исследований и эксплуатационные возможности устройства.

Наиболее близким к изобретению прототипом является ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, установленную в нем наклонную акустическую призму, основной демпфер и закрепленный на призме пьезоэлемент с дополнительным демпфером на его нерабочей поверхности, который примыкает к боковой поверхности призмы и выполнен из эластичного материала (ПM 10885, MKИ G 01 N 29/04 от 22.03.99 г., публ. 16.08.99, БИ 8).

Недостатком прототипа является нестабильность основных выходных параметров, зависимых от изменения температуры.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение стабильности, расширение рабочего температурного диапазона, повышение эксплуатационных и технологических возможностей.

Поставленная задача решается следующим образом.

В ультразвуковом преобразователе, содержащим наклонную акустическую призму с установленным на ее верхнем основании пьезоэлементом, а нижним основанием - контактирующим с контролируемой поверхностью, основной демпфер и дополнительный демпфер, основной демпфер образует полость внутри корпуса, заполненную дополнительным демпфером, охватывающим нерабочую поверхность пьезоэлемента и частично боковую поверхность акустической призмы, при этом в дополнительный демпфер введены компенсаторы температурного расширения, выполненные из пористого материала, а плотность материала дополнительного демпфера выбрана больше плотности материала основного демпфера.

Отличительными признаками в заявляемом изобретении являются:
- основной демпфер образует полость внутри корпуса, которая заполнена дополнительным демпфером, охватывающим нерабочую поверхность пьезоэлемента и частично боковую поверхность акустической призмы, плотность материала которого выбрана больше плотности материала основного демпфера, это позволяет увеличить объем, занимаемый дополнительным демпфером, и использовать в качестве демпфирующего материала вязкую, плотную жидкость, которая исключает жесткое механическое сцепление материала дополнительного демпфера с пьезоэлементом и призмой, и в результате повысить надежность, точность и стабильность работы, улучшить демпфирующие свойства устройства;
- в дополнительный демпфер введены компенсаторы температурного расширения, выполненные из пористого материала, что позволяет уменьшить избыточное давление в дополнительном демпфере, возникающее от изменения температуры, уменьшить деформацию пьезоэлемента и призмы, повысить стабильность работы ультразвукового преобразователя, снизить уровень акустических шумов.

Из изученной научно-технической и патентной литературы авторам не известно о существовании технического решения с перечисленной совокупностью отличительных признаков, это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критериям изобретения.

На чертеже представлено заявляемое устройство.

Устройство содержит корпус 1, акустическую наклонную призму 2, закрепленный на верхнем основании призмы пьезоэлемент 3, основной демпфер 4, который образует внутри корпуса полость, заполненную дополнительным демпфером 5, компенсаторы температурного расширения 6.

Устройство работает следующим образом.

После подачи электрического сигнала на пьезоэлемент 3 происходит преобразование этого сигнала в механические колебания в наиболее благоприятном режиме излучения их пьезоэлементом, так как со стороны нерабочей поверхности пьезоэлемента, а также акустической призмы он полностью развязан от дополнительного демпфера 5. Эти колебания распространяются в акустическую призму 2 и далее поступают в контролируемое изделие, где отражаясь от дефекта, возвращаются на пьезоэлемент и преобразуются в электрический сигнал. Механические колебания от пьезоэлемента 3, поступающие в дополнительный демпфер 5 и основной демпфер 4, рассеиваются и поглощаются компенсаторами температурного расширения 6, выполненными в виде гранул из пористого материала включенных в жидкий дополнительный демпфер 5, за счет чего снижается уровень акустических шумов. Изменение температуры существенно не сказывается на работе устройства, т.к. при этом исключается воздействие избыточного давления на пьезоэлемент и призму со стороны основного и дополнительного демпферов.

На практике были изготовлены ультразвуковые преобразователи с углами наклона акустической призмы от 0^o до 60^o. Испытания образцов проводились при температуре от -30^oС до +60^oС. В результате стабильность основных выходных параметров в зависимости от температуры была выше по сравнению с прототипом, а количество вышедших из строя преобразователей снизилось на 20%.

Лабораторные испытания показали высокие эксплуатационные качества и надежность работы, а также стабильность основных выходных характеристик.

Использование: для неразрушающего ультразвукового контроля материалов и изделий и, в частности качества железнодорожного полотна. Сущность изобретения: в ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус, акустическую наклонную призму, закрепленный на верхнем основании призмы пьезоэлемент, основной демпфер образует внутри корпуса полость, заполненную дополнительным демпфером, охватывающим нерабочую поверхность пьезоэлемента и частично боковую поверхность призмы, при этом в дополнительный демпфер введены компенсаторы температурного расширения, выполненные из пористого материала, а плотность материала дополнительного демпфера выбрана больше плотности материала основного демпфера. Техническим результатом изобретения является повышение стабильности, расширение рабочего температурного диапазона, повышение эксплуатационных и технологических возможностей. 1 ил.

Ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус, расположенные в нем наклонную акустическую призму с установленным на ее верхнем основании пьезоэлементом, а нижним основанием контактирующую с контролируемой поверхностью, основной демпфер и дополнительный демпфер, отличающийся тем, что основной демпфер образует полость внутри корпуса, заполненную дополнительным демпфером, охватывающим нерабочую поверхность пьезоэлемента и частично боковую поверхность акустической призмы, при этом в дополнительный демпфер введены компенсаторы температурного расширения, выполненные из пористого материала, а плотность материала дополнительного демпфера выбрана больше плотности материала основного демпфера.