Ультразвуковое сканирующее устройство Советский патент 1984 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к нераэрушйкадему контролю,.а именно к конструкции устройств ультразвукового сканирования, k может быть использовано в биомедицинских эхотомоскопах, промышленных дефектоскопах и других контрольно-измерительных устройствах, в которых ультразвуковое сканирование производится не механическим путем. ,

Известно устройство, содержащее многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов и антенную решетку электроакустических преобразователей, конструкция которых такова, что в плоскости сканирования ультразвукового луча их линейный размер, например ширина, соизмерим с длиной ультразвуковой волны в контролируемой среде, а в плоскости, перпендикулярной сканированию, например, длина на порядок ее превьшает И

Недостатком известного устройства является низкая разрешающая способность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковое сканирующее устройство, содержащее мйогоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов и антенную раиётку электроакустических преобразователей, выполненных в виде пьезокерамических полос разной длины, одна сторона которых покрыта сплошным электродом и за земпена, а на другую нанесены электроды в виде полос, соединенные соответственно с генераторами возбуждени и предусилителями каналов схемы излучения-приема 2} .

Недостатком такого устройства является низкая разрешающая способность ультразвукового контроля из-за дифракционного расширения ультразвукового луча в плоскости, перпендикулярной сканированию.

Цель изобретения - повышение разреша1сядей способности ультразвукового контроля.

Поставленная цель достигается тем что ультразвуковое устройство, содержащее многоканальную схему излученияприема ультразвуковых сигналов и антенную ранетку электроакустических преобразователей, выполненных в виде пьезокерамических полос разной длины, одна сторона которых покрыта сплошным электродом и заземлена, а на другую нанесены электроды в виде полос,соединенные соответственно с генераторами возбуждения и преяусилителями каналов схемы излученияприема, снабжено схемами распределения- сбора ультразвуковых сигналов, соединенными с электродами в виде полос и включенными меящу генератором возбуждения и предусилителем каждого канала, каждая полоса антенной решетки выполнена в виде последовательности электродов в форме дуги, вогнутая сторона которой направлена к рабочей поверхности поло решетки, а радиус, кривизны определяют по соотношению.

R4n e;r +F Vep/Vrt.

где. к.4„ - удаление -го электрода от рабочей поверхности Ц-и полосы;PJ - фс1}сусное расстояние i -го

электрода;

У иУср- скорость ультразвука в полосе и рабочей среде. На чертеже представлена структурная схема ультразвукового сканирующего устройства.

Ультразвуковое сканирукадее устройство содержит решетку электроакустических преобразователей в виде пьезокерамических полос 1, на поверхность которых нанесены электроды 2 - 4 в форме дуги и сплошные электроды 5, причем электрод 2 на п -и полосе нанесен на расстоянии С, от рабочей поверхности полосы, а остальные сдвинуты на величину-1 6 8 , многоканальную схему излучения-приема, включающую в каждом канале генератор б возбуждения, предусилитель 7 и схему. 8 распределения-сбора ультразвуковых сигналов, вход которой соединен с выходом генератора 6 возбуждения, а выход - с предусилителем 7...

Устройство работает следующим образом.

В режиме излучения в каждом канале устройства генерируется импульс , возбуждения преобразователя решетки который с выхода генератора б возбуждения поступает на схему 8 распределения-сбора ультразвуковых сигналов, формирующую импульсы, задержанные относительно друг друга на время ut д8-YU . Импульсы с выхода схемы 8 подаются на соответствующие электроды 2-4 калодой полосы, причем первый по времени импульс поступает на электрод 4, последующие - на электрода 3 и 2, смещенные.соответственно наЛВ, 2йЕи т.д. OTHcfeHтел зно электрода 4 в сторону рабочейповерхности пьезоизлучател я. . Участки элементов ретиетки под электродами образуют: пьезоизлучатели. Импульсы возбуждаемых ими упругих колебаний распространяются по акустическим волноводам, .образуемым пассивной частью полос, и синфазно в них суммируются,. после чего излучаются в рабочую среду. Из-за дугообразной формы электрддов 2-4 происходит фокусировка ультразвукового луча в плоскости полосы,-что приводит к повышению разрешающей способности ультразвукового контроля. Причем при варьировании числа электродов с различной кривизной дуги для каждого электрода можно создать длиннофокусный луч достаточно узкий на всем протяжении зоны ультразвукового контроля. Многоканальная схема излучения-приема при помощи. электрически управляемых линий задержки (не показаны) создает линейное временное распределение возбуждаемого импульса по апертуре (каналам) решетки, чем обеспечивается поочередное возбуждение преобразователей решётки и, как следствие, управление ее лучсян.

В режиме приема падающие на апер- туру решетки ультразвуковые волны в элементе возбуждают импульсы, фаза которых зависит от угла : падения волны. Эти импульсы распространяются по акустическим волноводам, и при прохождении участков с электродами 2 - 4 на них возникают : электрические сигналы. Последние с каждого эЛектрода поступают на схе-т му 8, где сигналы с дугообра;зного электрода 2 задерживаются на время 2 ftt, с дугообразного электрода 3 на и синфазно суммируются. С выхода схемы 8 на предусилитель 7

поступает един суммарный сигнал. Далее сигналы во всех кангиггах схв мы излучения-приема фазируются переменщлми линиями задержки (не покапаны) и суммируются. Путем электрического управления временем задержки сигналов в каналах устройст ва достигается сканирование HanpaB-, ления максимальной чувствительност) устройства. В режиме приема дугоов разные электроды 2 - 4, нанесенные на пьезркерамические полосы, действуют как собирательные вогнутыелинзы, 8 результате чего достигается сужение диаграммы чувствительности преобразователей в плоскости полос и г&л самым повышение разрешающий способности ультразвукового контроля.

Изобретение позволяет создать узкий ультразвуковой луч во всей области ультразвукового контроля, что повышает разрешакхчук способность контроля вне фокальной области контролируемого объекта в два и более раз (в зависимости от расстояния до фокальной области), кроме того, устройство - обладает повыпенной чувствительностью, поскольку в.нем используется многозлементное преобразование с суммированием энергии при издлучении и приеме сигналов.

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов и антенную решетку электроакустических преобразователей, выполненных в виде пьезокерамических полос разной длины, одна сторона которых покрыта сплсяшным электродом и заземлена, а на другую нанесены электроды в виде полос, соединенные соответственно rfrf-f ,# a a-f с генераторами возбуждения и предуси лителями каналов схемы излученияприема, отличающееся тем, что с целью повышения разрешагадей способности, оно снабжено схемами распределения-сбора ультразвуковых сигналов, соединенными с электродами в виде полос и вклю-. ченными между генератором возбуждения и предусилителем каждого канала, каждая полоса антенной решетки выполнена в виде последовательности электродов в форме дуги, гнутая сторона которой направлена к рабочей поверхности полое решетки, а радиус кривизны определяют § по соотношению,, .п (Л Vt, где удаление -го электрода ifl с от рабочей поверхности П-й полосы; P-i фокусное расстояние i -го элек трода; VnHV,pскорость ультразвука в полосе и рабочей среде. Аf ff ... л-# п ff/ It