Ультразвуковой широкополосный преобразователь для контроля физико-механических характеристик Советский патент 1984 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к нераэрушакщему контролю и может быть использовано для дефектоскопии и контроля физико-механических характеристик материалов.

Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий корпус и размещенную в нем пьезопластину переменной толщины с нанесенными на нее электродами. Однак Из торцовых поверх ностей пьезопластины выполнена с переменным радиусом кривизны таким образом, что расстояние медлу торцовыми поверхностями по направлению от края к центру уменьшается по линейному закону р J.

Данный ультразвуковой преобразователь не имеет плоского участка амплитудно-частотной характеристики.

Известен ультразвуковой широкополосный преобразователь для контроля физико-механических характеристик, содержащий пьезопластину со ступенчато изменяющимся в соответствии с заданными параметрами преобразователя геометрическим размером C2j| .

Недостатком известного широкополосного преобразователя является низкое качество контроля, обусловленное тем, что в пьезопластине на различных частотах возбуждающего напряжения резонируют лишь те зоны, толщина которых соответствует акустическому резонансу на данной частоте, поэтому излучение ft прием ультразвуковых колебаний различных частот производится только эти МИ зонами. Это приводит к искажению получаемой информации о состоянии кон тролируемой области и снижает качество контроля при дефектоскопии спектрадьным методом скр-епления тонкостенных композитных корпусов с полимерными наполнителями, коэффициент .затухания УЗ-колебаний в которьЬс аномальйо высокий. 1 . Цель изобретения - повышение каче:Ства контроля за счет создания общей для всех частот преобразователя зоны излучения и приема ультразвуковых колебаний. Цель изобретения достигается тем, что в ультразвуковом широкополосном преобразователе для контроля физикомеханических характеристик, содержащвм пьезопластину со ступенчато изменяю1цимся в соответствии с заданны. ми акустическими параметрами преобразователя геометрическим размером.

пьезопластина выполнана осесимметричной со ступенчато-переменным диаметром.

На фиг. 1 изображена пьезопластина ультразвукового широкополостного преобразователя, имеющая два резонансных размера; на фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика ультразвукового широкополосного npe(j)6paзователя, пьезопластина которого име два резонансных размера; на фиг. 3 пьезопластина ультразвукового широкополосного преобразователя, имекщая три резонансных размера; на фиг..4 амплитудно-частотная ха.рактеристика ультразвукового широкополосного преоразователя, пьезопластина которрго имеет три резонансных размера.

Пьезопластина 1 ультразвукового широкополосного преобразователя, амплитудно-частотная характеристика которого имеет два максимума, разнесенные по шкале частот на определен-г ную величину, устроена следующим .образом. Из круглой пьезопластины 1 диаметром D вьфезаны симметрично две кольца, внешний и внутренний диаметр которого D и соответственно (фиг. 1). Размер вьгрезанных частей по дуге определяется центральным углом РИ этом оставшиеся части кольца имеют нейтральный угол d .

Размеры пьезопластины 1, равные диаметрам D иD, определяют резонансные частоты контурных колебаний,соответствующие частотам механического резонанса f и f соответственно (фиг. 2). Расстояние между f и f на амплитудно-частотной характерис- тике определяется разницей диаметров D и D-. При этом центральные углы ot и определяют относительную высоту максимумов каждой иэ двух амплитудно-частотных характеристик, соответствующих частотам . При выборе диаметров D и D , углов ot к о определенным образом резонансные кривые, соответствующие двум размерам пьезопластины 1, перекрываются и их общая амплитудно-частотная характеристика имеет плоский участок от ; | до f2 . Применяя осесимметричную пьезопластину 2 с тремя резонансными размерами (фиг. 3), получают более плоский участок амплитудно-частотной характеристики преобразователя (фиг.4).

Изменяя, таким образом, диаметры от D до D|, выбирая определенным образом центральные углы, соответствующие вЬ1резанным частям колец различных диаметров, и разницу, между двумя j соседними диаметрами, получают широкополосный преобразователь, амплитудйо-частотная характеристика которого имеет плоский участок от f до f где N - целое число. Ультразвуковой, широкополосный преобразователь с пьезопластиной 2 работает следующим образом. При подведении к электродам осесимметричной пьезопластины 2 (фиг. 3) возбуждающего электрического напряжения различных частот резонируют зоны, .диаметры которых D, D- и DJ соответствуют акустическому резонансу на определенной частоте f , f и f (фиг, 4). Центральная зона преобразователя, имеющая размер, близкий к минимальному резонансному размеру D

2 резонирует на частотах , f и f, и эффективно излучает ультразвуковые колебания этих частот в контролируемое изделие. При этом колебания всех частот проходят через одну и ту же область контролируемого изделия. Так как равномерное поле ультразвуковых колебаний низкочастотного . ультразвукового преобразователя формируется на расстояниях, меньших толщины стенки контролируемого изделия, через контролируемые области скрепления композитного корпуса с полимерным наполнителем, имеющим аномально высокий коэффициент затухания ультразвуковьк колебаний проходят колебания всех частот преобразователя. Это поаволяет повысить качество контроля таких изделий без примейения дополнительных звуководов.

Чистота

ft fZ fPuz.2

1

Vacmoma

f1 f n ФигА