Устройство для приема ультразвуковых колебаний в газовой среде Советский патент 1991 года по МПК G01N29/24 

/ J

1

XI

о ю ю о

06

Изобретение относится к акустическому неразрушающему контролю материалов и изделий и может быть использовано в технике ультразвуковой локации и управления объектами в газовых средах. Цель изобретения - повышение эффективности устройства для приема ультразвуковых колебаний в газовой среде за счет обеспечения его высокой электрической помехоустойчивости и возможности выполнять точную настройку его резонансной частоты и упрощение конструкции за счет устранения склеивания пьезоактивных частей между собой. Прошедшие в пьезоэлемент 1 УЗ колебания возбуждают на электродах 3 и 4 электрические сигналы, которые, поступая на вход усилителя 7, усиливаются и поступают на электроды 6 и 4 эсти 5 пьезоэлемента, возбуждая в нем часть 2 пьезоэлемента так, что амплитуда его увеличивается во времени, что приводит к постепенному уменьшению во времени амплитуды отраженных от него УЗ- колебаний и свидетельствует о практически полном согласовании устройства с газовой средой. 2 ил сл с

СЕ

Фи§ 1

Изобретение относится к акустическому нераэрушающему контролю материалов и изделий и может быть использовано в технике ультразвуковой (УЗ) локации и управления объектами в газовых средах, измерения толщины тонколистовых изделий, измерения уровня жидких и сыпучих сред в бункерах, контроля температуры воздуха, определения концентрации газовых смесей и т.д.

Цель изобретения - повышение эффективности устройства за счет обеспечения его высокой электрической помехоустойчивости и возможности выполнять точную настройку его резонансной частоты и упрощение его конструкции за счет устранения склеивания пьезоэлементов.

На фиг. 1 представлена схема устройства для приема ультразвуковых колебаний. Это устройство содержит пьезоэлемент 1 (выполненный в виде монолитного диска с толщиной h и диаметром d, удовлетворяющими условия h А/2, d - А /2, где А - длина продольной или изгибной волны его диаметральных ультразвуковых колебаний), имеющий две пьезоактивные части, расположенные на тыльной торцовой поверхности (часть 2 с электродами 3 и 4 и часть 5 с электродами 6 и 4, при этом электрод 4 общий), и усилителя 7 электрических сигналов с фазосдвигающей цепью. Электрод 3 подключен к входу усилителя, электрод 6 - к его выходу, а электрод 4 - к земляной клемме усилителя.

На фиг. 2 представлены диаграммы входных и выходных сигналов устройства для приема ультразвуковых колебаний в газовой среде: где а - падающие на пьезоэлемент 1 УЗ-колебания; б - отраженные от пъезоэ- лемента 1 УЗ-колебания при включенной между частями 2 и 5 положительной электромеханической обратной связи; в - отраженные от пьезоэлемента 1 УЗ-колебания в отсутствие положительной электромеханической обратной связи между частями 2 и 5; г - усиленные усилителем 7 УЗ-колебания при включенной между частями 2 и 5 положительной электромеханической обратной связи; д - усиленные усилителем 7 УЗ-коле- бания в отсутствие положительной электромеханической обратной связи между частями 2 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Прошедшие в пьезоэлемент 1 УЗ-колебания возбуждают на электродах 3 и 4 части 2 электрические сигналы с частотой падающих УЗ-колебаний. Эти сигналы поступают

на вход усилителя 7 и после усиления поступают на электроды 6 и 4 части 5 и возбуждают в ней механические колебания Эти колебания синфазно подвозбуждают часть 2 таким образом, что амплитуда механических УЗ-колебаний пъезоэлемента постепенно во времени увеличивается, что приводит к такому же постепенному уменьшению во времени амплитуды отраженных от него УЗ-колебаний.

При правильном выборе коэффициента усиления усилителя и параметров фазосдвигающей цепи в установившемся режиме отражение УЗ-колебаний от рабочей поверхности пъезоэлемента будет пренебрежимо мало, что свидетельствует о практически полном согласовании устройства с газовой средой, Это объясняется тем, что в устройство введен за счет такого усилителя дополнительный генератор напряжения, компенсирующий суммарные внутренние потери, т.е. введено отрицательное сопротивление, равное сопротивлению суммарных внутренних потерь устройства. Таким

образом, на входе усилителя 7 будет регистрироваться электрический сигнал УЗ-колебаний (фиг. 2, г), много больший, чем это имело место в отсутствие связи между выходом усилителя и электродом 6 пьезоэлемента 1.

Формула изобретения Устройство для приема ультразвуковых колебаний в газовой среде, содержащее пьезоэлемент с электродами, первый из которых заземлен, и схему согласования электрических сопротивлений, выполненную в виде усилителя электрических сигналов с фазосдвигающей цепью, выход схемы электрически соединен с вторым электродом

пьезоэлемента, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности устройства и упрощения его конструкции, второй электрод выполнен в виде двух электрически не связанных между собой частей, подключение выхода схемы согласования электрических сопротивлений осуществлено к одной части электрода, а вторая часть электрически связана с входом схемы.

д яшшашжуь

Фиг 2