Ультразвуковой преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 B06B1/06 

1

Изобретение относится к неразру- тающему контролю и может быть использовано для ультразвукового контроля изделий пренму1дественно методом акустической эмиссии.

Цель изобретения - повь пение чувствительности за счет увеличения концентрации энергии принимаемых колебаний,

На чертеже изображен ультразвуковой преобраэователь.

Преобразователь содержит соосные пьезоэлементы I и 2 с нанесенными на их торцевые поверхности электродами 3 и пластину 4, размещеннзто между пьезоэлементами соосно и контактно к ним. Причем диаметры d и do и толщины t, и t пьезоэлемен- тов 1 и 2 выбраны из соотношений

d, ()t, ; d a-2)t d,fe(,5-2)d2,

(1)

а пластина 4 выполнена из токопрово- дящего материала с ВОЛНОВЬПУ сопротивлением в 1,5-2,0 раза большим волнового сопротивления материала пье- зоэлементов,

Позицией 5 на чертеже обозначено контролируемое изделие.

Выбор диаметров d и dg и толщин t , и tj, пьезоэлементов 1 и 2 из соотношений (5), полученных экспери- ментальньи путем, обеспечивает выполнение пьезоэлемента в виде диска, а пьезоэлемента 2 - в виде короткого стержня.

Устройство работает следующим образом.

30

35

40

Преобразователь устанавливают большим основанием на поверхность контролируемого изделия 5 и принимают сигналы акустической эмиссии. Упругие колебания при этом воспринимаются пьезоэлементом ка, которьш совершает преимущественно радиальные колебания, и после прохождения через пластину 4 трансфор мируются в колебания сложного вида пьезоэлемента 2 в виде короткого 50 стержня. Электрический сигнал может быть снят как с поверхности пьезоэлемента 1, так и с поверхности пьезоэлемента 2. Однако амплитуда последнего вследствие трансформации коле- 55 баний и концентрации энергии, обусловленной уменьшением диаметра пьезоэлемента, тем больше, чем меньше площадь основания пьезоэлемента 2

Выполнение же пластины из материала с волновым сопротивлением, в 1,5-2,0 раза большим волнового сопротивления материала пьезоэлемента 2 в виде стержня, обеспечивает наилучшие характеристики последнего, а также стабильность амплит одно-ча- стотной характеристики ультразвукового преобразователя при контроле материалов с широким диапазоном изменения волновых сопротивлений.

Выбор для изготовления пластины токопроводящего материала позволяет исключить наличие дополнительных выводов с пьезоэлементов 1 или 2.

Установлено, что оптимальная толщина пластины 4 должна.быть выбрана соизмеримой толщине пьезоэлемента 1 и не менее 20% его толщины. Выбор же диаметра d пластины из условия (igidg d, позволяет осуществлять кор1 в виде дис-45 ректировку амплитудно-частотной характеристики преобразователя.

Выбор толщин tj, tg пьеэоэлемен- тов 1 и 2 преобразователя осуществляют исходя из требуемого частотного диапазона, а остальные размеры элементов преобразователя выбирают из указанных условий.

Таким образом, предлагаемый ультразвуковой преобразователь обладает более высокой чувствительностью.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь, содержащий два пьезоэлемента с элек95325по

W

15

20

25

30

35

40

5055сравненик; с площадью основания пьезоэлемента 1.

При работе в активном варианте контроля возбуждающее электрическое напряжение подается на электроды пьезозлемента 1, а прием упругих колебаний производится аналогично приему сигналов акустической эмиссии.

Максимальный коэффициент К„ усиления принимаемых сигналов для данного ультразвукового преобразователя может быть определен исходя из теории ступенчатых магнитострикционных концентраторов ультразвука

К ( 2

Пластина 4 является для обоих пьезоэлементов,1 и 2 присоединенной массой и рассогласовывает их резонансные свойства, что приводит к расршрению амплитудно-частотной характеристики преобразователя.

Выполнение же пластины из материала с волновым сопротивлением, в 1,5-2,0 раза большим волнового сопротивления материала пьезоэлемента 2 в виде стержня, обеспечивает наилучшие характеристики последнего, а также стабильность амплит одно-ча- стотной характеристики ультразвукового преобразователя при контроле материалов с широким диапазоном изменения волновых сопротивлений.

Выбор для изготовления пластины токопроводящего материала позволяет исключить наличие дополнительных выводов с пьезоэлементов 1 или 2.

Установлено, что оптимальная толщина пластины 4 должна.быть выбрана соизмеримой толщине пьезоэлемента 1 и не менее 20% его толщины. Выбор же диаметра d пластины из условия (igidg d, позволяет осуществлять корректировку амплитудно-частотной хара

теристики преобразователя.

Выбор толщин tj, tg пьеэоэлемен- тов 1 и 2 преобразователя осуществляют исходя из требуемого частотного диапазона, а остальные размеры элементов преобразователя выбирают из указанных условий.

Таким образом, предлагаемый ультразвуковой преобразователь обладает более высокой чувствительностью.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь, содержащий два пьезоэлемента с элек3 1295325 4

тродами, установленные соосно, о т-волновым сопротивлением, в 1,5-2,0

личающийся тем, что, с це-раза большим волнового сопротивлелью повышения чувствительности зания материала пьезоэлементов, а дисчет увеличения концентрации энер-аметры d,d и толщины t, , Ц пьегии принимаемых колебаний, он снаб- зоэлементов выбраны из соотношений жен пластиной, размещенной между

пьезоэлементами соосно и контактноd, (3-10)t,; (1-2)

к ним и выполненной из материала сd, (1,5-2)d2.

Изобретение относится к средствам неразрзтиающего контроля изделий, Целью изобретения является повьшение чувствительности за счет увеличения концентрации энергии принимаемых колебаний. Выполнение ультразвукового преобразователя в виде соосно и контактно установленных пьезоэлемента 1 в виде диска, стальной пластины 4 и пьезоэлемента 2 в виде короткого стержня, диаметр которого меньте диаметра пьезоэлемента 1, обеспечивает трансформацию принимаемых ультразвуковых колебаний при распространении их из пьезоэлемента 1 в пьезоэлемент 2. Вследствие этого амплитуда снятых с поверхности пьезоэлемента 2 электрических сигналов возрастает. 1 ил, J