Преобразователь ультразвуковых колебаний Советский патент 1989 года по МПК G01N29/00 B06B1/06 

)(

Г

01

О5 СО СП

6 AX/vl

)(

Изобретение относится к неразру- maющe fy контролю и может быть использовано при контроле физико-механических свойств протяженных объектов, таких, например, как стержни, тросы, полимерные волокна и нити и т.н.

Целью изобретения является расширение функциональных возмояшостей за

лируемом изделии одновременно различные моды ультразвуковых колебаний.

При подаче на пьезоэлементы 2 и 3 синфазных переменных электрических напряжений одинаковой амплитуды в пьезоэлементах 2 и 3 возникают продольные колебания. При зтом за счет выбранной установки дополнительных

Изобретение относится к неразрушающему контролю. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возбуждения или приема одновременно с изгибными и/или крутильными колебаниями продольных колебаний. Для возбуждения продольных колебаний в изделии 11, зажатом между дополнительными пьезоэлементами 7 и 8 с параллельными акустическими осями с помощью упругого элемента 6, на пьезоэлементы 7 и 8 подают переменные электрические синфазные напряжения одинаковой амплитуды, а для возбуждения крутильных и изгибных колебаний в изделии 11 суперпозицию переменных электрических противофазных и синфазных напряжений подают на основные пьезоэлементы 2 и 3, жестко связанные рабочими поверхностями с боковыми поверхностями пьезоэлементов 7 и 8 соответственно. 1 ил.

счет обеспечения возбуждения или при- ю пьезоэлементов 7 и 8 в контролируе15

20

25

30

ема одновременно с изгибными и/или крутильными колебаниями продольных колебаний.

На чертеже изображен преобразователь ультразвуковых колебаний.

Преобразоватрль ультразвуковых колебаний содержит корпус 1, два идентичных пьезоэлемента 2 и 3 продольных колебаний с параллельными акустическими осями, электроды 4 и 5, нанесенные соответственно на пьезо- элементы 2 и 3 и предназначенные для подключения к схеме возбуждения или приема (не показана) с помощью токо- проводов, упругий элемент 6, соединенный с корпусом 1 и пьезоэлемен- тЬм 3 и обеспечивающий перемещение последнего в плоскости акустических осей пьезоэлементов 2 и 3, два дополнительных пьезоэлемента 7 и 8, установленные по одному соответственно на основных пьезоэлементах 2 и 3 так, что их акустические оси параллельны между собой и перпендикулярны акустическим осям основных пьезоэлементов, и электроды 9 и 10, нанесенные соответственно на ньезоэлемен- ты 7 и 8 и нредназначенны е для подключения к дополнительной возбуждения или приема с помощью токопро- водов.

Преобразователь ультразвуковых колебаний работает следующим образом.

Перед началом контроля размещают контролируемое изделие 11 между дополнительными пьезоэлементами 7 и 8 так, чтобы его продольная ось была параллельна осям пьезоэлементов 7 и 8, и создают акустический контакт между изделием и дополнительными пьезоэлементами путем поджатия допол- н; тельного ньезоэлемента 8 к изделию с помощью упругого элемента 6.

Подавая на основные пьезоэлемен- ты 2 и 3 и дополнительные пьезоэлементы 7 и В переменные электрические напряжения с выбранными определенным образом фазами, возбуждают в контромом изделии возбуждаются изгибные колебания.

При питании пьезоэлементов 2 и 3 электрическими напряжениями в проти- вофазе в образце 11 возбуждаются кру тильные колебания. При питании дополнительных пьезоэлементов 7 и 8 с синфазными электрическими напряжения ми в образце 11 возбуждаются продоль ные ультразвуковые колебания. В связи с этим продольная и изгибная моды колебаний одновременно возбуждаются в образце 11, когда дополнительные пьезоэлементы 7 и 8 питаются синфазными переменными напряжениями одинаковой амплитуды и основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются также синфазными переменными напряжениями одинаковой амплитуды. При этом соотношение абсолютных значений амплитуд напряже ний, питакяцих дополнительные 7 и 8 и основные 2 и 3 пьезоэлементы, определяет соотношение амплитуд продольной и изгибной мод ультразвуковых колебаний в образце 11.

Продольная и крутильная моды коле баний одновременно возбуждаются в образце 11, когда дополнительные пьезоэлементы 7 и 8 питаются синфазными переменными напряжениями одинаковой амплитуды, а основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются противофазными переманными напряжениями одинаг ковой амплитуды. При этом соотношение абсолютных значений амплитуд напряжений, питающих дополнительные 7 и 8 и основные 2 и 3 пьезоэлементы, определяет соотношение амплитуд продольной и крутильной мод ультразву- ,д 1КОВЫХ колебаний в образце 11.

Изгибная и крутильная моды ультра звуковых колебаний одновременно возбуждаются в образце 11, когда основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются суперпозицией двух независимых друг от друга переменных напряжений - синфазных и противофазньПс, т.е. основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются одновременно двумя самостоятельными

35

40

45

5

0

5

0

мом изделии возбуждаются изгибные колебания.

При питании пьезоэлементов 2 и 3 электрическими напряжениями в проти- вофазе в образце 11 возбуждаются крутильные колебания. При питании дополнительных пьезоэлементов 7 и 8 с синфазными электрическими напряжениями в образце 11 возбуждаются продольные ультразвуковые колебания. В связи с этим продольная и изгибная моды колебаний одновременно возбуждаются в образце 11, когда дополнительные пьезоэлементы 7 и 8 питаются синфазными переменными напряжениями одинаковой амплитуды и основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются также синфазными переменными напряжениями одинаковой амплитуды. При этом соотношение абсолютных значений амплитуд напряжений, питакяцих дополнительные 7 и 8 и основные 2 и 3 пьезоэлементы, определяет соотношение амплитуд продольной и изгибной мод ультразвуковых колебаний в образце 11.

Продольная и крутильная моды колебаний одновременно возбуждаются в образце 11, когда дополнительные пьезоэлементы 7 и 8 питаются синфазными переменными напряжениями одинаковой амплитуды, а основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются противофазными переманными напряжениями одинаг ковой амплитуды. При этом соотношение абсолютных значений амплитуд напряжений, питающих дополнительные 7 и 8 и основные 2 и 3 пьезоэлементы, i определяет соотношение амплитуд продольной и крутильной мод ультразву- д 1КОВЫХ колебаний в образце 11.

Изгибная и крутильная моды ультразвуковых колебаний одновременно возбуждаются в образце 11, когда основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются суперпозицией двух независимых друг от друга переменных напряжений - синфазных и противофазньПс, т.е. основные пьезоэлементы 2 и 3 питаются одновременно двумя самостоятельными

5

0

5

напряжения : синфазными перемётш - и напряжениями одинаковой амплитуды, которые вызывают изгибные колебаний в образце 11, и противофазными переменными напряжениями одинаковой амплитуды, которые вызывают крутильные колебания в образце 11. При этом соотношение абсолютных значений амплитуд указанных напряжений опреде .ляет соотношение изгибной и крутильной мод ультразвуковых колебаний в образце 11,

Преобразователь ультразвуковых колебаний может работать как в совмещенном, так и в раздельном режимах излучения и приема ультразвуковых колебаний.

По параметрам принятых мод ультразвуковых колебаний определяют параметры контролируемого изделия, например модули упругости и сдвига и коэффициент Пуассона. При этом обеспечение одновременного возбуждения- различных мод колебаний позволяет по высить точность измерений за счет обеспечения идентичности условий измерений параметров различных мод ультразвуковых колебаний, в том числе акустического контакта, длины контролируемого изделия под нагрузкой, силы натяжения изделия и т„п.

При выборе размеров пьезоэлементо необходимо учитывать следукщее. Если основные и дополнительные пьезоэле- менты имеют одинаковые размеры, то длина системы, включающей основной и дополнительный пьезоэлементы, больше длины дополнительного элемента. В связи с этим частота изгибных и

.

Редактор И„Горная

Составитель И.Андреева

Техред А.Кравчук Корректор В.Кабаций

Заказ 6385/47

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

16950

10

крутильных колебаний меньше частоты продольных колебаний.

Таким образом, преобразователь ультразвуковых колебаний позволяет возбуждать продольные, крутильные и изгибные ультразвуковые колебания в любых сочетаниях с любым соотношением амплитуд.

Формула изобретения

Преобразователь ультразвуковых колебаний, содержащий корпус, два идентичных пвезоэлемента продольных колебаний, предназначенных для подключения к схеме возбуждения или приема и установленных в корпусе так, что их акустические оси параллельны, .

и по меньшей мере один упругий элемент, соединенный с корпусом и одним из пьезоэлементов с возможностью обеспечения перемещения последнего в плоскости акустических осей пьезо-

элементов,отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возбуждения или приема одновременно с изгибными и/или крутильными колебаниями продольных колебаний, он снабжен двумя дополнительными идентичными пьезоэлементами продольных колебаний, предназначенными для .подключения к дополнительной схеме возбуждения или приема и установлен- по одному на каждом основном пьезоэлементе так, что их акустические оси параллельны между собой и перпендикулярны акустическим осям

основных пьезоэлементов.

Подписное