Ультразвуковой пьезопреобразователь Советский патент 1987 года по МПК G01N29/04 

рамических стержней /, на боковые поверхности которых, перпендикулярные направлению поляризации пьеэо- керамики, нанесены возбуждающие электроды 8 и 9. При этом размеры поперечного сечения пьезокерамичес- ких стержней 7 выбраны намного мень пгими длины волны ультразвуковых колебаний в пьезокерамическом материале. Тем самым в пьезокерамическом стержне 7 возможно существование

1

Изобретение относится к области неразругаающего контроля и может быть и спользовано в ультразвуковой дефектоскопии и медицинской диагностике.

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет увеличения эффективности преобразования электрической энергии в акустическую при использовании одного типа ультразвуковых колебаний, соответствующего основной собственной модэ колебаний поляризованного резонансного элемента.

На фиг.1 представлена схема ультразвукового пьезопреобразователя; на фиг,2 - схема резонансной пьезоэлектрической поляризованной структуры.

Ультразвуковой пьезопреобразова- тель содержит резонансную пьезоэлектрическую поляризованную структуру 1 электрический экран 2, демпфер 3 и согласующий слой 4.

Резонансная пьезоэлектрическая поляризованная структура 1 выполнена в виде матрицы из набора элементов 5, состоящих из расположенных в одной плоскости и разделенных между собой акустически мягким материалом 6 пьезоэлектрических стержней 7 прямоугольного сечения, поляризованных в направлении размера d, перпендикулярном их длине. На поверхности пьезо- керамических стержней 7, перпендикулярных направлению поляризации, нанесены электроды 8 и 9, при этом электроды 8, нанесенные на одинаково ори57833

только одного типа ультразвуковых колебаний, соответствующего основной собственной моде колебания пьезоке- рамического стержня 7 в направлении длины. Таким образом, вся электрическая энергия возбуждения, поступающая на ультразвуковой пьезопреобразова- тель, полностью преобразуется в энергию ультразвуковых колебаний на рабочей частоте ультразвукового пьезопре- образователя. 2 ил.

ентированные поверхности пьезокерами- ческих стержней 7, соединены между собой р- инами 10 и с электрическим экраном 2 и образуют первый вывод 11

ультразвукового преобразователя.

Электроды 9, нанесены на противоположно ориентированные поверхности пьезокерамических стержней 7, принадлежащих одному элементу 5,.электрически объединены при помощи шин 12 в группы и образуют вторые электрические выводы 13 ультразвукового преобразователя по числу элементов 5,. Поперечные размеры пьезокерамических

стержней 7 выбраны из условий d « Aj, t : Д , где d и t поперечные размеры пьезокерамического стержня 7 в направлении поляризации и перпендикулярно ей, , и /1. - длины

-,

волн в материале стержня 7 в .направлении поляризации и перпендикулярно ей. Для. исключения взаимного влияния пьезокерамических стержней 7 друг на друга служит разделяющий их акустически мягкий материап .

Ультразвуковой пьезопреобразова- тель работает следую1щим образом.

При совместном подключении элементов 5 первый 11 и вторые 13 электрические выводы подключены к общему каналу возбуждения-приема ( не показан) , В режиме излучения электрические импульсы возбуждения по каналу возбуждения-приема поступают на шины

to и 12 и через них на электроды 8 и 9 всех пьезркерамичееких стержней 7. Б результате между электродами 8 и

9 возникает электрическое поле, воз- бузвдающее в пьезокерамических стержнях 7 ультразвуковые колебания, которые через согласующий слой 4 излу- чаются в исследуемый объект (не по- казан). Частота излучаемых ультразвуковым пьезопреобразователем в исследуемый объект ультразвуковых колебаний определяется длиной J пьезокерамических стержней 7. В режиме при- ема поступающие на ультразвуковой пьезопреобразователь ультразвуковые колебания через согласующий слой 4 поступают на пьезокерамические стержни 7, преобразуются в электрические сигналы и по шинам 10 и 12 через первый 11 и вторые 13 электрические выводы попадают в электрический канал возбуждения - приема, где подвергаются обработке,

I

Аналогичным образом ультразвуково

пьезопреобразователь работает в том случае, когда каждый элемент 5 через первый 11 и второй 13 выводы подклю- чен к индивидуальному каналу возбуждения - приема. Такое подключение ультразвукового пьезопреобразователя позволяет реализовать режим, при котором направление максимума излуче- ния ультразвуковых колебаний составляет некоторый угол с направлением нормали к апертуре.ультразвукового пьезопреобразователя, путем создания временных задержек между электричес- кими импульсами, возбуждающими элементы 5, Таким же образом в режиме приема имеется возможность синфазного суммирования электрических сигналов, принимаемых элементами 5, путем введения электрических задержек в каждый кэнал возбуждения-приема. Режим излучения и приема ульразвуковых крлебаний под определенным углом

может быть использован в дефектоскопии листовых материалов. Формула изобре тения

Ультразвуковой пьезопреобразователь, содержащий резонансную пьезоэлектрическую поляризованную структуру с электродами, электрический экран, демпфер и согласующий слой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, пьезоэлектрическая структура выполнена в виде матрицы из набора элементов, состоящих из расположенных в одной плоскости и разделенных между собой акустически мягким материалом пьезокерамических стержней прямоугольного сечения, поляризован 1ых в направлении, перпендикулярном их длине, на поверхности пьезокерамических стержней, перпендикулярных направлению поляризации, нанесены электроды, при этом электроды, нанесенные на одинаково ориентированные поверхности пьезокерамических стержней соединены между собой и образуют первый вывйд ультразвукового преобразователя, а электроды, нанесенные на противоположно ориентированные поверхности, образуют вторые выводы ультразвукового преобразователя по заданному числу элементов в наборе, а поперечные размеры пьезокерамичес- кого стержня выбрайы из условий

d ; Л. И t « Л

где d и t - поперечные размеры пьезо- керамического стержня в направлении поляризации и перпендикулярно ей;

Д и Л t волн в материале

стержня в направлении поляризации и перпендикулярно ей.

фиг. /

Редактор П.Гереши

Составитель К.Леонов

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилнпенко

Заказ 5991/43 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

.-.в..--..---.-..-------------- ---- - - - - - - - --- -

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

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в ультразвуковой дефектоскопии и медицинской диагностике. Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения эффективности преобразования электрической энергии в акустическую при использовании одного типа ультразвуковых колебаний, соответствующего основной собственной моде колебаний поляризованного резонансного элемен- i та. В ультразвуковом пьезопреобразо- вателе излучение ультразвуковых колебаний происходит торцами пьезоке7J У fJ а (Л