Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

1-

Изобретение относится к неразрушающему контролю, может быть использовано для контроля материалов и изделий, например для определения их физико-механических свойств и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. № 876201.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения излучения и приема сдвиговых и продольных волн.

На чертеже изображен ультразвуковой преобразоват ель сдвиговых волн.

Преобразователь содержит жидкостную призму 1 и прямоугольную с равными сторонами твердотелую призму 2, которые контактируют одна с другой, идентичные пьезоэлементы 3 и 4, установленные соответственно на призмах 1 и 2 так, что их акустические оси пересекаются на границе 5 раздела призм, и корпус 6,предназначенный для обеспечения герметичности жидкостной призмы 1, причем расстояния d, d и dg от точки персечения акустических осей пьезоэле- ментов до соответственно пьезоэле- ментов 3 и 4 и рабочей поверхности преобразователя удовлетворяют условию

d, (- 1) +

С L2

сГ

d.

(1)

скорости распростра- нения продольных ультразвуковьгх волн соот- ветственно в жидкостной и твердотелой призмах;

скорость распростра- нения сдвиговых волн в твердотелой призме, ct жидкостной призмы и твердотелой призмы вий

dL- arcs in

С.:х. VT С

(2)

(t.i)

Clv. ,

(§-f

1

(3)

(„Р,

- плотности соответственно жидкостной и твер- , дотелой призм.

2

5

0

5

0

5

0

На схеме обозначены контролируемое изделие 7, продольные волны 8, излучаемые пьезоэлементом 3 и трансформированные в твердотелой призме 2 сдвиговые волны 9, излучаемые пьезоэлементом 4 продольные волны 10 и продольные волны 11, отраженные от границы 5 раздела призм и сдвиговые волны 12 и 13, соответственно отраженные в твердотелой призме 2 и прошедшие в жидкостную призму 1..

Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом.

Пьезоэлемент 3 излучает продольные ультразвуковые волны 8 в жидкостную призму 1, которые распространяются со скоростью С, .На грани1це 5 раздела призм 1 и 2 продольные

волны 8 пpeлo fflяютcя в твердотелой призме 2 под углом |3 45 и полностью трансформируются в сдвиговые волны 9, распространяющиеся в твердотелой призме 2 со скоростью CL .

2

При этом преломленных продольных волн в призме 2 не существует, так как при 45° и угле оС ,выбранном из условий (1), коэффициент прозрачно- 1сти продольных волн равен нулю. Кро- йе того, при выполнении условий (3) if существует также отраженных от границы 5 раздела призм 1 и 2 продольных волн, так как коэффициент отражения продольных волн в этом случае равен нулю.

Из твердотелой призмы 2 сдвиговые волны 9 поступают в контроли- изделие 7. Одновременно пьезо- элемент 4 излучает в твердотелую призму 2 продольные ультразвуковые волны 10 такой же частоты, как и волны 8, которые распространяются

со скоростью с,

и падают на гра

ницу 5 раздела призм. Так как расстояния d, d, и d удовлетворяют условию (1), отраженные от границы 5 раздела призм продольные волны 11 приходят к рабочей поверхности преобразователя одновременно со сдвиговыми волнами 9. Отраженные от дна изделия 7 сигналы сдвиговых и продольных волн поступают обратным путем соответственно на пьезоэлементы 3 и 4.

Сдвиговые волны 12 и продольные волны 13, образующиеся при отражении и преломлении продольных волн

317

10 от границы 5 раздела призм, рассеиваются случайно профилированными поверхностями призмы 2 и корпуса 6.

. За счет выполнения условия (1) при использовании для контроля одного дефектоскопа (не показан) на его экране наблюдаются последовательно по времени зондирующий им- пульс, импульс, соответствующий отраженным от рабочей поверхности призмы сдвиговым 9 и продольным 11 волнам, совпадающим по времени приема их пьезоэлементами 3 и 4, им- пульс продольных волн и импульс сдвиговых волн, 1то упрощает измерение времени распространения продольных и сдвиговых волн, по которым определяют скорости распространения сдвиговых и продольных волн в материале изделия и постоянные упругости материала изделия 7,

Таким образом, ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн обладает более широкими функциональными возможностями за счет обеспечения излучения и приема не только сдвиговых, но и продольных волн.

Составитель М.Андреева Редактор М.Бланар Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 882/46 Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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

94

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь сдвиговых волн по авт.св. № 876201, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения излучения и приема сдвиговых и продольных волн, он дополнительно снабжен вторым пьезоэлементом, установленным на боковой грани твердотелой призмы так, что акустические оси пьеэоэлементов пересекаются на границе раздела призм, а расстояния d, d H d от точки пересечения акустических осей пьезоэлементов до соответственно первого и второго пьезоэлементов и рабочей поверхности преобразователя удовлетворяют условию:

,

де С

,

d, ф - 1) + ,

СТ7-Ct,

скорости распространения продольньк ультразвуковых волн соответственно в жидкостной и твердотелой призмах; скорость распространения сдвиговых волн в твердотелой призме.

Изобретение касается неразрушающего контроля. Цель изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения излучения и приема сдвиговых и продольных волн. При контроле изделия 7 пьезоэлементы 3 и 4, установленные соответственно на жидкостной призме 1 и твердотелой призме 2, которые контактируют между собой, излучают в них продольные волны 8 и 10, которые на границе 5 раздела призм отражаются, преломляются и трансформируются. Выбор острого угла oL жидкостной призмы, материалов и размеров призм и условий размещения пьезо- элементов на них обеспечивает нормальный ввод в изделие продольных и сдвиговых волн и их одинаковое время распространения в призмах. 1 ил. о (Л