Пъезоэлектрический преобразователь для измерения скорости ультразвуковых колебаний Советский патент 1987 года по МПК G01H5/00 G01N29/00 

Изобретение относится к ультразвуковым измерениям и может быть использовано для прецизионного определения скоро.сти ультразвука в твердых телах.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет акустической разгрузки пьезопластины.

На чертеже показан пьезоэлектрический преобразователь для измерения скорости ультразвуковых колебаний.

Пьезоэлектрический преобразователь содержит жесткую подложку 1, выполненную, например, в виде конуса или пирамиды, пьезопластину 2 с электродами толщиной, равной половине длины волны ультразвуковых колебаний, прикрепленной тыльной стороной к жесткой подложке 1 с помощью соединительного слоя 3 клея, толщина которого равна четверти длины волны ультразвуковых колебаний, причем удельные акустические сопротивления Z, Z(, материалов, соответственно, подложки 1, соединительного слоя 3, и пьезопластины 2 удовлетворяют соотношению

Z-r 2„, Z, Z.

Преобразователь установлен на образце 4 через контактную среду 5. Выбор толщины слоя 3 и материалов элементов преобразователя обусловлен тем, что тьшьная акустическая наг-- рузка на пьезопластину должна быть минимальна, т.е. такой, как у ненагруженных полуволновых пьезоплас- тин, которые ранее использовались для прецизионных измерений скорости ультразвуковых колебаний импульсно- фазовым методом.

Если выбрать в качестве активного элемента, например, полуволновую кварцевую пластину 2 У-среза с Zj, 10,3-10 с, эпоксидный клеевой соединительньй слой 3 с Z 1-10 и подложку 3 с Z 2040 кг/м -с из рубина (стекла, кварца), для четвертьволнового соединительного слоя 3 удельное акустическое сопротивление Zg нагрузки на тыльную сторону пьезопластины будет равным

y i1

7 - sx 2„ 20

0,05- 10 кг/ы - с,

6 10

т.е. сопротивление Z тыльной нагрузки преобразователя будет весьма мало (примерно на два порядка ниже сопротивления Z). По этой причине

преобразователь будет обладать теми же фазовыми характеристиками, что и ненагруженная нолуволновая пьезо- ппастина, но при этом будет обладать значительно большей прочностью.

Это позволяет с высокой степенью точности, как и у ненагруженных пьезопластин, определить частоту fд нулевого фазового сдвига преобразователя, что в свою очередь, позво- jmT (при проведении измерений на частотах, близких к f) свести к минимуму погрешности, обусловленные фазовыми сдвигами, создаваемьп ш саtJuiM преобразователем.

I

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразователе, устанавливают на образец 4 через контактную среду

5. Под действием приложенного к . электродам пьезопластины 2 электрического напряжения пластина 2 начинает колебаться и возбуждает в образце 4 импульсы ультразвуковых колебаний на частоте, близкой к f , которые после прохождения через материал образца 4 и отражения от его стенок принимаются тем же преобразователем с помощью пьезопластины 2

(в случае использования метода про- хож |;ения для приема используют еще один преобразователь, установленный на прбтивополо5кной стороне образца 4). Затем, сравнивая фазы двух принятьк импульсов, прошедших в образце 4 различные пути, определяют скорость ультразвуковых колебаний в образце 4.

Выбор стекла, монокристалличес-ко- го кварца или рубина в качестве ма- териала подложки обусловлен достаточно большим акустическим сопротивлением этих материалов и их хорошей

способностью к механической обработке шлифованием. Шлифовка в свою очередь нужна для реализации весьма тонких плоскопараплельных слоев 3 («10 мкм на частоте 30 МГц). Выбор формы подложки в виде пирамиды или конуса обусловлен ее способностью подавлять нежелательные сигналы, Ёозникающие в результате многократных отражений.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический преобразователь для измерения скорости ультразвуковых колебаний, содержавши жесткую подложку, пьезопластину толщиной, равной половине длины ультразвуковых колебаний, прикрепленную к жесткой подложке с помощью соединительного слоя ,отлича.ющий- с я -тем, что, с целью повышения точ

ности измерений за счет акустической разгрузки пьезопластины, соединительный слой вьшолнен из клея толщиной, равной четверти длины волны, а удельные акустические сопротивления Z-, Zj. и 2„ материалов, соответственно, подложки, соединительного слоя клея и пьезопластины удовлетворяют условию

г Z

П

Zc - Z.

Изобретение относится к области ультразвуковых измерений.Целью изобретения является повьшение точности измерений за счет акустической разгрузки пьезопластины. В преобразователе, содержащем полуволновую пластину, прикрепленную к жесткой подложке с помощью слоя клея, толщину клея выбирают равной четверти длины волны, а удельные акустические сопротивления материалов подложки ZT, соединительного слоя Z, клея удовлетворяют со- 1 ил. т и пьезопластины Z, отношениям Z 2 Z Z,Z. &