Ультразвуковая головка дефектоскопа Советский патент 1991 года по МПК B06B1/06 G01N29/04 

Фиг. 1

Изобретение относится .к неразрушающему контролю материалов, изделий, оборудования и может быть использовано для дефектоскопии сварных соединений сложного строения и др.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности головки.

На фиг.1 изображена ультразвуковая головка дефектоскопа; на фиг.2 - ви;; А на фиг.1.

Ультразвуковая головка дефектоскопа содержит призму в виде рабочей 1 и демпфирующей 2 частей, пьезопреобразова- тель из двух элементов 3 и 4 идентичной формы и разной площади подключенных электрически параллельно и установленных с зазором друг относительно друга на наклонной поверхности 5 рабочей части призмы 1. Короткие оси элементов 3 и 4 пьезо- преобразователя лежат на одной прямой и перпендикулярны грани рабочей части призмы, образованной пересечением ее основания б и наклонной поверхности 5. Элемент пъезопреобразователя меньшей площади лежит ближе к этой грани, чем элемент пьезопреобразователя большей площади.

Элементы пьезопреобразователя имеют одинаковую пространственную ориентацию и параллельные направления векторов поляризации (показаны стрелками). Величина зазора между элементами пьезопреобразователя в плоскости наклонной поверхности 5 удовлетворяет неравенству

Q2 , L | Sin в - (Qi + Q2)/2 ,

где Я - длина волны в призме;

в- полуширина основного лепестка диаграммы направленности по минимуму,

Q1 и Q2 - размер элементов 4 и 3 пьезопреобразователя по коротким осям соответственно;

L - величина зазора между элементами пьезопреобразователя.

Размеры элементов пьезопреобразователя по длинным Вт и Ва и коротким Qi и Q2 осям выбраны равными нечетному числу четвертой длины волны упругих колебаний в них. На фиг.1 пунктиром показан вариант выполнения наклонной поверхности 5 ступенчатой, причем ступень 7, на которой расположен элемент 3 пьезопреобразователя, больший по площади, смещена вдоль акустической оси данного элемента к основанию 6 призмы. Если величина данного смещения кратна целому числу длин волн, то векторы поляризации элементов пьезопреобразователя расположены в одном направлении, а если нечетному числу половин

длин волн - в противоположных направлениях. При этом ступени параллельны одна другой.

Ультразвуковая головка работает следующим образом.

Оба элемента пьезопреобразователя подключают к дефектоскопу (не показан) электрически параллельно, что достигается соответствующим параллельным соедине0 нием их электродов. Каждый из элементов пьезопреобразователя излучает акустические колебания в рабочую часть призмы 1, через основание призмы ультразвук проходит в контролируемое изделие (не показано)

5 и обратно. Диаграмма направленности излучения в призме и в изделии формируется всеми лучами, испускаемыми элементами 3 и 4 пьезопреобразователя. Центральные лучи идут вдоль акустических осей данных эле0 ментов и, попадая на основание призмы, преломляются в изделие и частично (по энергии)отражаются в призму, где затухают в демпфирующей части 2 призмы, что практически исключает возможность попадания

5 многократно отраженного в призме ультразвука на пьезоэлемент. Соотношение площадей элементов пьезопреобразователя и их расположение обусловливает обеспечение наибольшей глубины минимума, огра0 ничивающего центральный лепесток.

Практическая рекомендация по выбору площадей элементов пьезопреобразователя заключается в том, чтобы при поочередном подключении их к дефектоскопу (по

5 одному) амплитуда эхо-сигнала одного и того же дефекта в изделии была одинакова для каждого из элементов 3 и 4. Для уравнивания амплитуд при заданной площади большего пьезоэлемента 3 можно передвигать

0 последний по поверхности 5 до получения

требуемой амплитуды, или может быть применено независимое демпфирование каждого элемента пьезопреобразователя акустически до выравнивания указанных ампли5 тудит.д.

Указанное необходимо для минимизации угловой ширины диаграммы направленности, что способствует разрешающей способности по фронту ультразвуковых волн.

0 Для улучшения разрешающей способности по лучу уменьшается добротность (эффективная) элементов пьезопреобразователя как резонаторов для их колебаний по длине и ширине. В связи с симметричными

5 граничными условиями на противоположных концах элементов 3 и 4 в плоскости 5 условие резонанса (свободные концы) состоит в кратности длины (ширины) целому числу полуволн тангенциальных колебаний. Соответственно нерезонансное возбуждение таких колебаний состоит в кратности размеров элемента в плоскости 5 нечетному числу четвертей полуволн упругих колебаний вдоль этого направления (среднее условие между двумя условиями указанных резонансоа).

При выполнении наклонной поверхности 5 ступенчатой имеет место уменьшение эффекта затухания ультразвука, излученного элементом пьезопреобразователя боль- шей площади в материале призмы.

Предлагаемая головка дефектоскопа имеет широкую область применения.

Формулаизобретения

1. Ультразвуковая головка дефектоскопа, содержащая призму в виде рабочей и демпфирующей частей, пьезопреобразова- тель и акустическую ловушку, причем одна плоскость пьезопреобразователя связана с акустической ловушкой, а другая с наклонной поверхностью рабочей части призмы, расположенной под углом к ее основанию, отличающаяся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, пьезопреобраэователя выполнен в виде двух элементов идентичной формы и разной площади, подключенных электрически параллельно и установленных с зазором друг относительно друга на наклонной поверх-

ности рабочей части призмы, причем короткие оси элементов пьезопреобразователя лежат на одной прямой и перпендикулярны грани рабочей части призмы, образованной пересечением ее основания и наклонной поверхности, а элемент пьезопреобразователя меньшей площади лежит ближе к этой грани, чем элемент пьезопреобразователя большей площади, при этом элементы пьезопреобразователя имеют одинаковую пространственную ориентацию и параллельные направления векторов поляризации, а величина зазора между элементами пьезопреобразователя в плоскости наклонной поверхности рабочей части призмы удовлетворяет неравенству

Q2 L Я/2 sin в - (СИ + Q2)/2 , Q1/2, где А - длина волны в призме;

в- полуширина основного лепестка диаграммы направленности по минимуму;

QI и Q2 - размер элементов меньшей и большей площади пьезопреобразователя по коротким осям соответственно;

L - величина зазора между элементами пьезопреобразователя.

2. Ультразвуковая головка по п.1, о т л и- чающаяся тем, что размеры элементов пьезопреобразователя подлинным и коротким осям равны нечетному числу четвертей длины волны упругих колебаний в них.

Изобретение относится к ультразвуковому контролю. Цель - повышение разрешающей способности. Головка содержит призму в виде рабочей 1 и демпфирующей 2 частей, пьезопреобразователь из двух элементов 3, 4 идентичной формы и разной площади, подключенных электрически параллельно и установленных с зазором относительно друг друга на наклонной поверхности 5 рабочей части 1 призмы. Короткие оси элементов 3, 4 пьезопреобразователя лежат на одной прямой и перпендикулярны грани рабочей части призмы, образованной пересечением ее основания 6 и наклонной поверхности 5. Элемент 4 пьезопреобразователя меньшей площади лежит ближе к этой грани. Элементы пьезопреобразователя имеют одинаковую пространственную ориентацию Приведено неравенство для выбора величины зазора между элементами пьезопреобразователя 1 э.п.ф-лы, 2 ил.

Редактор И.Горная

Составитель И.Игумнова Техред М.Моргентал

Вид А

фиг. 1

Корректор Т Малец