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

I I

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в медицинской технике, контрольно-измерительных устройствах, дефектоскопии, а также других устройствах, в которых yльтpaзвy coвo сканирование производится немеханическим путём.

Известно 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 сплошным электродом и заземлена, а на другую нанесены электроды в виде полос, соединенные соответственно с генераторами возбуждения и предусилителями каналов схемы излучения-приема.

Недостатком такого устройства является низкая разрешающая способность, обусловленная дифракционным расширением ультразвукового луча в плоскости, перпендикулярной сканированию.

Наиболее близким к изобретению является ультразвуковое сканирующее устройство, содержащее многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, включающую в каждом канале генератор возбуждения, предусилитель и блок распределения сбора ультразвуковых сигналов, вход которого соединен с выходом генератора возбуждения, а выход - с предусилителем, и антенную решетку из 2п+1 электроакустических преобразова телей, каждый элемент которых выполнен в виде пьезокерамических полос разной длины со сплошным электродом на одной стороне, а на другую сторону нанесено i электродов в виде полос, радиус кривизны которых определяется по соотношению

Р

. . где удаление i-го электрода от

поверхности h-й полосы, F{ - фокусное расстояние i-ro

электрода,

V и Vf,- скорость ультразвука в ра бочей среде и пьезокерамической полосе соответственно

{ электроды соединены соответственно с генераторами возбуждения и пред422

усилителями каналов схемы излученияприема .

Недостатком данного устройства является низкая продольная разрешающая способность.

Целью изобретения является повышение продольной разрешающей способности.

Поставленная цель достигается

тем, что в ультразвуковом сканирующем устройстве, содержащем многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, включающую в каждом канале генератор возбуждения,

предусилитель и блок распределениясбора ультразвуковых сигналов, вход к 1ждого соединен с выходом генератора возбуждения, а выход - с предусилителем, и антенную решетку из

2п+1 электроакустических преобразователей, каждый элемент которых выполнен в виде пьезокерамических полос разной длины со сплошным электродом на одной стороне, а на другую

сторону нанесено i электродов в виде полос, радиус прикизны которых определяется по соотношенито

b

где - удаление 1-го электрода

от поверхности п-й полосы, F,- - фокусное расстояние i-ro

электрода,

V и V. - скорости ультразвука в рабочей среде и пьезокерамической полосе соответственно,

i электроды соединены, соответственно с генераторами возбуждения и предусилителями каналов схемы возбуждения-приема, i электроды выполнены плосковогнутыми, при этом вогнутая сторона электродов направлена в сторону излучавощей поверхности, а средняя ширина li; электродов удовлетворяет условию

1, Vn/2,где . - рабочая частота пьезоизлуча.теля, образованного плосковогнутым электродом

и сплошным электродом. На чертеже представлена структурная схема ультразвукового сканирующего устройства, Ультразвуковое сканирующее

устройство содержит антенную решетку из 2п+1 электроакустических преобразователей в виде пьезокерамических

31

полос 1, на поверхности которых нанесены плосковогнутын электроды 2-4 и сплошные электроды 5, причем плосковогнутый электрод 2 на п-й пьезокерамической полосе нанесен на расстоянии Е от ее рабочей поверхности, а остальные - сдвинуты в тыльную сторону на величину i/i , многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, включающую в каждом канале генератор 6 возбуждения, предусилитель 7 и блок 8 распределения сбора ультразвуковых сигналов j плосковогнутые электроды 2-4 соединены с блоком 8 распределения сбора ультразвуковых сигналов, вход которого соединен с вькодом генератора 6 возбуждения, а выход - с предусилителем 7, радиус кривизны плос- ковогнутых электродов 2-4 установлен исходя из заданных фокусных расстояний Р, ультразвукового луча антенной решеткой, для каждой группы электродов с одинаковыми номерами

по формуле о j р ср in in i

где ,2,3,...,K - номер пьезокерамической полосы 1 в антенной решетке.

Устройство работает следующим образом.

В режиме излучения в каждом канале устройства генерируется импульс возбуждения, который с выхода генератора 6 возбуждения поступает в блок 8 распределения-сбора ультразвуковых сигналов, формирующий импульсы, задержанные относительно друг друга на время . Импульсы с выхода блока В распределения-сбора ультразвуковых сигналов по даются на соответствующие плосковогнутые электроды 2-4 каждой пьезокерамической полосы 1, причем первый по времени импульс поступает на дальний относительно рабочей поверхности пьезокерамической полосы 1 электрод, т.е. на плосковогнутый .электрод 4, последующие - на электроды, смещенные соответственно на

03424

& , 2( и т.д. относительно дальнего электрода в сторону рабочей поверхности пьезокерамической полосы 1, Пьезоизлучатели, образованные плос5 ковогнутыми электродами 2-4 и сплошными электроадми 5, являются широкополостньми. Импульсы возбуждаемых ими упругих колебаний распространя.ются по акустическим волноводам, об0 разуемым пассивной частью пьезокерамических полос 1, синфазно в них суммируются, после чего без значительных искажений излучаются в рабочую среду. В этих условиях продольная

j разрешающая способность устройства практически зависит только от длительности возбуждающего импульса, которая может быть сделана достаточно малой.

0 В режиме приема падающие на апертуру решетки ультразвуковые волны в каждом элементе возбуждают импульсы, фаза которых зависит от угла падения волны. Эти импульсы распространяются по акустическим волноводам и при прохождении участков с плоско.вогнутьми электродами 2-4 на них возникают электрические сигналы. Последние с каждого электрода поступают

Q в блок 8 распределения-сбора ультразвуковых сигналов, где сигналы с плосковогнутого электрода 2 задерживаются на время 24t, а с плосковогнутого электрода 3 - на время ui и синфазно суммируются. С выхода блока 8 распределения сбора на предусилитель 7 поступает один суммарный сигнал.

Изобретение позволяет достигнуть

Q продольной разрешающей способности

(1,5-2)71, где Л- длина волны ультразвука в рабочей среде, в то время Как в известном устройстве продольная разрешающая способность составляет

j (5-6)Д , что обеспечивает эффект уменьшения вероятности постановки неправильного диагноза при его использовании в медицинской диагности- ке и отбраковка годных изделий при

Q его использовании в дефектоскопии.

УЛЬТРАЗВУКРВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТЮ, содержащее многоканальную схему излучения-приема ультразвуковых сигналов, включающую в каждом канале генератор возбуждения, предусилитель и блок распределения-сбора ультразвуковых сигналов, вход которого соединен .с выходом генератора возбуждения, а выход - с предуснлителем, и антенную решетку из 2п+1 электроакустических преобразователей, каждый элемент которых выполнен в виде пьезокерамических полос разной длины со сплошным электродом на одной стороне, а на другую сторону на- несено t электродов в виде полос, радиус кривизны (;„ которых определяется по Соотношению ср R,n где fj - удаление i -го электрода от поверхности п-полосы, FT - фокусное расстояние -i-roэлектрода, УррИ Vcp- скорости ультразвука в пьезокерамической полосе и рат бочей среде, соответственно, 1 электродов соединены соответственно с генераторами возбуждения и предусилителями каналов схемы излученияприема ультразвуковых сигналов, о тличающееся тем, что, с целью повышения продольной разрешающеф способности, i электродов выполнены плосковогнутыми, при этом вогнутая сторона i электродов направлена в сторону излучакнцей поверхности, а средняя ширина . ti электродов удовлетворяет условию - .. . где - рабочая частота пьезоизлуСО 4 чателя, образованного i-м. плосковогнутым электродом и сплошным электродом.