Ультразвуковое сканирующее устройство Советский патент 1985 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к области ; неразрушающего контроля и может быть использовано в биомедицинских ультразвуковых сканирующих приборах промышленных дефектоскопах и других контрольно-измерительных устройствах в которых сканирование ультразБукоiBoro луча производится немеханическим путем. Известно устройство, содержащее многоканальную схему излучения-прие ма ультразвуковых :игналов и антенную решетку электроакустических преобразователей, а схема излучения приема BKJB04aeT управляемые и фикси рованные линии задержки в каждом канале, обеспечивакядие фокусировку и сканирование ультразвукового луча СП. Недостатком данного устройства является низкая разрешающая способность в плоскости сканирования, обу ловленная отсутствием возможности непрерывного изменения положения в пространстве области максимальной чувствительности устройства в соответствии с изменением положения зондируемой области объекта. Наиболее близким к изобретение является ультразвуковое сканирующее устройство, содержащее многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора возбзгждения, блока группового распределения-сбор ультразвуковых сигналов и предусили теля, и антенную решетку электроаку тических нреобраэсвателей, элементы которой вьэтолнены в виде пьезокерамических полос различной длины, одна сторона которых покрыта сплошньм электроде и заземлена, а на другую нанесено «есколько последовательно раз1ме1цент гх дугообразных электродов причем последние соединены с выхода ми блоков группового распределениясбора ультразвуковых сигналов соответственно С2 3. Недостатком известного устройства является низкая разрешающая способность ультразвукового контроля. Целью изобретения является повышение разрешжщей Способности ультразвукового кoнtpoля. Цель изобретения достигав тся тем что в ультразвуковом сканирующем устройстве, содержащем многоканальную схему излучения-приема ультра-: звуковых сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора возбуждения, блока группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов и предусилителя, и антенную решетку электроакустических преобразователей, элементы которой вьтолнены в виде пьезокерамических полос различной длины, одна сторона которых покрыта сплошным электродом и заземлена, а на другую нанесено несколько последовательно размещенных дугообразных электродов, причем последние соединены с выходами блоков группового распределениясбора ультразвуковьрс сигналов соответственно, на каждую полосу антенной решетк с рабочей стороны нанесены плоские управлякнцие электродб, | лину которых определяют соотноениемрасстояние от 1-го элеменгде х та антенной решетки до ее центра-, коэффициент пропорциональности;скорость ультразвука в рабочей среде, 0,1 ,2,3,.. . ,П , число элементов в антенной решетке, устройство снабжено П9следовательн0 соединенными источником линейно изменяющегося напряжения и функциональным преобразователем, подключенньи4 вькодом к плоским управляющим электродам. На чертеже представлена структурная схема ультразвукового сканирующего устройства. «., , .. Ультразвуковое сканирующее устройство содержит ;решетку электроакустических преобразователей в виде пЬезокерамических полос 1, на поверхности которых нанесены дугообразные электроды 2-4, сплотвные электроды 5 и плоские управляющие элект-. рода 6, подключенные к источнику 7 ; линейно изменяющегося напряжения через функциональный преоб }азователь 8, многоканальн5да cxeky излучения-приема, включаияц в каждом канале генератор 9 возбулсдения, предусилитель 10 и схему 11 группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов. Дугообразные электроды 24 соединены со схемой 11 группового распределения-сбора ультразвуковых сигналов, вход которой соединен с выходом генератора 9 возбуждения, а выход - с предусилителем 10, радиус кривизны дугообразных электродов установлен исходя из заданных фокусных расстояний ультразвукового луча решетки для каждой одинаковыми но группы электродов с V мерами i пЬ формуле а в .р СР , 1 у„ i-ro электрода тде 1- - удаление на п-ой полосе от рабочей поверхности полосы F - фокусное расстояние 1-го электрода, . и соответ- . ственно скорость ультразвука в пье- зокерамической полосе и рабочей среде, i 1,2,3,...,п - номер электрода, д -номер пьезокерамичбской полосы в решетке. Устройство работает следующим образом. В режиме излучения в каждом канале устройства генерируется импульс возбуждения пьезокерамической Полосы 1 решетки, который с выхода генератора 9 поступает на схему 11 группового распределения-сбораультразвуковых сигналов, формирукнцей импульсы, задержанные относительно друг друга на время &i Д f/Vj, где &С. - расстояние между соседними дугообразными электродами. Импуль сы с выхода схемы 1t группового распределения подаются на соответствующйе дугообразные электроды 2-4, причем перв.ый во времени импульс поступает на дугообразный электрод 4, пос ледуияцие - на дугообразные электро, ды 3 и 2, смещенные соответственно на ut и 2Л относительно дугообраз ного электрода 4 в сторону рабочей поверхности пьезокерамич1еской полосы 1, Участки элементов решетки под электродами образуют пьезоизлучатели Импульсы возбуждаемых ими упругих колебаний распрстраняются по акусти веским волново/jaM, образуемым пассив ной частью пьезокерами есикх полос 1 1и синфазно в них суммируются, после чего излучаются в рабочую среду. Изза дугообразной формы электродов 2-4 происходит фокусировка ультразвуково го луча в плоскости, перпендикулярно плоскости сканирования. Поскольку .полосы имеют различную длину, ульт.развукойой лзгч оказывается сфокусированным в плоскости сканирования 954 на расстоянии Z,, равном нижней границе зоны ультразвукового обзора. Через время t- ---, равное удроенному времени прохождения ультразвукового импульса до нижней границы зоны ультразвукового обзора, включается источник 7 линейно меняющегося напряжения, которое фосле преобразования функциональньм преобразователем 8 изменяется во времени согласно закону -(-- - -) ,где U i 6 |напряжение на выходе функционального преобразователя 8, t - время, отсчитываемое от начала излучения импульсов в рабочую среду. Напряжение U с выхода функционального преобразователя 8 подается на плоские управляющие электрода 6, длина которых соотношения L. установлена из ||ва О, N) и осуществляется прием ультразвуковых сигналов. В режиме приема падающие на апертуру решетки ультразвуковые колебания возбуждают в каждом элементе импульсы, распр1остранякщиеся по акустическим волноводам. Под действием электрического напряжения U, подаваемого на управляющие электроды 6, задержка эхо-сигналов в i-oM элементе сканирующего устройства непре шв- но изменяется во времени по закону Г- 1 /1- Ь чем обеспечивается 2с2Ч прием эхо-сигналов с произвольного 11 асстояния Z зоны ультразвукового обзора с максимальной чувствительиостыо. Для фокусировки ульттразвукового луча в плоскости сканирования йа расстоянии Z от излучающей апертуры антенной решетки на каждом ее эле- менте необходимо создать временные задержки определяем формулой: vfihW i- W ; где Т- - задержка сигнала на i-ом элементе антенной решеткиi Z ,- расстояние от плоскости антенной pemierки до фокальной плоскости. Вьфажение (1). при условии х Z хорошо апроксимируется формулой ,2 2т4- : За счет первоначальной фокусировки при помощи пьезокерамических поДОС различной длины реализуются вре менные задержки (относительно центрального - элемента антенной решетки), определяемые выражением Следовательно, для управления фо кусом антенной решетки необходимо .создание временных задержек /; гЗ й-У;-)- Такие задержки могу быть созданы при помощи дополнительных плоских управляющих электродов 6, нанесенных на боковую рабочую поверхность пьезо керамических полос 1 длина которых выбрана, равной L..; JLi в и на кото2срые подается управляющее цапряжение „,.1(1--1). При подаче на плоские управляющие электроды 6 напряжения изменяются упругие свойства пьезокерамического материала, в результате чего скорость ультразвуковых колебаний в пьезокерамической полосе увеличивается (направления приложенного напряжения и вектора поляризации пьезокерамики выбраны совпадающими) . При этом в- достаточно шИроком диапазоне зтравлякнцих напряжений существует линейная зависимость между поданным напряжением и задержкой ультразвукового сигнала. Тем самым, при подаче напряжения (-- - -) с t t на все плоские управляющие электроды 6, длина которых . « , ультЧТГразвуковые сигналы, распространяющиеся по пьезокерамически полосам 1 будут испытывать временные задержки, (t-т).которые с 1C что ct Z и ct Z учетом того. соответствзгют требуемым по выражению (4). Таким образом в ультразвуковом сканирующем устройстве происходит непрерывное изменение фокусного расстояния антенной решетки в соответствии с расстоянием Z, с которого ведется прием эхо-сигналов, чем обеспечивается повыиение разрешающей способности устройства в области сканирования при ультразвуковом контроле. Изобретение позволяет создать узкий ультразвуковой луч во всей зоне ультразвукового обзора и обеспечивает уменьшение вероятности постановки неправильного диапазона при использовании устройства в медицинской диагностике и отбраковки годных изделий при его использовании в дефектоскопии.

УЛЬТРАЗВУКОВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее мйогоканальиую схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных генератора возбуждения, блока группового распределения-сбо- ра ультразвуковых сигналов и предусилителя, и антенную решетку электроакустических прео-бразователей, элементы которой выполнены в виде пьезекерамических полос различной длины, одна сторона KOTOIM IX покрыта сплошньм электродом и заземлена, а на другую нанесено несколько последовательно размещенных дугообразных электродов, причем последние соединены с выходами блоков группового распределения-сбора ультразвуковых Сигналов соответственно, о т л ич и ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения разрешающей способности ультразвукового контроля, на каждую полосу антенной решетки с рабочей стороны нанесены плоские управляющке электроды, длину Ь« которых определяют соотношением X -В 1 2с где х,,, расстояние от 1-го элемента антенной рёвютки до ее центра; коэффициент пропорциональВ , .;, ности; скорость ультразвука в рас бочей среде,л 0,1,2,3,...,nj число элементов в антенной . п решетке, устройство снабжено последовательно соединенными источником линейно из меняющегося напряжения и функцио9д нальньш преобразователем, подключенсл ным выходом к плоским управляющим со эле стродам.. . :л