Ультразвуковой пьезопреобразователь Советский патент 1983 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в ультразвуковой контрольно-измерительной аппаратуре, например в, безэталонных толщиномерах и дефектоскопах с безэталонными глубиномерными устройствами.

Известен раздельно-совмещенный поверхностно-возбуждаемый толстый пьезопреобразователь, содержащий цилиндрический пьезоэлемент и три электрода, нанесенные на одно из его оснований 1.

Однако из-за наличия щели, разделяющей электроды, исключена возможность возбуждения сигналов продольных подповерхностных волн и, соответственно, такой пьезопреобразователь нельзя использовать в безэталонных толщиномерах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ультразвуковой пьезопреобразователь, содержащий корпус и размещенные в нем излучающий и приемный пьезоэлементы, электроакустический экран, расположенный между пьезоэлементами, призму, на которой установлен приемный пьезоэлемент, и протектор, прикрепленный к нижним граням пьезоэлементов 2.

Недостатками такого пьезопреобразователя являются большая мертвая зона и малая разрешающая способность по глубине, так как он не может излучать и принимать короткие ультразвуковые импульсы в силу резонансных свойств обоих пьезоэлементов. Кроме того, такой пьезопреобразователь при использовании, например, в безэталонных толщиномерах, обладает малой чувствительностью, так как формируемый им импульс подповерхностных продольных волн имеет малую амплитуду.

Целью изобретения является уменьшение мертвой зоны и повыщение чувствительности.

Эта цель достигается тем, что в ультразвуковом преобразователе, содержащем корпус и размещенные в нем излучающий и приемный пьезоэлементы, электроакустический экран, расположенный между пьезоэлементами, призму, на которой установлен приемный пьезоэлемент, протектор, прикрепленный к нижним граням пьезоэлементов, излучающий пьезоэлемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, поляризованного по высоте, и двух электродов, один из которых расположен на верхней грани параллелепипеда, а другой - на боковой грани, обращенной к электроакустическому экрану.

На чертеже изображена конструкция ультразвуковогопьезопреобразователя.

Пьезопреобразователь содержит излучающий пьезоэлемент 1 в виде прямоугольного параллелепипеда, на верхней грани которого расположен электрод 2, а на боковой - электрод 3, и приемный пьезоэлемент 4, установленный на призме 5. ПьезоэЛементь1 1 и 4 контактируют с исследуемым объектом 6 через слой 7 контактной смазки и протектор 8. Электроакустический экран 9 разделяет пьезоэлементы 1 и 4 для исключения акустических и электрических наводок,а также протектор 8 на две части, чтобы исключить распространение по протектору подповерхностных продольных волн. Призма 5 имеет угол, равный первому критическому для материала исследуемого объекта, с целью повышения амплитуды сигнала подповерхностных продольных волн.

Устройство работает следующим образом.

Короткий возбуждающий электрический импульс подается на электроды 2 и 3 пьезоГэлемента 1. В результате пьезоэлемент 1 излучает в исследуемый объект 6 через слой 7 контактной смазки и протектор 8 два коротких и мощных ультразвуковых импульса - импульс объемных продольных волн и импульс подповерхностных продольных волн. Излучаемые импульсы такие же короткие, как и возбуждающий электрический импульс, поскольку электромеханическое преобразование в пьезоэлементе 1 происходит только в узкой области около электрода 2. Это связано с тем, что именно в этой области напряженность возбуждающего электрического поля максимальна и совпадает по направлению с поляризацией. Импульс подповерхностных волн имеет большую амплитуду из-за того, что максимальная интенсивность ультразвукового давления в пьезоэлементе 1 достигается в области, прилегающей к электроду 3. т. е. как раз с той стороны, куда должны излучаться подповерхностные волны. Возникновение зоны с максимальной интенсивностью около электрода 3 связано с тем, что здесь наибольшая напряженность возбуждающего электрического поля из-за минимального расстояния между электродами 2 и 3.

Излученный импульс подповерхностных продольных волн распространяется вдоль поверхности изделия 6, а затем через слой 7 смазки, протектор 8 и призму 5 попадает на приемный пьезоэлемент 4. Поскольку время распространения этого импульса зависит только от физических свойств исследуемого изделия, его используют при контроле в качестве эталонного. Затем на пьезоэлемент 4 приходит импульс объемных продольных волн после прохождения объекта 6 и отражения либо от его основания, либо от дефекта. Сравнение времени распространения продольных объемных и подповерхностных волн позволяет определять толщину изделия.

Таким образом, применение ультразвукового преобразователя позволяет безэталонно определять толщину изделия и глубину залегания дефектов из-за возбуждения мощной подповерхностной ультра310193224

звуковой волны, а также расширить областься пространственное разрешение по глубиего использования, поскольку уменьшается не из-за излучения коротких ультразвукомертвая зона преобразователя и улучшает-вых импульсов.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий корпус и размещенные в нем излучающий и приемный пьезоэлементы, электроакустический экран, расположенный между пьезоэлементами, призму, на которой установлен приемный пьезоэлемент, протектор, прикрепленный к нижним граням пьезоэлементов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения мертвой зоны и повышения чувствительности, излучающий пьезоэлемент в лполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, поляризованного по высоте, и двух электродов, один из которых расположен на верхней грани параллелепипеда, а другой - на боковой грани, обращенной к электроакустическому экрану. о S (Л со со ю ю