Акустический стержневой преобразователь Советский патент 1983 года по МПК B06B1/06 H04R17/00 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть испол эовано в ультразвуковых устройствах промышленной аппаратуры, преимущественно в приборах контроля горных пород, бетона и других твердых сред.

Известны акустические преобразователи для приборов неразрушающего контроля твердых сред, содержащие установленный в корпусе пьезоэлемент, одна из поверхностей которого контактирует с цилиндрическим волноводом, имеющим фланцеобразный выступ, который наряду с торцовой поверхностью волновода служит для ввода ультразвуковыхколебаний l| ,

Однако данные преобразователи не позволяют обеспечить надежный акустический контакт с шероховатой поверхностью контролируемой среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь, содержащий пьезоэлемент, заднюю накладку и переднюю накладку, выполненную в виде концентратора. Осуществляемый в этом преобразователе ввод и прием упругих колебаний через один или несколько концентраторов обеспечи вает надежный акустический контакт с контролируемой средой даже при значительной шерохрватости ее поверхности 2 .

Однако указанный преобразователь характеризуется малым коэффициентом преобразования.

цель изобретения - повышейие коэффициента преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что акустический преобразователь, содержащий пьезоэлемент, заднюю накладку и переднюю накладку, снабжен дополнительным волноводом, один конец которого жестко присоет динен к рабочему концу концентратора, а другим с помощью звукопрово-. дящего компаунда - к боковой поверхности пьезрэлеменТа, причем отношение волновых длин волновода и концентратора составляет 1,5-2,5.

Кроме того дополнительный волновод выполнен в виде трех последовательно соединенных стержней, вложенных один в другой, два из которых полые.

На чертеже представлен вариант выполнения акустического преобразователя.

Акустический преобразователь содержит пьезоэлемент в виде четвертьволнового пакета продольно-поляризованных, пьезоэлектрических шайб 1 и 2, заднюю частотно-понижающую Накладку 3, переднюю накладку, выполненную в виде четвертьволновых (в данном случае трех) концентраторов 4-6, образующих еданую деталь о Число концентраторов в принципе может быть любьом. Однако для обеспечения надежного акустического контакта с шероховатой контролируемой средой оптимальным является число концентраторов, равное трем.

Внутренняя цилиндрическая поверхность пьезоэлектрических шайб 1 и 2 через звукопроводящий компаунд 7 контактирует с волноводом, выполненным в виде сеталлического стержня 8, на втором снабженном резбой конце которого с помсяцью гайки ,9 соосно закреплены шайба 10 и хвостовик 11. Заполненный компаундом 7 зазор между внутренней поверхностью пьезоэлектрических шайб 1 и 2 и стержнем 8 с целью уменьшения по- . терь должен быть небольшим (несколько десятых миллиметра)..

Хвостовик 11 имеет форму аналогичную форме передней накладки, а его рабочие, концы в местах выступов 12-14 жестко (с помощью клея) связаны с концентраторами 4-6.

Э своей совокупности элементы 8-11 образуют дополнительный волновод, длина которого (в случае его вьшолнения из материала с той же скростью распространения упругих колебаний, что и в материале концентраторов) в 1,5-2,5 раза превышает длину концентраторов 4-6.

передняя накладка с концентрато рами 4-6 обычно выполняется из легкого материала, например алюминия или магния. Из аналогичных мате риалов выполняются детали 8-11 волновода.

Волновод и концентраторы могут быть выполнены к из материалов с различной скоростью распространения упругих колебаний, важно .лишь, чтойи ссотнеяиение их волновых размеров находилось в пределах 1,5-2,5 Оптимальное значение указанного соотношения в заданных пределах достигается изменением размеров шайбы 10, являющейся элементом настройки.

На клеммы 15 и 16 (в режиме излучения) подается электрический сигнал с генератора (не показан). С этих же клемм снимается электрический сигнал (в режиме приема).

Акустический преобразователь работает следующим образом.

В режиме излучения на клеммы 15 и 16 подают электрический сигнал вызывающий (в силу продольного обратного пьезоэффекта) продольные колебания пьезоэлемента. Вызванная продольными колебаниями пьезоэлемента упругая волна через концентpaTopti 4-6 вводится в контролируемый материсш.

Длины волноводов подобраны таким образс 4, что участок дополнительного волновода, соединенный с боковой поверхностью пьеэоэлемента, периодически воздействует через зву копроводящий компаунд на пьезоэлемент в фазе со сторонней силой, действующей со стороны электрического поля. Это воздействие -приводит к дополнительному увеличению амплитуды пьезоэлемента, а следовательно, и всего преобразователя при том же подаваемом напряткении.

В режиме приема акустические колебания контролируемой среды воздействуют на концентратор и дополнительный волноводг которые воздействуют на Jпьезоэлемент Колебания доГполнитёльного волновода приводят

к дополнительным воздействиям на пьезоэлемент, в силу чего возрастает амплитуда колебаний этого элемента и величина выходного напряжения.

Форма дополнительного волновода позволяет обеспечить необходимое соотношение между волновыми длинами концентратора и волновода, вы10прлненньляи из материалов с соотношением скоростей звука лежащим

.в широком диапазоне.

Таким образом, предлагаемый акустический преобразователь по срав15нению с известным позволяет увеличить коэффициент преобразования.

1. АКУСТИЧЕСКИЙ СТЕРЖНЕВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий пьезоэлемент; заднюю накладку, переднюю . «акладку, выполненную в виде четвертьволнового концентратора, 6тл;й ч э К) щ и и с я тем, что, . с целью увеличения коэффициента преобразования, QH сн абжен дополнительные волноводом, один конец которого жестко прикреплен к рабочему концу концентратора, а другой с помощью звукопроводящего компаунда к боковой понерхностй пьезоэлемента, причем отношение волновых длин волновода и концентратора составляет ,1,5-2,5. . ; , ..:, 2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что допсшнительный волновод выполнен .в вйДе трех последовательно соединенных tn стержней, вложенных, один в доугой два из которых полые. .. . ел о. м ел