Ультразвуковой газоструйный излучатель Советский патент 1993 года по МПК B06B1/20 

Изобретение относится к ультразвуковой (УЗ) технике, в частности к конструкциям УЗ газоструйных излучателей, и может быть использовано в качестве источника зондирующих УЗ сигналов при реализации методов дефектоскопии, звуколокации, сигнализации и других методов измерений и контроля.

Известны газоструйные излучатели мощных звуковых колебаний для работы в газовых средах, представляющие собой УЗ газоструйный излучатель Гартмана и его разновидности (см.Источники мощного ультразвука, кн.1).

Основной недостаток такого излучателя, содержащего соосно установленное сопло и резонатор, расстояние между которыми в процессе работы жестко фиксировано, - низкий КПД (5-6%). Этот недостаток в значительной мере устранен в стержневых газоструйных излучателях с жестко фиумированными один относительно другого соплом и резонатором, работающих по тому же принципу, но отличающихся от упомянутого наличием центрального стержня, проходящего по оси системы через сопло .и резонатор (см.Ульразвук. Малая энциклопедия, М., 1979, с.73-74, - прототип). КПД стержневых газоструйных излучателей составляет 18-25%.

Недостаток известного стержневого газоструйного излучателя заключается в том, что он является источником узкополосного излучения (полоса частот на уровне 0,707 его амплитудно-частотной характеристики не превышает 1,0-1,5 кГц), вследствие чего его невозможно использовать в системах измерения и контроля с применением частотно-модулированных зондирующих сигналов, позволяющих осуществлять их оптимальную обработку (см.тезисы докладов второй межведомственной конференции Контроль и диагностика общей техники, ч.2, М., 1989, с.33-34; Тезисы докладов третьей межотраслевой конференции Неразрушающие методы контроля изделий из полимерных материалов, г.Туапсе, М., 1989, с. 11-12). Этот недостаток носит принципиальный характер и присущ всем известным конструкциям газоструйных излучателей с фиксированными в процессе работы параметрами, определяющими частоту генерируемых ультразвуковых колебаний.

Цель изобретения - повышение эффективности стержневого газоструйного излуСП

С

vj

00

ю со о

чателя путем расширения амплитудно-частотного спектра его излучения,

Поставленная цель достигается тем, что в газоструйном стержневом излучателе, содержащем коаксиально установленные сопло и стержень с резонатором, последний выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении.

Давлением струи вытекающего газа стержень с резонатором, выполненные с возможностью перемещения в осевом направлении, перемещаются в сторону увеличения расстояния между соплом и резонатором. Ограничение этого перемещения на заданную величину и возврат стержня с резонатором в исходное положение может быть обеспечено различными средствами, например с помощью пружин (резиновых или металлических), магнитов или электромагнитов и т.д.Устройства, обеспечивающие возвратно-поступательное перемещение стержня с резонатором в осевом направлении, могут размещаться как внутри сопла, так и.со стороны резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен конкретный вариант газрструйного излучателя с подвижными в осевом направлении стержнем с резонатором, где 1 - сопло; 2 - резонатор; 3 - стабилизирующий стержень с упором жестко скрепленные между собой (упор необходим для зацепления с другими пластинами; 4 - перфорированный вкладыш, обеспечива ющий свободное перемещение в осевом направлении стабилизирующего стержня с упором и резонатором; 5 - упругие пластины, консольно закрепленные внутри сопла и обеспечивающие возвратно- п осТунательное движение стержня с упо- ром и резонатором.

- :

Газоструйный стержневой излучатель предложенной конструкции работает следующим образом.

; Вытекающая из сопла 1 струя газа тормозится резонатором 2 в результате чего перед ним возникает отсоединенный скачок - уплотнения, а кинетическая энергия струи в резонаторе 2 переходит в потенциальную энергию сжатого газа. Затем происходит опорожнение резонатора, в результате чего уч а сток струй между скачком уплотнения и дном резонатора становится источником акустических колебаний. Часть энергии струи затрачивается на возбуждение воз- вратно-поступатгел ьнбго движения стержня с упором 3 и резонатором 2 вдоль оси с амплитудой и частотой, определяемыми их

суммарной массой, скоростью струи и упругостью пластин 5.

Вкладыш 4 выполнен перфорированным, поэтому не препятствует протеканию

струи и, кроме того, центрирует и обеспечивает свободное перемещение стержня с упором 3 и резонатором 2 вдоль оси. При перемещении стержня с упором 3 и резонатором 2 каждому мгновенному значению

0 расстояния между соплом 1 и резонатором 2 соответствует своя частота генерации. Таким образом, за каждый период колебаний стержня с упором и резонатором излучаются упругие колебания всего частотного диа5 пазона, определяемого минимальным и максимальным расстоянием между соплом и резонатором, т.е. происходит излучение частотно-модулированного зондирующего УЗ сигнала. Сравнение предлагаемой конст0 рукции излучателя с прототипом показывает, что она отличается от прототипа выполнением стержня с резонатором подвижным в осевом направлении, т.е. обладает новизной.

5 Сравнение предлагаемой конструкции не только с прототипом, но и с другими техническими решениями не позволило выявить в них признак, отличающий предложенное решение от прототипа, а именно он

0 в совокупности с остальными признаками позволяет получить положительный эффект, что дает основание считать данное техническое решение обладающим существенными отличиями.

5 в лабораторных условиях изготовлен и испытан стержневой газоструйный излучатель предлагаемой конструкции, амплитудно-частотная характеристика которого имеет плоский участок в диапазоне частот

0 от 35 кГц до 45 кГц. Такая амплитудно-частотная характеристика получена за счет обеспечения возможности колебательного движения стабилизирующего стержня с упором и резонатором вдоль оси от мини5 мального расстояния между соплом и резо- натором 0,6 мм до максимального расстояния между ними 1,9 мм. Конструктивные размеры испытанного газоструйного излучателя предложенной конструкции

0 следующие;

диаметр стержня0,96 мм диаметр резонатора 2,48мм диаметр сопла 1,54мм глубина резонатора 1,25мм

5 Таким образом, УЗ газоструйный излучатель предложенной конструкции обеспечивает излучение зондирующего сигнала, модулированного по частоте в диапазоне, примерно в 10 раз больше, чем прототип, что позволяет достичь поставленной цели и

использовать его, например, в системах бесконтактной УЗ дефектоскопии крупногабаритных изделий из полимерных и композиционно-полимерных материалов с ис- пользованем принципов оптимальной обработки сложномодулированных сигналов.

Использование: при реализации методов дефектоскопии, звуколокации, сигнализации и других методов измерения и контроля. Сущность изобретения: сопло и стержень с резонатором установлены ко- аксиально. Стержень закреплен в сопле с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении. 1 ил.

Формула изобретения Ультразвуковой газоструйный излучатель, содержащий коаксиально установленное сопло и стержень с резонатором, отличающийся тем, что, с целью повышения

эффективности за счет расширения амплитудно-частотного спектра его излучения, стержень закреплен в сопле с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении.