Составной пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь Советский патент 1985 года по МПК B06B1/06 

Изобретение относится к ультразвуковой технике, в частности к возбуждению колебаний ультразвуковой частоты.

Целью изобретения является увеличение эффективности излучения.

На чертеже изображен нредлагаемый преобразователь.

Преобразователь состоит из ньезоэлемента 1, на 1ротивоположнь х торцах которого установлены волновод 2 и накладка 3, причем волновод 2 выполнен из стали и закреплен на пьезоэлементе со стороны рабочего торца. Накладка 3 закреплена на нерабочем торце пьезоэлемента и выполнена из аморфного материала, упругость которого не менее чем в 100 раз больше упругости материала волновода, а скорость звука в нем не менее чем в 1,8 раз меньше, чем в материале волновода. Этим условиям удовлетворяет, например, эбонит. Толн1ина накладки выбирается из условия , где Т - период колебаний пьезоэлектрика; С - скорость распространения звука в накладке.

Возбуждающее напряжение на пьезоэлемент подается на электроды 4 и 5 от генератора (не показан).

Устройство работает следующим образом.

При подаче на электроды 4 и 5 пьезоэлемента 1, возбуждающего напряжения такой частоты, при которой по толщине пакета укладывается четное число полуволн, происходит знакопеременное изменение его геометрических размеров, т. е. он начинает колебаться. На фазе расширения пьезоэлемента один из его торцов передает волну деформации волноводу и далее в окружаюn.iee пространство. Одновременно другой

торец пьезоэлемента передает волну деформации упругой накладке. При этом соотношение излучаемой преобразователем частоты и скорости распространения звука в материале накладки выбрано таковым, чтобы за время половины периода колебаний пьезоэлемента -у- от фазы его наибольшего сжатия до фазы его наибольшего расширения фронт волны деформации прошел в толщу накладки минимальный путь. В этом случае энергия упругой дефор.мации концентрируется только в прилегающем к пьезоэлементу тонком слое материала накладки, что не позволяет ей существенно погаситься в толще последующих слоев. Кроме того, поскольку фронт волны деформации успевает продвинуться лищь в прилегающие слои накладки, исключается его сквозной проход через ее толщину в присоединенную массу окружающего поверхность накладки воздуха.

На фазе сжатия пьезоэлемента накладка в силу своих упругих свойств начинает оказывать на пьезоэлемент давление упругой, гибкой отдачи, что вызывает его дополнительное сжатие практически синфазно со сжатием самого пьезоэлемента. В результате его геометрические размеры уменьшаются на некоторую величину, что эквивалентно увеличению амплитуды его колебаний.

Применение в накладке материала с низкой скоростью прохождения звука позволяет существенно умень пить ее толщину, что целесообразно в смысле увеличения усилий гибкой упругой отдачи.

Предлагаемая конструкция преобразователя позволяет увеличить эффективность излучения на 20-30%.

СОСТАВНОЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРА/ ЗОВАТЕЛЬ, содержащий пьезоэлемент с расноложенными на его торцах волноводом и накладкой, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности излучения, накладка выполнена из аморфного материала, упругость которого не менее чем в 100 раз больше упругости материала волновода, а скорость распространения звука в нем не менее чем в 1,8 раза меньше, чем в материале волновода, при этом толщина накладки S удовлетворяет условию , где Т - период колебаний пьезоэлектрика; С - скорость распространения звука в накладке. (Л о:) со ю