Ультразвуковой катящийся преобразователь Советский патент 1986 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение относится к акустическим неразрушающим методам контроля и может быть использовано при контроле различных материалов, в частности полимерных композиционных материалов с аномально высоким коэффициентом затухания с использованием частотно-модулированных сигналов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, благодаря обеспечению возможности работы с частотно-модулированными сигнапа- ми, за счет расширения полосы пропускания преобразователя.

На фиг. 1 схематично изображен ультразвуковой катящийся преобразователь, сечение в плоскости, проходящей через его ось качения; на фиг.2- амплитудно-частотная характеристика ультразвукового катящегося преобразователя .

Предлагаемый преобразователь содержит выполненный в виде диска пье- зоэлемент 1 и два резонатора 2, выполненные в врще цилиндров. Кроме то того, ультразвуковой катящийся преобразователь содержит расположенный на пьезоэлементе I и внешней цилиндрической поверхности резонаторов 2 эластичный протектор 3 и токосъемник 4, электрически связанный с пье- зоэлементом . Дисковый пьезоэлемент

1установлен между торцами цилиндров резонаторов 2 соосно им. На свободных торцах цилиндров резонаторов

2выполнены концентрические кольцевые ступенчатые проточки 5 различных диаметров. Оси проточек 5 совпадают с осями цилиндров резонаторов 2

В качестве пьезоэлемента 1 используется, например, поливинилиден- фторидная пьезопленка толщиной 30 мкм В качестве материала резонаторов 2 используются, например, органическое стекло, акустический импеданс которого близок к акустическому импедансу пьезополимерной пленки. Использование для резонаторов 2 материалов ,с малой скоростью распространения ультразвуковых колебаний позволяет уменьшить размеры ультразвукового катящегося преобразователя. В качестве материала эластичного звукопрозрачного протектора 3 используется, например, полиэфируре- тан с твердостью по Шору в пределах 15-25 ед. Концентрические кольцевые ступенчатые проточки 5 на свободных

26295

торцах цилиндров резонаторов 2 выполняются, например, таким образом, чтобы высота резонаторов 2, т.е. расстояние между торцом цилиндричес5 кого резонатора 2,контактирующим с пьезоэлементом 1, и свободным его торцем, ступенчато уменьшалась от наружной поверхности к центру.

Выбор количества проточек 5 про0 изводится из условия обеспечения Требуемой амплитудно-частотной характеристики преобразователя. Так при общей высоте цилиндрических резонаторов 2 L( и выполнении двух

15 проточек 5, образующих ступенчатое уменьшение высоты цилиндрических резонаторов 2 до размеров L и L, они обладают собственными частотами f , f 2 и f2 5 определяемыми из выра20 жений

2

4L,

и f

4L,

где С

скорость распространения ультразвуковых колебаний в материале резонаторов 2. Индивидуальные амплитудно-частотные характеристики каждой ступени резонаторов 2 (фиг. 2, сплошные линии), складываясь друг с другом, образуют суммарную широкополосную амплитудно-частотную харакч еристику преобразователя (фиг. 2, пункт ир) .

Ультразвуковой катящийся преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь устанавливается на поверхность контролируемого изделия 6. Сканирование изделия 6 осуществляется качением преобразователя по его поверхности. При распространении в контролируемом изделии акустического импульса последний через протектор 3 падает на наружную цилиндрическую поверхность резонаторов 2 и, проходя через них, возбуждает резонансные колебания в плоскости, перпендикулярной оси распространения. Каждая ступень резонаторов 2 возбуждается на собственной частоте и передает колебания на пьезоэлемент I. Последний преобразует колебания в электрический сигнал, который через токосъемник 4 поступает в дефектоскоп (не показан). Ра- бота ультразвукового катящегося преобразователя в режиме излучения осуществляется аналогичным образом по закону обратимости.

Использование частотно-модулированных сигналов при дефектоскопии полимерных и композиционных материалов с аномально высоким коэффициентом затухания S ультразвуковых колебаний (,1 нп/м) эффективно при исполь.зовании преобразователей с полосой пропускания более 0,5.

Ультразвуковой катящийся преобразователь позволит расширить полосу пропускания до требуемых пределов . При использовании предлагаемых материалов, диаметре резонаторов 30 мм и их высотах мм, мм и ,5 мм собственные частоты резонаторов равны f, 50 кГц, 75 кГц и кГц, а полоса пропускания преобразователя равна 0,7. Нижний предел полосы пропускания ограничен общей высотой цилиндрических резонаторов, а верхний предел практичес26295

ки ограничивается только толщиной пьезоэлемента.

Формула изобретения

5

Ультразвуковой катящийся преобразователь, содеожащий пьезоэлемент, расположенный на нем эластичный протектор и токосъемник, о т л и ч а10 ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен двумя резонаторами, выполненными в виде цилиндров, пьезоэлемент выполнен в виде диска и ус15 тановлен между торцами цилиндров со- осно с ними, на свободных торцах цилиндров выполнены концентрические кольцевые ступенчатые проточки различных диаметров, а протектор распо20 ложен на внешней цилиндрической поверхности резонаторов.

Изобретение относится к акустическим неразрушающим методам контроля и может быть использовано, в частности, при контроле качества полимерных композиционных материалов с аномально высоким коэффициентом затухания с использованием частотно- модулированных сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. При попадании в преобразователь акустического импульса последний возбуждает резонансные колебания в цилиндрических резонаторах, на их свободных торцах выполнены концентрические кольцевые ступенчатые проточки различных диаметров, передающиеся на дисковый пьезоэле- мент, установленный между торцами цилиндрических резонаторов. Образованная при помощи резонаторов пшроко- полосная амплитудно-частотная характеристика преобразователя с полосой пропускания более 0,5 позволяет его эффективно использовать при дефек- , тоскопии с применением частотно-модулированных сигналов. 2 ил. i (Л

Составитель С.Волков Редактор И.Дербак Техред И.Попович

Заказ 2122/40 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор О.Луговая