Фокусирующий широкополосный пьезопреобразователь Советский патент 1988 года по МПК H04R17/00 

(Л

Изобретение относится к неразру- тающему контролю и позволяет увеличить разрегаающую способность устройства, На сферически вогнутой по верхности пьезоэлемента выполнены взаимно перпендикулярные канавки в форме равнобедренного треугольника, ось симметрии которого является продолжением радиуса этой поверхности. На ковых поверхностях канавок нанесен общий электрод 5. Заполнение полости качавок демпфирующим материалом 4 с диэлектрической проницаемостью, меньшей проницаемости пьезоэлемента, обеспечивает исключение паразитной емкости между электродами 5,6. Приведено соотношение, из которого выбирается расстояние между канавками. 3 ил, i

Фиг.

Изобретение относится к нер.чзрушлю щим средствам и методам контроля и может быть использовано для фокусирования ультразвуковых колебаний, а также при ультразвуковой диагностике.

Целью изобретения является увели чение разрешающей способности ультразвукового контроля и диагностики.

На фиг. I -изображен сфер1тческий вогнутый пьезоэлемент, продольный разрез; на фиг.2 - сферическая вогнутая поверхность, вид сбоку; на фиг.З схема, поясняющая принцип работы фокусирующего широкополосного пьезо-

преобразователя.

1

Фокусирующий широкополосный пьеэо- преобразователь содержит пьезоэлемент 1 переменной толщины, треугольные канавки 2, расположенные на сфеоичес- ки вогнутой поверхности пьезоэлемента 1 , активные части 3 -на сферически вогнутой поверхности между канавками 2, демпфирующий материал А, заполняющий полости канавок 2, общий электрод 5 на боковых поверхностях канавок 2, электрод 6 на сферически вогнутой по верхности пьезоэлемента 1, Стрелками показаны направление и структура электрического поля Е между электродами 5 и 6.

f Фокусирующий широкополосный пьезо преобразователь работает следующим образом.

35

45

Пьезоэлемент 1, излучающий только одной сферически вогнутой поверхностью,устроен следующим образом.На сферически вогнутой поверхности пьезоэлемента I переменной толщины выполнены взаимно перпендикулярные канавки треугольной формы (фиг.1 и. 2). Ось симметрии канавок 2 является продолжением радиуса кривизны сферически вогнутой поверхности. На боковые поверхности канавок 2 нннесен общий электрод 5. Расстояние между соседними канавками 2 выбрано из соотношения l t/sin , где t - ширина канавки 2; 1 - ширина активной части 3 поверхности пьезоэлемеггта 1 между соседними канавками 2; а/ - угол при вершине треугольника. Полости канавок заполнены демпфирующим материалом 4, диэлектрическая проницаемость которого

fее

много меньше диэлектрической проницае- - мости материала пьезоэлемента 1 .На всей сферически вогнутой поверхности нанесен электрод 6.

50

Q 5

0 5 Q 5

5

е

-

0

Активная часть 3 н центре сферически вогнутой поверхности пьечоэлемента I обеспечивает излучение и прием ультразвуковой волны на акустк сеской оси. Применение демпфируи щего материала в полости канавок 2 с диэлектрической проницаемостью , меньшей диэлектрической проницаемости матери- пьезоэлемента I , позволяет исклю чить паразитнух) емкость между элект родами 5 и 6. Кроме того, заполнение полости канавок 2 демпфирующим материалом позволяет изготавливать сферически вогнутую поверхность требуемого класса чистоты.

Подключение генератора (не показано) к электродам 5 .и 6 -создает в активных частях 3 электрическое поле Е (фиг.З). Это пр1гводит к тому, что ультразвуковые волны излучают только области активной части 3, прилегающей к электроду 6. Излучение боковыми поверхностями во внутрь канавок 2 i MeHbmaeTCH их демпфированием. В случае необходимости для исключения реверберационных колебаний внутри пьезоэлемента может применяться демпфер на тыльной его поверхности (не показано).

Выбор ширины канавки, угла раскрытия канавкк, расстояния между ннми определяется необходимостью создания равномерного по сферической поверхности электрического поля и изменением длительности импульса за счет меньшей, чем в известном устройстве толщины слоя, в котором происходит электроакустическое преобразование, т т.е. слоя, в котором сосредоточено электрическое поле.

Силовые линии электрического поля (фиг.З) представляют собой окруж-ности с центром в основании равнобедренного треугольника BAD. Равномерность вьтолняется при условии, когда окружность с центром в точке D одного треугольника и радиусом ЕВ проходит через ту же точку на сферической поверхности, что и окружность с центром в точке А и радиусом АВ соседнего треугольника. Из треугольника AED получаем АВ t/2 sin dl2 и расстояние между канавками 1 t/ /sin 0//2.

Для того, чтобы обеспечить меньшую, чем в известном устройстве, дли тельность импульса, необходимо локализовать электрическое поле в слое,

314

меньшем ил||ме1;ыпей толщины ц- вестного преобразователя (толщина в центре гфе pinecKort поверх((ости) . Толщина локализации электрического поля определяется раямером ЛВ:BD (фиг.З) и составляет t// sin с//2, угловые увеличения разрешающей ()ности приобретяют вид t 2 L sin « /2.

Следовательно, в предложенном пье- зопреобразователе обеспеч1твается излучение только одной сфер гчески вогнутой поверхностью и равномерное распре деление на ней амплитуды смещения. Этим обеспечивается увеличение радиальной и аксиальной разрешающей способности контроля и диагностики.

Формула изобретения

Фокусирующий г;ирокополосный преобразователь переменной толщины, одна из торцовых поверхностей которого выполнена плоской, а другая - сферически вогнутой с нанесенньм на нее электродом, отличающийся тем, что, с целью увеличения разреша-

юшей способности, по всей сферически вогнутой поверхности выполнены взаимно перпендикулярные канавки в форме равнобедренного треугольника, ось симметрии которого является продол жением радиуса сферической вогнутой поверхности, на боковые поверхности канавок нанесен общий электрод, поло

ciH канавок заполнены демпфирующим материалом, расстояние 1 между каиав- ками и от центра сферической поверхности до ближайшей канавки отвечают условию

t

sin lr . где t - ширина канавки;

al - угол раскрытия каиавки при

вергаиие равнобедренного тре- угольника, ,

125

а угол cf и ширина каиавки выбраны из

условия

t г 2 L sin .« /2,

где L - наименьшая толщииа преобразователя в его середине.

I li - fc «

«1

Ml

i-L-li-)JL.

11 11

iL4-4J-

t-i

JLl

J-