Устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

1

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при ультразвуковом эхолокационном контроле характеристик жидких сред, например уровнеметрии, и при испытаниях различных материалов„

Цель изобретения - повьшение помехозащищенности устройства за счет снижения, уровня помех, обусловленных радиальными колебаниямио

На чертеже схематично представлено устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, закрепленные в нем протектор 2 и пьезопластину 3 в виде диска. Кроме того, устройство снабжено демпфером 4 из материала с акустическим импедансом, равным импедансу пьезопластины 3, например, из титана Корпус выполнен в виде стакана, в в дне которого установлен демпфер 4 Внутренняя поверхность стакана со стороны открытого торца выполнена с кольцевой проточкой 5, в которой установлена пьезопластина 3, сопряженная внешней плоскостью с протектором 2, Наружная и внутренняя поверхности стакана выполнены с фасками 6 и 7 под углами 45 и 40 соответственно относительно его оси.

Толщина d цилиндрической части стакана вьтолнена с- возможностью возбуждения нулевой антисимметричной волны Лэмба„ Корпус 1 и протектор 2 выполнены из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу пьезопластины Зо Пьезопластина 3 подключена к регистрирующей аппаратуре (не показана) при помощи высокочастотного разъема 8

На пьезопластину 3 нанесен токо- проводящий слой 9 о Центральная активная зона 10 пьезопластины 3 электрически изолирована от пассивной корот- козамкнутой периферийной зоны 11,, ля крепления разъемов 8, пьезоплас- тины 3 и протектора 2 к корпусу 1 спользован токопроводящий клей с обеспечением герметизации

Устройство работает следующим образом.

В режиме излучения на пьезопласти- ну 3 через высокочастотный разъем 8. подают возбуждающий видеоимпульс .и активная зона 10 излучает ультразвуковой импульс о

„

358672

При излучении в жидкость у пьезопластины 3 имеются две частоты колебаний. Одна из них вызвана возбуж- , дением активной зоны 10 на толщинном резонансе и благодаря демпфированию ее пассивной зоны 11 обеспечивается уменьшение послезвучания на основной частоте

10 Вторая частота колебаний вызвана радиальным возбуждением активной зоны и при недостаточном демпфировании пассивной зоны 11 она может значительно ухудшить форму основных коле15 баний толщинного резонанса, вызывая вследствие пьезоэффекта дополнительную помеху в виде переизлучения на толщинном резонансе Вьшолнение корпуса 1 из материала с акустическим

20 импедансом5близким к импедансу пьезо- пластины 3, и с фасками 6 и 7 под углами 45 и 40 придает конструкции корпуса волноводные свойства

Внешние и внутренние фаски 6 и 7

25 способствуют улучшению перехода акустической энергии радиальных колебаний в корпус 1 через пассивную зону

11. При этом выбор внутренней фаски

о

35

40

gg

под углом 40 является оптимальным 30 для перехода радиальных колебаний в энергию колебаний нулевой антисимметричной волны Лэмба. Это вызвано тем, что отражение на конусной поверхности направлено вдоль боковой стенки корпуса 1, т.ео в направлении распространения волны Лзмба. В результате зеркальное отражение от стенки корпуса 1 незначительно и уменьшается уровень реверберационных помех.

Для обеспечения эффективной трансформации радиальных колебаний пьезо- пластин 3 в волну Лэмба толщина стенки d корпуса 1 выбирается из условия fd 1. для нулевой антисим- 45 метричной волны 7 , где f - частота, d - толщина стенки корпуса, i - длина волныо

Благодаря близости акустических импедансов корпуса 1 и пьезопластины 3 отсутствуют отражения от поверхностей их акустического контакта друг с другом и коэффициент прохождения ко-- лебаний через эти поверхности близок к единице

За счет акустической связи корпуса с пассивной зоной 11 и описанной формы корпуса возникает эффективная трансформация энергии радиальных колебаний в энергию кольцевого ультра50

звукового ПОЛЯ нулевой антисимметричной волны Лэмба в стенке корпуса 1 «

Демпфирование днища корпуса кольцевой проточкой 5 исключает возникновение объемной импульсной ревербера- ционной волны Лэмбао

Таким образом, использование устройства позволяет снизить уровень помех, обусловленных радиальными колебаниями при видеоимпульсном электрическом возбуждении пьеЗоэлемента, включая и повторное переизлучение на толщинном резонансе, что повышает помехозапщщенность уравномеров и, следовательно, точность контроля о

Формула изобретения

Устройство для излучения и приема ультразвуковых импульсов, содержащее цилиндрический корпус, закрепленные

Редактор Л.Гереши

Составитель В.Бабина Техред М Двдык

Заказ 4041/37 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

в нем протектор и пьезопластину в виде диска, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, оно снабжено демпфером, корпус выполнен в виде стакана, в дне которого установлен демпфер, внутренняя поверхность стакана со стороны открытого торца выполнена

с кольцевой проточкой, в которой установлена пьезопластина , сопряженная внешней плоскостью с протектором, наружная и внутренняя поверхности стакана выполнены с фасками под углами 45 и 40°соответственно относительно его оси, толщина цилиндрической части стакана выполнена с возможностью возбуждения в ней нулевой антисимметричной волны Лэмба, а

протектор и пьезопластина выполнены из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу пьезо- пластиныо

Корректор В.Бутяга

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при ультразвуковом эхоло- кационном контроле характеристик жидких сред Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства за счет снижения уровня помех, обусловленных радиальными колебаниями. Согласно изобретению устройство снабжено демпфером 4, установленным в дне корпуса 1, выполненного в виде стакана. За счет акустической связи корпуса 1 с пассивной зоной 11 пьезо- пластины 3 и выполнения корпуса с фасками 6 и 7 под углами 45 и ,40 возникает эффективная трансформация энергии радиальных колебаний в.энергию кольцевого ультразвукового поля нулевой антисимметричной волны Лэмба 1 ил. i 11 25 сл СО 00 сл 00 Oi. -sj