Ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде Советский патент 1985 года по МПК G01N29/04 

Изобретение относится к испытани и измерениям и может быть применено при ультразвуковой бесконтактной де фектоскопии. Известен ультразвуковой преобраз ватель для работы в воздушной среде содержащий пьезоэлёмент, контактирующий с его излучакицей поверхность согласующий четвертьволновой слой и перфорированньш экран 1 . Наиболее близким по технической сучцности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде, содержащий пьезоэлемент, контактнругаций с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволнопой слой и мембрану. При этом согласующий четвертьволновой слой со стороны рабочей поверхности вьшолнен с коническими углублениями, а торцовые поверхности выступов расположены друг от друга на расстоянии, не большем половины длины изгибной волны в мембране на рабочей частоте 2J. Недостатком известных преобразов телей является низкая разрешающая способность, обусловленная узким диапазоном частот, излучаемых и при нимаемых колеба гий. Цель изобретения - повышение разрешающей- способности. Поставленная цель достигается тем,что в ультразвуковом преобразователе для работы в воздушной среде, содержащем пьезоэлёмент и контактирующий С его излучающей поверхностью согласующий четвертьволновой слой, согласующий четвертьволновой слой выполнен в виде набора объединенных в идентичные группыразмещен ных параллельно разновысоких полосо прямоугольного сечения, а количество полосок в группах, их высоту и выбирают из ширину и ширину групп условий , („ .. от возд скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале согласующего cлoяJ резонансная частота i-и полоскиJ ширина i-и полоски; длина волны усльтразвуковых от вОЗА колебаний в воздухе на резонансной частотеi ширина групп. На фиг. 1 изображен ультразвуковой преобразователь, вид спереди; на фиг. 2 - то же, вид сверху. Преобразователь содержит пьезозлемент 1 и контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволновой слой 2, вьшолненный в виде набора размещенных параллельно разновысоких полосок 3 прямоугольного сечения, объединенных в идентичные группы 4. При этом параметры Согласу1Ж1его слоя выбирают следующим образом. Материал для выполнения согласующего слоя выбирают из условия его максимальной акустической прозрачности .-i В054 ) где Zj - удельный акустический импеданс материала согласующего четвертьволнового слоя, удельные акустические импедансы материалов пьезоэлемента и воздуха соответственно. Для определения количества чп полосок в группах находят среднюю полосу лf пропускания полоски. Для этого на рабочей поверхности пьезоэлемента размещают согласукирй слой из выбранного материала высотой, равной четверти длины волны ультразвуковых колебаний в этом материале на одной из частот заданного частотного диапазона, снимают амплиткдночастотную характеристику пьезоэлемента с согласующим четвертьволновым слоем и определяют полосу пропускания согласующего слоя на данной частоте. Аналогично находят полосы пропускания согласующих слоев на других частотахзаданного частотного диапазона, определяют среднюю полосу пропускания полоски и находят из условия (1) количество m полосок в группах. Для определения высоты каждой полоски заданный частотш 1й диапазон л разбивают на m равных поддиапазонов, определяют для каждого поддиапазона среднюю частоту и, принимая ее за резонансную частоту (, соответ ствующей пояоски из условия (2), находят высоту этой полоски. Ширину полосок и групп выбирают соответственно из условий (3) и (4), за счет чего обеспечивается условие ненаправленного излучения каждой полоски по крайней мере в одной обще для всех плоскости и спектральная однородность акустического поля. Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом. При подаче электрического сигнала от возбуждагадего генератора на пьезоэлемент 1 через каждую из согласующих полосок 3 в воздушную среду излучаются в виде цилиндрических волн ультразвуковые колебания в диапазоне частот, которЬБ определяется высотой данной полоски. Цилиндрические волны, излучаемые разнь1ми. полосками в дальней зоне преобразователя создают суммарное акустическое поле 944 излучения в заданном частотном диапазоне л. Попадая в изделие,ультразвуковые волны отражаются от неоднородностей и дефектов и, пройдя воздушную среду, принимаются аналогичным приемным преобразователем. По параметрам принятых сигналов определяют параметры дефектов. Для расширения заданного частотного диапазона излучаемых и принимаемьк колебаний целесообразно использовать широкополосные пьезоэлементы или распшрить полосу пропускания с плоскопараллельными поверхностями пьезоэлементов с помощью корректирующих цепей из перестраиваемых резистора и индуктивности. В качестве материала для изготовления согласующих полосок может быть выбран пенопласт. Таким образом, предлагаемый ультразвуковой преобразователь для работы в воздушной среде облад ет более высокой разрешающей способностью за счет излучения и приема более коротких импульсов вследствие более широкой полосы пропускания.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ РАБОТЫ В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ, содержащий пьезоэлемент и контактирующий с его излучающей поверхностью согласующий четвертьволновой слой отличающийся тем, что, с целью повьт1ения разрешающей способноо ти, согласующий четвертьволновой слой выполнен в виде набора объёди- ненных в идентичные группы размещенных параллельно .разновысоких полосок прямоугольного сечения, а количество ±±± л/, j ЕЫМтМЬ-Ь-ЫЬ полосок в группах, их высоту и ширину групп выбирают из условий Af / СА т П: гп Д ОТ ВОЗА О рр количество полосок в группах; где m ulзаданный частотньвТ: диапазой, frrсредняя полоса пропускания nortocKiii ,Ь|высота полоски, - группа I гр . С,,-корость распространения ультразвуковых колебаний в СО материале согласующего слоя, folрезонансная частота i -и полоскиj ьширина 1-й полоски; длина волны на резонансной До частотеJ ом длина волны ультразвуковых ал колебаний в воздухе на резо | нансной частоте, 4 с(г/ ширина групп. СО 4 dn.i /