Ультразвуковой преобразователь сигналов акустической эмиссии Советский патент 1988 года по МПК G01N29/04 

Источник Э

(Л

СО СО

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий и может быть использовано для определения координат источников сигналов акустической эмиссии в толстостенных сосудах.

Целью изобретения является повышение достоверности при контроле качества полых изделий с криволинейной поверхностью за счет расширения диа- граммя направленности приема сдвиговых волн горизонтальной поляризации от источников акустической эмиссии.

На фиг. 1 изображен ультразвуко- вой преобразователь сигналов акустической эмиссии; на фиг. 2 - пьезо- элемент преобразователяi на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Ультразвуковой преобразователь содержит волновод 1 в виде сплошного усеченного конуса с малым плоским рабочим основанием круглого сечения, расположенным нормально оси пьезо- преобразователя, и большим основанием ограниченным сферической поверхностью центр которой совмещен с центром малого основания, и пьезоэлемент 2 в виде сферического слоя, размещенный на большем основании волновода 1. При этом сферическая поверхность меньшего радиуса пьезоэлемента 2 совпадает по форме со сферической поверхностью волновода 1. На сферических поверхностях пьезоэлемента нанесены электро- ды 3, ограниченные продолжением поверхности волновода 1. Кроме того, пьезоэлемент 3 поляризован по окружности и разделен радиально направленна равные

ными к центру прорезями 4 не менее четырех части.

Материал волновода 1 (например, латунь) выбирается так, что скорость распространения в нем сдвиговых волн меньше, чем в материале контролируе- мого изделия 5 (например, нержавеющая сталь) СС.Р.И , 3 угол между осью волновода 1 и его образующей, радиус К, сферической поверхности волновода, радиус R его малого основания, длина L«р и ширина Нрр прорезей 4 выбирают из соотношений

Finoi.

. Сс.г.и

.R, - 10 5й Ь5., R ер., L 0,95

п

0,02 Rf

где Cjf.p и С - скорости сдвиговых волн горизонтальной поляризации в материалах волновода и контролируемого изделия соответ- ственно

С -. скорость поверхностных волн в материале изделия (контролируемого сосуда); R - радиус наружной

стенки контролируемого изделия, i - низшая частота импульса преобразователя;

и„ - радиус горизонтальной проекции пьезоэлемента.

Угол ot между образующей конусо- обрарного волновода и его продольной осью следует из закона Снеллиуса с учетом условия отсутствия приема поверхностной волны из слоя стенки изделия, ограниченного углом 2, который определяют из соотношения

sin|5 - -

Радиус RJ сферической поверхности волновода выбирают из условия формирования поля я дальней зоне волновода. Радиус RJ малого основания волновода следует из условия неискаженной передачи нижней частоты спектра преобразованного импульса.

Длину Ь„рИ ширину Н„р прорезей пьезозлемента выбирают исходя из условия его механической прочности. При этом прорези выходят на поверхность пьезоэлемента, ограниченную образующей конуса волновода.

Ультразвуковой преобразователь сигналов акустической эмиссии работает следующим образом.

Сигналы сдвиговой волны, распространяющийся в контролируемой зоне, ограниченной углом 2р, от источника акустической эмиссии попадают на поверхность малого основания волновода 1. После преломления сдвиговой волны на границе изделие - волновод она распространяется по волноводу 1. Вы- полнение последнего в виде сплошнЛ о усеченного конуса позволяет получить

диаграмму направленности преобразователя, круговую в плане и близкую к полукругу в разрезе, что обеспечивает контроль достаточно широкой обла- сти стенки изделия.

Вследствие выбора угла об между осью волновода 1 и его образующей пьезоэлемент 2 принимают только сдвиговые волны горизонтальной поляриза- ции. Эти волны эффективно возбуждают пьезоэлемент 2 в направлении их поляризации благодаря тому, что он поляризован по окружности и выполнен со сферической поверхностью, сопряжен- ной с поверхностью волновода 1. Причем для выполнения круговой поляризации пьезоэлемент 2 разделен радиаль- но направленными прорезями 4.

Преобразованный пьезоэлементом 2 электрический сигнал снимается с электродов 3 для определения координат источника сигналов акустической эмиссии.

Таким образом, ультразвуковой пре- обр азователь сигналов акустической эмиссии повышает достоверность контроля, так как осуществляет селективный прием сигналов акустической эмиссии в широком диапазоне контролиру- емой зоны.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь сиг налов акустической эмиссии, содержащий волновод в -виде усеченного конуса с плоским малым основанием круглого сечения и большим основанием, ограниченным сферической поверхностью центр которой совмещен с центром малого основания, и пьезоэлемент с электродами, размещенный на большем основании волновода, отличающий- с я тем, что, с целью повьш1ения достоверности при контроле качества полых изделий с криволинейной поверхностью, волновод выполнен сплошным, пьезоэлемент поляризован по окружности и разделен радиально направленными прорезями на равные не менее четырех частей, а угол Ы- между осью волновода и его образующей, радиус R, сферической поверхности волновода, радиус R его малого основания, длину Lnp и ширину П„р прорезей выбирают из соотношений

ор

Дв с,г,й и с.г.

с..и R,

скорости сдвиговых волн горизонтальной поляризации в материалах волновода и изделия соответ- CTBeHHoJ

скорость поверхностных волн в материале изделия; радиус наружной стенки контролируемого изделия, низшая частота импульса преобразователя }

радиус горизонтальной проекции пьезо- элемента.

///

- / поляризации3

ТА

%г,2

Направление

поляризации3

А-А

ТА

Изобретение относится к области неразрушающего контроля. Целью изобретения является повьшение достоверности контроля за счет расширения диаграммы направленности приема сдвиговых волн горизонтальной поляризации от источников акустической эмиссии. Ультразвуковой преобразователь содержит волновод 1 в виде сплошного конуса и размещенный на его большей сферической поверхности пьезоэлемент 2 с электродами 3. Благодаря поляризации пьезоэлемента 2 по окружности и деления его на равные не менее четырех части радиально направленными прорезями обеспечивается селективный прием волн грризонтальной в поляризации в широком диапазоне контролируемой зоны. 3 ил.