Ультразвуковой преобразователь Советский патент 1991 года по МПК B06B1/06 

5 2 3 76 8 Ю П 22.

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к пьезо- керамическим преобразователям, и может быть использовано как при разработке акустических систем различного технологического назначения, так и в существующем ультразвуковом оборудовании, созданном на базе пьезоке- рамических преобразователей.

Целью изобретения является увеличение амплитуды колебаний преобразователя.

На чертеже представлен преобразователь, общий вид.

Излучающий элемент преобразователя изготовлен из титана марки ВТЗ-1 и выполнен в виде экспоненциального концентратора 1 ультразвуковой энергии с полой цилиндрической трубкой 2, расположенной со стороны основания концентратора и имеет резьбу на внешней поверхности своего свободного торца. На1трубке 2 концентратора установлена фторопластовая втулка 3, выполненная в виде полого цилиндра, на которую одеты, последовательно расположенные: активный элемент преобразователя, представляющий собой два пьезокерамических кольца 4 (керамика ЧТБС-3) размером: $ 20x10x5 мм с расположенной между ними токове- дущей шиной 5; частотопонижающая накладка 6, изготовленная из ст. 45 в виде полого цилиндра длиной 18 мм; электроизоляционная прокладка 7, которая изготовлена из ст. 45 (скорост распространения звука 5169 м/с; модуль упругости 20920 кГс/мм 0 , в виде плоского кольца и покрыта слоем порошковой эпоксидной краской марки П-ЭП-177, отвержденной при 180°С; токоведущая шина 8; пьезокерамическо кольцо 9, являющееся датчиком обратной акустической связи и идентичное кольцам 4 активного элемента; токоведущая шина 10 и металлическая (Ст. 45) прокладка 11 в виде плоского кольца. Причем электроизоляционная прокладка 7 выполнена с толщиной в 1,5 мм, что составляет 0,08 длины частотопонижающей накладки 6, а толщина слоя краски, нанесенного на ее поверхность, обращенную к частотопонижающей накладке 6 и токоведущей шине 8, составляет соответственно 100 и 50 микрон. Пьезокерамические кольца 4 и 9, частотопонижающая накладка 6, электрозоляционная проклад0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ка 7 и токоведущие шины 5, 8 и 10 посредством прокладки 11 и металлической (Ст. 45) гайки 12 стянуты между собой, а первое из пьезокерамических колец 4 активного элемента преобразователя плотно прижато к основанию концентратора 1. Для подсоединения преобразователя к ультразвуковому генератору, осуществляемого посредством проводов 13 - 15, в трубке 2 концентратора 1 выполнены осевое глухое 16 и поперечные сквозные 17 отверстия, втулка 3 выполнена с продольным сквозным пазом 18, а в токо- ведущих шинах 5, 8 и 10, изготовленных из меди в виде плоских колец - отверстия (не обозначены), в которые запаяны концы сердечников указанных проводов. Для присоединения к концентратору 1 рабочего инструмента в его излучающем торце выполнено резьбовое отверстие 19, а для обеспечения безопасности и удобства пользования составные элементы преобразователя помещены в стаканообразный корпус 20, в котором они закреплены посредством фиксаторов 21 и 22.

Импеданс кольца электроизоляционной прокладки равен импедансу частотопонижающей накладки (например, оба элемента изготовлены из Ст. 45), а толщина кольца электроизоляционной прокладки равна 0,04-0,11 длины частотопонижающей накладки.

Толщина слоя порошковой эпоксидной краски на поверхности электроизоляционной прокладки, обращенной к датчику обратной акустической связи лежит в пределах 35-50 мкм, а на поверхности, обращенной к частотопонижающей накладке 70-160 мкм.

Порошковое покрытие толщиной 35- 50 мкм обеспечивает прокладке высокую надежность как электроизоляционному элементу преобразователя, величина которой с ростом толщины слоя краски практически не увеличивается. Нанесение слоя краски на одну из поверхностей прокладки с толщиной более 70 микрон и обращение этой поверхности именно к частотопонижающей накладке приводит к увеличению амплитуды колебаний, рост которой прекращается при толщине слоя краски на этой стороне прокладки в 155- 160 микрон. Исходя из этого, принято нанесение слоев краски различной толщины и обращение более толстого из

5

них к частотопонижающей накладке. Оптимальные же толщины слоев порошковой эпоксидной краски, нанесенной на поверхность электроизолирующей прокладки, лежат в пределах 40- 50 и 120-150 микрон.

Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение ультразвуковой частоты от ультразвукового генератора через провод 13 и токоведущую шину 5 подается к пьезокерамическим кольцам 4, а через провод 15, токоведущую шину 10, металлические прокладки 11 и прижимную гайку 12 - к концентратору 1 ультразвуковой энергии. Вследствие этого пьезокерамические кольца 4, т.е. активный элемент преобразовател за счет обратного пьезоэффекта возбуждаются и начинают совершать механические колебания с частотой основного механического резонанса, которые передаются концентратору 1 и через частотепонижающую накладку 6, электроизолирующую прокладку 7 и токоведущую шину 8 - пьезокерамичес- кому кольцу 9, т.е. датчику акустической обратной связи. В результате этого за счет прямого пьезоэффекта под действием механических колебаний в пьезокерамическом кольце 9 возникают электрические заряды, имеющие противоположные знаки и изменяющуюся во времени частоту механических колебаний, которые снимаются токове- дущей шиной 8 и по проводу 14 поступают в систему автоподстройки частоты ультразвукового генератора. При этом за счет того, что электроизоляционная прокладка 7 выполнена из металла, т.е. из электропроводящего материала, и покрыта слоем порошковой эпоксидной краски, являющейся прекрасным электроизоляционным материалом в котором потери ультразвуковой энергии ничтожны, в сравнении с гетинак- сом (текстолитом, стеклотекстолитом и т.п. общеизвестными электроизоляционными материалами), и по своей величине близки к потерям ультразвуковой энергии в таких металлах как, например, сталь, титан, алюминий, переим

16325066

дача механических колебаний через нее осуществляется практически без потерь ультразвуковой энергии, что благоприятно сказывается на величине амплитуды ультразвуковых колебаний, снимаемых с излучающего торца концентратора 1 ультразвуковой энергии.

Порошковые эпоксидные покрытия, отвержденные при высоких температурах (180-230°С) всегда имеют лучшие свойства, нежели покрытия, полученные при более низких (120-150 С) температурах. Исходя из этого, порошковую эпоксидную краску следует отвер- ждать при температуре, превышающей 170°С. Этот предел полностью удовлетворяет тем температурам, которые

рекомендуются (180-200°С) применять при отверждении порошковых эпоксидных красок.

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь, содержащий пьезокерамический элемент, частотопонижающую накладку, датчик обратной акустической связи в виде пьезокерамического кольца, электроизоляционную прокладку, установленную между частотопонижающей накладкой и датчиком обратной акустической связи, концентратор энергии, связанный торцом с рабочей поверхностью активного пьезокерамического элемента, о тличающий ся тем, что, с целью увеличения амплитуды колебаний, электроизоляционная прокладка выполнена из электропроводящего материала и покрыта слоем порошковой эпоксидной краски, а толщина равна 0,04-0,11 длины частотопонижающей накладки, причем импеданс кольца электроизоляционной прокладки равен импедансу частотопонижающей накладки, толщины слоя порошковой эпоксидной краски на поверхностях кольца электроизоляционной прокладки, обращенных к датчику обратной акустической связи, и частотопонижающей накладке равны 35-50 мкм и 70-160 мкм соответственно.

Изобретение относится к области ультразвуковой техники. Цель изобретения - увеличение амплитуды колебаний преобразователя. Электроизолирующая прокладка 7 выполнена в виде кольца из электропроводящего материала, поверхность которого покрыта слоем порошковой эпоксидной краски, а толщина равна 0,04-0,11 длины час- тотопонижающей накладки 6. Импеданс кольца электроизоляционной прокладки 7 равен импедансу частотопонижа- ющей накладки 6. Толщины слоя порошковой эпоксидной краски на поверхностях кольца электроизоляционной прокладки, обращенных к датчику обратной акустической связи и частото- понижающей накладке, равны 30-50 мкм и 70-160 мкм соответственно. Боковые поверхности концентратора энергии 1 покрыты слоем порошковой эпоксидной краски толщиной 50-160 мкм. При работе преобразователя уменьшаются потери акустической энергии на границах элементов и доля паразитных колебаний в концентраторе энергии. 1 ил. SS (Л с