Пьезоэлектрический преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G01N29/22 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерителях скорости и затухания ультразвука в различных средах, ультразвуковой эхоско- пии, ультразвуковой расходометрии.

Известен преобразователь, содержащий в качестве протектора твердую акустическую линию.

Известен также преобразователь, включающий пьезопластину, приклеенную к демпферу и протектор, помещенный между пьезоэлементами и контролируемой средой.

Известный преобразователь обладает низкой помехоустойчивостью, возникающей из-за радиальных колебаний пьезоэле- мента, а также из-за рециркуляции эхо-сигнала между элементами преобразователя на границе пьезоэлемент-протектор, протектор-контролируемая среда. Возникающие помехи снижают качество преобразователя.

Цель изобретения - повышение качества пьезоэлектрического преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе, содержащем корпус и.соосно установленные в нем демпфер, пьезоэлемент и протектор, протектор выполнен из тканой металлической сетки толщиной Я /4 с размером ячеек Я/2 Я /2, где Я - длина ультразвуковой волны, излучаемой преобразователем, заполненных композитным материалом с акустическим импедансом, меньшим, чем акустический импеданс материала сетки.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, на которых представлен пьезоэлектрический преобразователь,

Пьезоэлектрический преобразователь содержит корпус 1, размещенный в корпусе демпфер 2, выполненный из композитного материала, который с помощью прокладки 3 прижимается своим выступом к корпусу 1 стопорным кольцом 4. На лицевой части демпфера 2 крепятся пьезоэлемент 5 (заливается одновременно с демпфером 2) и протектор 6, состоящий из тканой металлической сетки 7 с ячейками, заполненными композиционным материалом для протектора.

Пьезоэлектрический преобразователь работает следующим образом.

При подаче рабочего импульса на пьезоэлемент 5 часть ультразвуковых колебаний проходит в контролируемую среду, а другая часть попадает в тело демпфера 2, где происходит затухание свободных колебаний пьезоэлемента 5.

Поскольку выполнение протектора с ячейками, заполненными композитным материалом, улучшает поле бегущей волны, то, подбирая акустическое сопротивление композитного материала для конкретной контролируемой среды, добиваются приближенных акустических сопротивлений, что приводит к увеличению коэффициента преобразования пьезоэлектрического

преобразователя и улучшению качества однонаправленного полезного сигнала. Выполнение протектора в виде металлических ячеек, заполненных композитным материалом, снижает радиальные колебания пьезоэлемента, обусловленные, тем, что ультразвуковые волны, отражаясь от сторон металлических ячеек, гасятся в композитном материале, выполненном с меньшим акустическим импедансом по сравнению с

металлической ячейкой, что ведет к снижению общего уровня шумов (вызванных поперечными волнами) в преобразователе. Применение протектора, состоящего из тканой металлической сетки (скорость распространения звука значительно выше, чем скорость распространения звука в полимерном материале), позволяет получить преобразователь, формирующий короткие импульсы, расширить полосу пропускания,

а заполнение ячеек сетки композиционным материалом со значительным коэффициентом затухания звука по сравнению с металлической сеткой позволило в достаточной мере снизить отраженный сигнал на границе протектор-контролируемая среда, тем самым повысить помехоустойчивость преобразователя. Для конкретного выполнения предлагаемого устройства использовался пьезоэлемент ЦТС-26 с резонансной частотой, равной 1 МГц. С целью оптимизации полосы пропускания и коэффициента преобразования (чувствительности) толщина протектора выбиралась четвертьволновая. Для выбранного пьезоэлемента четвертьволновая толщина протектора составляет Я/4 1 мм, Следовательно, диаметр проволоки сетки следует брать равным 1 мм, что соответствует четвертьволновой толщине протектора. Выбирая диаметр проволоки

основы равным 1 мм Я /4, диаметр проволоки утка, равным 1 мм Я /4 и квадратную ячейку сетки в свету при а о 2 мм Я/2, получим

М

а b 100 2-2-100

(a +di)(b +d2) (2 +1)(2 + 1)

44 %,

где М - живое сечение сетки, %;

лок;

лок

При

и - размер ячейки в свету между провоми основы, мм;

b - размер ячейки в свету между провоми утка, мм;

di - диаметр проволоки основы, мм;

ds - диаметр проволоки утка, мм.

живом сечении более 45% эмплитудночас отная характеристика (АЧХ) преобразователя приближается к АЧХ преобразователя с полимерным протекто- PON (увеличивается во времени длительность упругих импульсов, уменьшается ско эость распространения звука на повышенных частотах с 1 МГц и выше наряду с ослаблением помех уменьшается также и по/езный сигнал). При живом сечении, равном 40%, чувствительность преобразователя в 2 раза выше по сравнению с

0

5

преобразователем с металлическим протектором. Помехи, вызванные радиальными колебаниями пьезоэлемента, отсутствуют.

Способ нанесения протектора на пьезоэлемент заключается в следующем. По известной технологии готовится композитный материал для протектора. Акустические свойства (скорость распространения ультразвуковых колебаний, плотность) композитного материала для лучшего согласования с контролируемой средой можно получить путем применения наполнителя с большой плотностью и различной концентрацией на основе эпоксидных смол. Подготовленной массой заливается тканая металлическая сетка, помещенная на лицевую часть пьезоэлемента. После отвержде- ния массы протектор отшлифовывают до необходимой величины.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерителях скорости и затухания ультразвука в различных средах ультразвуковой эхоско- пии, ультразвуковой расходометрии. Цель - повышение качества преобразователя. Преобразователь содержит корпус 1 и соос- но расположенные в нем демпфер 2, пьезо- элемент 5 и протектор 6, который выполнен из тканой металлической сетки толщиной Я /4 с размером ячейки А/2 А/2, где А - длина ультразвуковой волны, излучаемой преобразователем, заполненной композитным материалом с акустическим импедансом, меньшим, чем акустический импеданс материала сетки. 2 ил.

Формула изобретения Пьезоэлектрический преобразователь, со/.ержащий корпус и соосно установлен- ; в нем демпфер, пьезоэлемент и протекны

тор;

по

. отличающийся тем, что, с целью ышения качества преобразователя, протектор выполнен из тканой металлической

сетки, толщиной А /4 с размером ячейки А/2 А/2, где А - длина ультразвуковой волны, излучаемой преобразователем, заполненной композитным материалом с акустическим импедансом меньшим, чем акустический импеданс материала сетки.

Фиг. 2