Пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах Советский патент 1984 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к еразр тающему контролю и может быть использовано при контроле качества л товых конструкций, например, методом акустической эмиссии. Известен пьезоэлектрический пре образователь для приема волн Лэмба в металлах, содержащий пьезоэлемен Причем рабочей поверхностью преобр зователя является одна из плоскостей пьезоэлемента, перпендикулярна направлению его поляризации 1. Недостатком преобразователя является отсутствие селективности при ма волн Лэмба различных групп поряд ков, что приводит к ошибкам в определении координат источника акустической эмиссии. Наиболее близким к изобретению является пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симмет ричной волны Лэмба в металлах, содержащий насадку из оргстекла и установленный на ней пьезоэлемент. Причем насадка выполнена в виде пирамиды, основание которой является рабочей поверхностью, боковые грани наклонены к нему так, чтобы преломленные вторые симметричные волны Лэмба были нормальны этим граням, а пьезоэлемент разбит на части, кажда из которых устанавливается на одной из боковых граней 2. Недостатком известного преобразо вателя является отсутствие равномер ной круговой диaгpaммI.J направленнос ти, обусловленное пирамидальной фор мой насадки. i Цель изобретения - создание равн мерной круговой диаграммы направлен ности преобразователя. Эта цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах, содержащем насадку из оргстекла и установленный на ней пьезоэлемент, насадка выпол нена в форме тела вращения с двумя па Заллельными круговыми поверхностя ми, перпендикулярными оси тела, на одной из которых установлен пьезоэлемент диаметром о1 , диаметр другой - рабочей равен (2,4-2,8|cf , расстояние между параллельными поверхностями выбрано не менее 2 о , а боковая поверхность насадки представляет собой поглотитель ультразв ковых колебаний. На фиг.1 представлена принципиальная схема пьезоэлектрического преобразователя; на фиг.2 - то же, другой вариант. Пьезоэлектрический преобразопаталь для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах содержит насадку 1 из оргстекла и установленны на ней пьезоэлемент 2. Насадка 1 выполнена в форме тела вращения, например усеченного, с двумя парал- i лельными круговыми поверхностями 3 и 4, перпендикулярными оси тела. На поверхности 3 установлен пьезоэлемент 2 диаметром d. Толщина пьезоэлемента выбирается из условия равенства его рабочей частоты f отношению 1,8 , где С - скорость поперечной волны в металле, ah- толщина металла.. Приведенное требование обусловлено выбором такой частоты, на которой, бы наблюдались большое значение фазовой скорости второй симметричной волны Лэмба / 2 , 3 С . , малое значение дисперсии фазовой и групповой скоростей этой волны в то же время большое значение дисперсии скоростей других волн или большая разница с ними в фазовой скорости. Диаметр рабочей поверхности 4 равен (2,4-г -й,8М , так как преломленные в насадке 1 вторые симметричные волны Лэмба распространяются в ней в виде продольных волн под углом cL к ее оси 20 г24°. Расстояние Н между поверхностями 3 и 4 можно рассчитать по. формуле (t ot--t pj, где j6 - угол между осью насадки 1 и преломленной волной Лэмба, фазовая скорость которой близйа к скорости второй симметричной волны. В этом случае при выбранной рабочей частооге действенное значение может иметь только угол преломления первой антисимметричной волны Лэмба, так как всшны нулевых порядков имеют слишком малое значение фазовой скорости, а волны остальных групп и :порядков очень большую дисперсию скоростей. Поэтому для основного класса металлов и оргстекла высоту Н можно принять равной удвоенному диаметру пьезоэлемента 2. Боковая поверхность насадки 1 представляет собой поглотитель ультразвуковых колебаний и может быть снабжена демпфером 5. В варианте исполнения преобразователя (фиг.l поглотитель ультразвуковых колебаний представляет собой демпфер 5. В другом варианте исполнения преобразователя (фиг.2 поглотитель ультразвуковых колебаний представляет собой ловушку, образованную боковой поверхностью и по- верхность 3, которые в свою очередь также могут быть снабжены демпфером 5. Пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах работает следующим образом. Насадка 1 своей рабочей поверхностью 4 устанавливается на контролируемый объект 6, представляющий собой лист металла, и входит с ним в акустический контакт. Возникающие

в контролируемом объекте б источники акустической эмиссии возбуждают в листе волны Лэмба. Последние, распространяясь по контролируемому объекту б, проходят под преобразователем и преломляются в насадке 1, образуя продольные волны, распространяющиеся под углом к оси насадки 1, который определяется фазовой скоростью волны Лэмба. Конструктивные размеры насадки. 1 выбраны таким образом что на поверхность. 3, на которой установлен пьезоэлемент 2, попадают только преломленные волны частотой р, вызванные второй симметричной волной Лэмба. Все остальные преломленные волны частотой р попадают на боковую поверхность насадки 1, где они поглощаются демпфером 5. По павшие на пьезоэлемент 2 ультразвуко1Вые колебания наводят в нем ЭДС, которая усиливается и обрабатывается соответствующей аппаратурой (не показана ).

Таким образом, предлагаемый пьезоэлектрический преобразователь для приема второй симметричной волны Лэмба в металлах обладает равномерной круговой диаграммой направленности, благодаря тому, что насадка выполнена в форме тела вращения с двумя параллельными круговыми поверхностями, перпендикулярныг «и оси тела, на одной из которых установлен пьезоэлемент, другой является рабочей, а боковая поверхность насадки представляет собой поглотитель ультразвуковых колебаний, а также благодаря определенным конструктивным размерам насадки, определяег ым диаметром используемого пьезоэлемента.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРИЕМА ВТОРОЙ СИММЕТРИЧНОЙ ВОЛНЫ ЛЭМБА В МЕТАЛЛАХ, содержащий насадку из оргстекла и установленный на ней пьезоэлемент, отл ичающий ся тем, что, с целью создания равномерной круговой диаграмма направленности, насадка вьтолнена в форме тела с двумя параллельными круговыми поверхностями, перпендикулярныг м оси тела, на одной из которых установлен пьезоэлемент диаметром d, диаметр другой - рабочей равен