Акустический преобразователь Советский патент 1991 года по МПК G01N29/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования и анализа материалов с помощью звуковых и ультразвуковых колебаний.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение чувствительности акустического преобразователя за счет уменьшения потерь ультразвуковой энергии.

На фиг. 1 показан акустический преобразователь, разрез, на фиг. 2 - ход элементарного луча пучка ультразвуковых колебаний, выходящий из излучающей поверхности ультразвуковой линзы при фокусировке в точке контакта звукопроводящего шарика с контролируемым изделием при нормальном положении преобразователя; на фиг. 3 - ход элементарного луча пучка ультразвуковых колебаний, выходящий из излучающей поверхности ультразвуковой линзы при фокусировке в центр звукопроводящего шарика.

Акустический преобразователь состоит из полого цилиндрического корпуса 1, помещенного в него демпфера 2, на котором закреплен пьезоэлектрический элемент 3. На пьезоэлектрическом элементе 3 закреплена акустическая линза 4. В тор це корпуса 1 с помощью прижимной головки 5 закреплен

о VI о ел ю со

звукопроводящий шарик 6 с возможностью вращения. Корпус преобразователя 1 заполнен иммерсионной жидкостью 7, Для предотвращения вытекания жидкости 7 установлено уплотнительное кольцо 8, Электрические сигналы снимаются и подаются на пьезоэлемент 3 через проводники 9 посредством коаксиального разъема 10. Звукопроводящий шарик 6 находится в акустическом контакте с контролируемым твердым телом 11.

Форма преломляющей поверхности ультразвуковой линзы рассчитана таким образом, чтобы с учетом акустических сопротивлений материала линзы, жидкости, звукопроводящего шарика, диаметра звукопроводящего шарика и расстояния от линзы до звукопроводящего шарика ультразвуковые лучи фокусировались в объеме звукопроводящего шарика 6.

Ультразвуковые лучи могут фокусироваться в точке контакта звукопроводящего шарика 6 с контролируемым изделием 11 при нормальном положении преобразователя.

Для расчета формы преломляющей поверхности ультразвуковой линзы 4 для каждой точки с координатами х,у (фиг. 2) рассчитывается коэффициент наклона касательной к линзе:

dy К2 Vl -Kicos2y ху dx 1 - K1 K2 cosЈ

где

y R8m2y +KlC°Sr° -(«-R,ln2y)

V 1 - Ki cos2 p

R - радиус звукопроводящего шарика 6;

К - P1 - Сзв.ж

1 sin а Сзв.ш

где Сзв.ж скорость звука в иммерсионной жидкости 7;

Сзв.ш - скорость звука в звукопроводящем шарике 6,

v Sin у Сзвл

К2-ТГг7Д

Сэа.л - скорость звука в ультразвуковой линзе 4.

Применение ультразвуковой линзы с формой преломляющей поверхности, позволяющей фокусировать ультразвуковые лучи в точке контакта звукопроводящего шарика 6 с контролируемым изделием 11 при нормальном положении преобразователя, позволяет уменьшить потери ультразвуковой энергии за счет уменьшения рассеивания ультразвуковых колебаний звукопроводящим шариком, что повышает чувствительность.

Ультразвуковые лучи могут также фокусироваться в центре звукопроводящего шарика 6. Для расчета формы преломляющей

поверхности ультразвуковой линзы 4 (фиг, 3) решается уравнение, выражающее расстояние точки на линзе до цен, ра звукопроводящего шарика в зависимости от угла у

г)Т 71г7р- где

Sln/T Сзв ж

Сзв.л - скорость звука в ультразвуковой линзе 4;

Сзв.ж - скорость звука в иммерсионной жидкости 7,

С - постоянная, определяющая место5 положение ультразвуковой линзы 4 и определяемая из соотношения (К-1);

I - расстояние от центра звукопроводящего шарика 6 до центральной точки на поверхности ультразвуковой линзы 4.

0Применение ультразвуковой линзы с

формой преломляющей поверхности, позволяющей фокусировать ультразвуковые лучи в центре звукопроводящего шарика, позволяет расширить область применения

5 акустического преобразователя за счет возможности изменения угла наклона преобразователя относительно контролируемого изделия без изменения величины вводимой ультразвуковой энергии.

0 Акустический преобразователь работает следующим образом.

При исследовании твердого тела 11 акустический преобразователь перемещают по его поверхности. При этом звукопроводя5 щий шарик 6, закрепленный в корпусе 1 с помощью прижимной головки 5, катится по поверхности контролируемого твердого тела 11, находясь в постоянном акустическом контакте с ним. Электрические сигналы че0 рез коаксиальный разъем 10 и проводники 9 подаются на пьезоэлектрический элемент 3, который преобразует их в акустические колебания, создавая равномерное давление на рабочей поверхности пьезоэлемента 3.

5 Ультразвуковые лучи, выходя из пьезоэлемента 3 параллельным пучком, проходят через акустическую линзу 4, преломляются на границе акустическая линза 4 - иммерсионная жидкость 7, проходят через иммерсион0 ную жидкость 7, преломляются на границе иммерсионная жидкость 7 - звукопроводящий шарик 6 и фокусируются в объеме звукопроводящего шарика 6. Далее через точку акустического контакта звукопроводящего

5 шарика 6 и контролируемого твердого тела 11 ультразвуковые лучи попадают в контролируемое твердое тело 11.

Таким образом, данный акустический преобразователь позволяет повысить чувствительность и расширить область применения, а именно работать наклонным преобразователем в труднодоступных местах.

Формула изобретения 1. Акустический преобразователь, содержащий полый цилиндрический корпус, заполненный иммерсионной жидкостью, установленные в нем пьезоэлектрический элемент с демпфером, звукопроводящий шарик, закрепленный в торце корпуса с возможностью вращения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения чувствительности за счет уменьшения потерь ультразвуковой энергии, он снабжен акустической линзой,

0

5

закрепленной на рабочей поверхности пьезоэлектрического элемента и выполненной с таким фокусным расстоянием, чтобы ультразвуковые лучи фокусировались в объеме звукопроводящего шарика.

2.Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что в нем линза выполнена с таким фокусным расстоянием, чтобы ультразвуковые лучи фокусировались в точке, предназначенной для контакта звукопроводящего шарика с контролируемым изделием.

3.Преобразователь по п.1,отличающий с я тем, что в нем линза выполнена с таким фокусным расстоянием, чтобы ультразвуковые лучи фокусировались в центре звукопроводящего шарика.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля материалов с помощью звуковых ультразвуковых колебаний. Цель изобретения - расширение области применения и повышение чувствительности акустического преобразователя за счет уменьшения потерь ультразвуковой энергии. В акустическом преобразователе полый цилиндрический корпус 1 заполнен иммерсионной жидкостью 7, электрические сигналы через коаксиальный разъем 10 и проводники 9 подаются на пьезоэлектрический элемент 3, закрепленный на демпфере 2. Ультразвуковые лучи, выходя из пьезоэлемента проходят через ультразвуковую линзу 4, закрепленную на нем, преломляются на границе ультразвуковая линза - иммерсионная жидкость, проходят через иммерсионную жидкость - звукопроводящий шарик 6 и фокусируются в объеме звукопроводящего шарика 6, который, вращаясь, катится по поверхности исследуемого тела 11. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

/7///77//////7S/S

фиг.1

/

У////////,

/

У///////////

Фиг. 2

Фиг 3