ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Российский патент 2014 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния промышленных объектов, основанному на регистрации акустических волн с помощью контактных приемных преобразователей, а именно - к преобразователям акустической эмиссии, и может быть использовано, в частности, для контроля технического состояния сосудов, котлов, аппаратов и трубопроводов и т.п, и в том числе для мониторинга технического состояния опасных производственных объектов, летательных аппаратов, мостов и гидротехнических сооружений. Рабочий частотный диапазон этих преобразователей составляет, как правило, 30-300 кГц.

К техническим характеристикам первичных преобразователей любых диагностических систем предъявляются весьма высокие требования, определяющие границы рабочего частотного диапазона, коэффициент электроакустического преобразования в рабочей полосе частот, неравномерность амплитудно-частотной характеристики и другие.

При создании современных преобразователей акустической эмиссии, в целях обеспечения одновременно высокой чувствительности и высокой помехоустойчивости должно быть обеспечено формирование амплитудно-частотной характеристики заданной формы.

Создание преобразователей, отвечающих указанным требованиям, на сегодняшний день является актуальной проблемой.

Известен пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, описанный в А.С. СССР №1509723, кл. G01N 29/04, опубл. 23.04.1989 г., позволяющий исключить неоднозначность в определении направления на источник сигналов за счет выполнения одного из пьезоэлементов разделенным на две половины. Преобразователь содержит пьезоэлемент, выполненный в виде плоского кольца, разделенного на две половины, и другой пьезоэлемент, выполненный в виде диска, установленного внутри кольца. Выделяя половину пьезоэлемента, возбужденную первой по времени, и измеряя время прохождения сигнала между пьезоэлементами, определяют направление на источник сигнала акустической эмиссии в плоскости.

Недостатком является низкая помехоустойчивость и техническая сложность.

Известен пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, описанный в А.С. СССР №1179211, кл. G01N 29/04, опубл. 15.09.1985 г.

Преобразователь содержит корпус и пьезоэлектрическую пластину, выполненную в виде диска с обкладками, протектор и установленную в корпусе опору из изоляционного материала с конической проточкой, предназначенной для установки пьезоэлектрической пластины. При этом протектор выполнен в виде пружинной диафрагмы, закрепленной на опоре, а на рабочую поверхность протектора нанесено электроизоляционное покрытие.

Недостатком является низкая помехоустойчивость.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, защищенный Патентом РФ №1784095, кл. G01N 29/04, опубл. 23.12.1992 г.

Пьезоэлектрический преобразователь содержит корпус, в котором установлены в пьезоэлемент и протектор из бериллия и его сплавов. Пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов типа хальногенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора. Акустические колебания в принимаемой волне с вектором перемещения, лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора, достигают пьезоэлемента, но не преобразуются в электрический сигнал из-за малости поперечного пьезомодуля и высокого затухания поперечных колебаний в пьезоэлементе, а отсутствие радиального резонанса в нем повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики преобразователя.

Недостатком известного преобразователя является невозможность формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и недостаточная помехоустойчивость.

В основу изобретения поставлена задача создания преобразователя акустической эмиссии, в котором осуществляется подавление сигналов в заданной полосе частот (полосе задержания). При этом вне полосы задержания коэффициент электроакустического преобразования не должен существенно изменяться.

Технический результат от использования изобретения заключается в возможности формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышении помехоустойчивости при сохранении высокой чувствительности к акустическим колебаниям, вызванных потенциальными дефектами.

Указанный результат достигается тем, что преобразователь акустической эмиссии, содержащий корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, содержит, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом. При этом преобразователь может быть резонансным, широкополосным или полосовым.

Пьезотрансформатор может быть выполнен в виде прямоугольной пластины, в виде диска или в виде шайбы.

На чертеже изображен преобразователь акустической эмиссии.

Преобразователь акустической эмиссии содержит корпус 1 и установленный в нем пьезоэлемент 2 с протектором 3. В корпусе 1 установлен, по меньшей мере, один пьезотрансформатор 4, соединенный последовательно с пьезоэлементом 2.

В корпусе 1 расположены компаунд 5, крышка 6 и оболочка 7.

Преобразователь акустической эмиссии работает следующим образом.

Пьезоэлемент 2 преобразует сигнал перемещения в электрический. Пьезотрансформатор 4 принимает электрический сигнал с пьезоэлемента 2, возбуждает механические колебания и преобразует их в электрический сигнал.

При этом за счет выбора формы и размеров пьезотрансформатора и его электродов при двойном преобразовании выполняется подавление сигналов в заданной полосе частот, что дает возможность формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышает помехоустойчивость.

Протектор 3, корпус 1 и крышка 6 служат для защиты элементов преобразователя от внешних воздействий, а компаунд 5 и оболочка 7 обеспечивают выполнение норм по взрывозащищенности преобразователя.

Пьезоэлемент и пьезотрансформатор могут быть выполнены, например, из пьезокерамики, ниобата лития, кварца или лангатата. Корпус может быть из нержавеющей стали, протектор из керамики или нержавеющей стали.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить технический результат, а именно возможность формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышение помехоустойчивости.

Использование: для неразрушающего контроля технического состояния промышленных объектов. Сущность: заключается в том, что преобразователь акустической эмиссии содержит корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, а также, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом. Технический результат: обеспечение возможности формирования амплитудно-частотной характеристики заданной формы и повышение помехоустойчивости при сохранении высокой чувствительности к акустическим колебаниям, вызванным потенциальными дефектами. 1 ил.

Преобразователь акустической эмиссии, содержащий корпус и установленный в нем пьезоэлемент с протектором, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один пьезотрансформатор, соединенный последовательно с пьезоэлементом.