Пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии Советский патент 1992 года по МПК G01N29/04 

2- J

5

;

ч

00

&

sQ

01

GO

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано при изготовлении преобразователя для приема сигналов акустической эмиссии.

Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий корпус, пьезоэле- мент керамический в виде круглого диска, демпфер и протектор.

Недостатком этого преобразователя является наличие резонансов двух типов: продольного и радиального, что приводит к значительной нелинейности частотной характеристики чувствительности и приему как продольных, так и поперечных колебаний в контролируемой среде. Это уменьшает акустическую помехозащищенность и значительно затягивает импульсную характеристику преобразователя, т.е. время реверберации, что снижает информативность и достоверность контроля и затрудняет определение координат дефектов.

Известен преобразователь, в котором диаметр керамического пьезоэлемента выбран таким образом, что частота радиальных колебаний лежит выше рабочего частотного диапазона, а демпфер акустически связан с тыльной стороной и боковой поверхностью пьезоэлемента. Однако в известном преобразователе повышение частоты радиальных колебаний достигается за счёт уменьшения диаметра, а это приводит к уменьшению емкости преобразователя и плохому согласованию с кабелем,особенно при использовании пьезоматериалоп с низкими значениями диэлектрической проницаемости. Демпфирование пьезоэлемента по боковой поверхности не устраняет полностью радиальных колебаний, что вносит дополнительные искажения в частную характеристику. Кроме того, указанный преобразователь не обладает высокой селективностью к продольным колебаниям, так как в керамическом пьезо- элементе, как правило, присутствует достаточно большой поперечный пьезомодуль, а в проекторе происходит трансформация поперечных колеабаний в продольные за счет влияния коэффициента Пуассона материала протектора.

Наиболее близким к предлагаемому является пьезоэлектрический преобразователь, содержащий корпус, пьезоэлемент и протектор, выполненный из бериллии и его сплавов, коэффициента отражения на границе пьезоэлемент-протектор от толщины протектора, протектор изготавливают из материала, характеризующегося высокой скоростью звука, например бериллия и различных твердых сплавов.

Недостатками указанного преобразователя являются существование радиального резонанса, приводящее к нелинейности частотной и затягиванию импульсной характеристики преобразователя, а также отсутствие селективности к продольным колебаниям. Наличие радиального резонанса и отсутствие селективности связано с трансформацией волн и появлением радиальных колебаний в протекторе при высоком значении коэффициента Пуассона материала протектора и в пьезоэлементе при выполнении его из обычных пьезомате- риалов.

Цель изобретения - повышение информативности и помехоустойчивости.

Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем корпус, установленные в нем

пьезоэлемент и протектор из бериллия или его сплавов, пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов типа халькогенгалогенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и

ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора.

При выполнении пьезоэлемента в указанном виде, вследствие высокого затухания в направлении поперек волокон и

малости поперечного пьезомолудя, который длл данного пьезоматериала на порядок ниже продольного, у пьезоэлемента отсутствует радиальный резонанс и появляется селективность к приему колебаний с вектором перемещения направленным вдоль волокон. Отсутствие радиального резонанса повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики

преобразователя.

Выполнение протектора из материала с низким значением коэффициенте Пуассона - менее 0,15, не вносит радиального резонанса и обеспечивает сохранение линейности

частотной характеристики чувствительности и селективности к продольным колебаниям, что привдит к повышению помехоустойчивости и информативности контроля.

На чертеже изображен пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии. Устройство содержит пьезоэлемент 1, электроды 2,3, протектор 4, корпус 5, проводник б, разъем 7.

Пьезоэлемент 1 в форме диска с электродами 2,3 выполнен в виде связки тонких пьезополупроводниковых кристаллов, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности

протектора 4. Пьезоэлемент 1 акустически

соединен с протектором 4, закрепленным в корпусе 5. Электрод 2 соединен электрически проводником б с разъемом 7.

Преобразователь работает следующим образом.

Акустические колебания в принимаемой волне с вектором перемещения, перпендикулярным рабочей поверхности протектора 4, распространяются в протекторе, достигают пьезоэлемента 1 и преобразуются в нем в- электрический сигнал. Вследствие того, что проектор выполнен из бериллия или его сплавов, а пьезбэлемент- в виде связки тонких пьезополупроводнико- вых кристаллов типа халькогенгалогенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора, в преобразователе не возникают радиальные.

Акустические колебания в принимаемой волне с вектором перемещения, лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора 4, достигают пьезоэлемента 1,

но не преобразуются в электрический сигнал, вследствие малости поперечного пье- зомодуля и высокого затухания поперечных колебаний в пьезоэлементе, а также отсутствия трансформации волн в протекторе.

Отсутствие радиального резонанса повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики

преобразователя.

Формула изобретения Пьезоэлектрический преобразователь для приема сигналов акустической эмиссии, содержащий корпус и установленные в нем

пьезоэлемент с протектором из бериллия и его сплавов, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и помехоустойчивости пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых

кристаллов, типа халькогенгалогенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины л ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора.

Изобретение относится к неразрушающим средствам и методам контроля. Цель изобретения - повышение информативности и помехоустойвости. Указанная цель достигается тем. что в пьезоэлектрическом преобразователе, содержащем корпус 5, установленные в нем пьезоэлемент 1 и протектор 4 из бериллия и его сплавов. Пьезоэлемент выполнен в виде связки тонких полупроводниковых кристаллов типа хальногенидов сурьмы, поляризованных вдоль длины и ориентированных перпендикулярно рабочей поверхности протектора. Акустические колебания в принимаемой волне с вектором перемещения, лежащим в плоскости рабочей поверхности протектора 4, достигают пьезоэлемента 1, но не преобразуются в электрический сигнал из-за малости поперечного пьезомодуля и высокого затухания поперечных колебаний в пьезоэ- лементе, а отсутствие радиального резонанса в нем повышает линейность частотной характеристики чувствительности и уменьшает длительность импульсной характеристики преобразователя. 1 ил, сл С