Пъезопреобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01N29/00 G01N29/04 

4: О 4 СО О5

Фиг.

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля и может быть использовано, например, при ультразвуковой дефектоскопии или толщинометрии.

Целью изобретения является повышение разрешаюш,ей способности преобразователя за счет формирования узкого слаборасхо- дящегося пучка акустических колебаний.

На фиг. 1 схематично представлен пьезопреобразователь; на фиг. 2 представлены сечение пьезопреобразователя и гра- фики распределения вдоль радиуса г нормальной к основаниям составляющей напряженности возбуждающего электрического поля Ег(г) на нижнем основании преобразователя, т.е. при (сплощная линия) и график функции Бесселя 1о (х) (пунк- тирная линия); на фиг. 3 представлена схема делителя пьезопреобразователя.

Пьезопреобразователь содержит дисковый пьезоэлемент 1 с основаниями 2 и 3,

20через диодные ограничители 16, наприкруговые электроды 4 и 5 и кольцевые20 мер, на диодах КД522А и сопротивления

электроды 6-11. Пьезопреобразователь так-18 и 19 делителей 12-15 поступает на

же содержит делители 12-15. На основа-электроды 4-11. Номиналы сопротивлений НИИ 2 пьезоэлемента 1 аксиально-симметрично расположены электроды 4, 6, 8 и 10с ми18 обеспечивают подачи гармонического напряжения с частотой 2,5 МГц и амплитудой с первого делителя 12 на первую

нимальным зазором друг относительно дру18 обеспечивают подачи гармонического напряжения с частотой 2,5 МГц и амплитудой с первого делителя 12 на первую

га. На основании 3 пьезоэлемента 1 также 25 пару электродов 4 и 5, причем плюс подается на электрод 4, напряжения амплитудой 0,4и с второго делителя 13 на вторую пару электродов 6 и 7, причем плюс подается на электрод 7, напряжения амплитудой 0,3и с третьего делителя 14 на третью пару электродов 8 и 9, причем плюс подается на электрод 8, напряжения амплитудой 0,25и с четвертого делителя 15 на четвертую пару электродов 10 и 11, причем плюс подается на электрод 11.

аксиально-симметрично расположены электроды 5, 7, 9 и 11. Расположенные друг напротив друга электроды 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11 образуют пары, которым присвоен порядковый номер, начиная с первого для круговых электродов и кончая К-ым. Средние диаметры парных кольцевых электродов 6 и 7, 8 и 9 и 10 и 11 равны. Внешний радиус каждого К-го электрода 4, 6, 8 и 10 на основании 2 пьезоэлемента 1 соответствует К-МУ нулю функции Бесселя 1о первого рода нулевого порядка, причем внешний радиус последнего кольцевого электрода 10 также равен радиусу пьезоэлемента 1. Ширина каждого электрода 4, 6, 8 и 10 превышает ширину парного ему электрода 5, 7, 9 и 11 в 2,5-3,5 раза. Количество делителей 12, 13, 14 и 15 соответствует количеству пар электродов 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, а коэффициент деления К-го делителя обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя Ь первого рода нулевого порядка. Выходы делителей 12-15 соединены парами с электродами 4-11 таким образом, что расположенные на основании 2 соседние электроды, например, 2 и 4 или 4 и 6 связаны с разноименными концами делителей 12-14. Каждый делитель включает в себя диодный ограничитель 16 и сопротивления 17, 18 и 19. Позицией 20 на фигурах обозначен генератор, а позицией 21 - приемный блок.

Преобразователь работает следующим образом.

В качестве пьезоэлемента 1, например, используют пьезопластину из керамики ЦТС-19 радиусом мм и толщиной

0,72 мм с резонансной частотой 2,5 МГц. Выбрав количество пар электродов 4-11 , выясняют, что внешний радиус электрода 10, равный 15 мм, соответствует 4-му нулю функции 1(х), т.е. величине ,8, внешний радиус электрода 6 соответствует 3-му нулю функции 1о(х), т.е. величине ,7, и равен 11 мм, внешний радиус электрода 6 соответствует 2-му нулю функции 1о (х), т.е. величине ,3, и равен 7,2 мм, а радиус электрода 4 соответствует 1-му нулю функции 1о(х), т.е. величина ,5, и равен 3,6 мм: Величину сопротивлений 17-

19делителей 12-15 выбирают, например, из таблицы.

Поперечные размеры узких электродов 5, 7, 9 и 11, например, в 3 раза меньше размеров, соответствующих им парных электродов 4, 6, 8 и 10. В режиме возбуждения сигнал с зондирующего генератора

20через диодные ограничители 16, напри мер, на диодах КД522А и сопротивления

электроды 4-11. Номиналы сопротивлений

18 обеспечивают подачи гармонического напряжения с частотой 2,5 МГц и амплитудой с первого делителя 12 на первую

пару электродов 4 и 5, причем плюс по5 пару электродов 4 и 5, причем плюс по5

дается на электрод 4, напряжения амплитудой 0,4и с второго делителя 13 на вторую пару электродов 6 и 7, причем плюс подается на электрод 7, напряжения амплитудой 0,3и с третьего делителя 14 на третью пару электродов 8 и 9, причем плюс подается на электрод 8, напряжения амплитудой 0,25и с четвертого делителя 15 на четвертую пару электродов 10 и 11, причем плюс подается на электрод 11.

Внутри пьезоэлемента 1 возникает сложное распределение напряженности Ег(г) возбуждающего электрического поля, которое мало отличается от функции Бесселя 1о(х). Возбуждающее поле формирует излучаемый узкий слаборасходящийся пучок 0 ультразвуковых колебаний. В режиме приема пьезоэлемент 1 трансформирует ультразвуковые колебания в электрический сигнал, который через сопротивления 17 и 18 делителей 12-15 поступает в приемный блок 21. При работе пьезоэлемента в режиме приема диодные ограничители 16 отключают генератор 20.

Описанный в ходе работы пример реализации преобразователя при подключении к генератору и блоку приема ультразвуко- Q вого дефектоскопа У.П,-ИПУ и измерениях в совмещенном режиме ввода на отражателе, в качестве которого используется шарик диаметром 1,5 .мм, формирует на расстояниях от 15 до 275 мм ультразвуковой пучок по уровню 0,1 Ктах диэметром 8- 13 мм.

Формирование узкого слаборасходящегося ультразвукового пучка обусловлено как специальным выбором размеров электродов.

5

5

так и выбором амплитуд и фаз подаваемых на них напряжений.

Применение пьезопреобразователя в ультразвуковой дефектоскопии позволяет повысить фронтальную разрешающую способность и довести ее до 3 мм по стали на глубине 50 мм.

Формула изобретения

Пьезопреобразователь, содержащий дисковый пьезоэлемент и размещенные на каждом его основании аксиально-симметричные электроды, выполненные в виде расположенных на противоположных сторонах друг напротив друга кругов и колец, отличающийся тем, что, с целью повыще- ния разрещающей способности путем формирования узкого слаборасходящегося пучка акустических колебаний, он снабжен дополнительными концентричными, расположенными на противоположных сторонах попарно друг напротив друга кольцевыми электродами и делителями по количеству пар электродов, коэффициент деления К-го

делителя обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя Ь первого рода нулевого порядка, средние диаметры парных кольцевых электродов равны, на одном основании электроды расположены с мини- .мальным зазором, внещний радиус каждого К-го электрода соответствует К-му нулю функции Бесселя Ь, внешний радиус последнего электрода равен радиусу пьезоэлемен- та, ширина электрода на этом основании превышает в 2,5-3,5 раза ширину пар5 ного электрода на противоположном основании, а выходы делителей соединены с электродами так, что каждый соседний электрод, расположенный на одном основании, связан с разноименными концами делителя.

0

Изобретение относится к акустическим методам неразрушающего контроля. Целью изобретения является повышение разрешаю- ш,ей способности преобразователя вследствие формирования узкого слаборасходящегося пучка ультразвуковых колебаний благодаря снабжению пьезопреобразователя дополнительными электродами и делителями, выбором размеров электродов, амплитуд и фаз и подаваемых на них напряжений. Генератор 20 через делители 12-15 возбуждает пьезо- элемент 1. Вследствие того, что круговые и кольцевые электроды 4-11 на каждом основании 2 и 3 расположены аксиально- симметрично один под другим, образуя пары, и размеры их выбраны специально, а коэффициент деления К-го делителя 12-15 обратно пропорционален К-му экстремуму функции Бесселя 1о первого рода нулевого порядка, пьезоэлемент 1 формирует узкий слаборасходящийся пучок ультразвуковых колебаний. Аналогичным образом в соответствии с обратным пьезоэффектом происходит прием колебаний и передача эквивалентного им электрического сигнала в приемный блок 21. 3 ил. (Л

tO,Ji/

гГ /

s

№ ,J

R Г

5r,W

к пьезозле/ енту Фиг.З