Ультразвуковой пьезоэлектрическийпреобразователь Советский патент 1976 года по МПК G01N29/04 

I

Изобретение относится к области акустического неразруцающего контроля каче сГтва кютериапов и изделий,

Известен пьезоэлектрический преобразватель, содержащий пьезоэлеиент и ива электрода, нанесенные на поверхности

-пьезоэлемента, одна из которых является его основанием, в котором пьезоэлемент

,частично деполяризован у тыльной поверхности, что позволяет получить одиночные акустические импульсьт заданной формы и длительности. Недостаток такого устройства заключается в отсутствии возможно- сти излучения ультракоро-псих импуяьсов, одиночиых в пределах периода следования возбуждающих электрических импульсов,

С целью устранения этого недостатка пьезоэлемент выполнен в виде конуса, вт рой электрод нанесен в виде кольца на .боковую поверхность конуса, а пьезоэле- мент пол$физован так, что степень поляризапии плавно, убывает от максимума у электрода на основании конус;а до нуля у электрода на его боковой поверхности.

На фиг, 1 приведено схематичеЪкое изофажейие преобразователя; на фиг, 2 и 3 - характер возбуждения i акустических колебаний в пьезоэлектрическом преобразователе.

Преобразователь представляет собой монолитный блок из пьезокерамики в виде конуса 1, на излучающей поверхности ко- гторого расположен нижний электрод 1, а на боковой - кольцевой электрод :3. Поjляризуется пьезоэлемент обычным способом, то есть приложением постоянного электрического напряжения к электродам

2,3. Затем частьобъема пьезоэлемента, непосредственно прилегающая к электроду

3,деполяризуется. Например, это осущест 1вляют быстрым локальным нагревом до i5OO-60O C в узком пламени газовой го релки и таким же быстрым охлаждением

до комнатной температуры в проточной воде так, чтобы степень поляризации плав ,но убывала от максимума у электрода 2 |ДО нуля у электрода 3.

Преобразователь работает следующим образом.

3 До депол5физации все прост эанство в объеме конуса между электродами 2 и 3 (на фиг.1 показано штрих-пунктиром) равномерно поляризовано {стрьлкамЕ показано направление вектора поляризации Р), При этом, в момент подачи на гроды-короткого импульса электрического напряжения импульсные механические пряжения возникают как у электрода 2, так и у электрода 3. Акустические импульсы, возникающие. У электрода 2 распрбст{эаняются. (на фиг.2 показаны двойны стрелками) как в направлении акустическо нагрузки, так и к вершине конуса, представляюшего собой акустическую ловушку, которая полностью поглощает эту часть акустической энергии, возникшей у электр да 2ГАкустические импульсы, возникаю шие у электрода 3, претерпев многократ ные отражения в объеме пьезоэлемента (ла фиг. 2 показано стрелками) с некопзрой задержкой также попадают в полезную нагрузку через основание конуса ,и представляют собой акустические помехи, Если же часть объема пьезоэлемента в непосредственной близости от электрода 3 (на фиг. 3 показана пунктиром) пол ностью деполяризована (вектор поляризй- ции ), пьезоэффект в преобразователе у электрода 3 отсутствует. Акустические .колебания у этого электрода не возникаю и при этом исчезают импульсы акустичес помех в полезной нагрузке. Таким образом, на воздействие каждого возбуждающего электрического импуль са пьезопреобразователь отвечает только одним акустическим импульсом. Отсутствие в пьезопреобразователе поверхности, отражающей акустические колэбания и параллельной основаниюконуса, на котором они возникают, исключает . появление стоячих волн в объема пьезапреобразователя, то есть возможность акустического резонанса. Это создает пол ную апериодичность предлагаемого пьезо« электрического преобразователя, которая сохраняется и в режиме приема акустических колебаний. Форма акустических импульсов, излучаемых преобразователем,

Л огатостью повторяет форму во. буждаюших го электрических импульсов. Предлагаемый преобразователь прост изготовлении методом холодного или орячего прессования или литья под давением, то есть наиболее распространенными методами в керамическом производтве, в зависимости от конструктивных требований в параллельном основанию се- чении он может иметь форму круга, квадрата, прямоугольника и т. п. Наиболее предпочтительные марки пьезркерамики для этого преобразователя: ЦТС19; : ДТС-24; обладающие высоким пьезомйдулем и сравнительно низкой диэлектри- ческой проницаемостью. С помощью предлагаемого преобразователя излучаются акустические радиоимпульсы с заданной форг лЬй огибающей н требуемым числом периодов колебаний, а также однополярные импульсы любой формы в зависимости от формы возбуждающего .электрического и fпyльca . Частота заполнения акустических радиоимпульсов и мшшмальная длительность однополярных акустических импульсов -зависят лишь от времени установления полной поляризации в материале пьезоэлемента. Для керамик па основе иирконата титанчта свинца это . время порядка 10-Не. Формула изобретения Ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь, содержащий пьезоэлемент и два электрода, нанесенные на поверхности пьезоэлемента, одна из которых является его основанием, отличающийс я тем, что, с целью излучения и приема улырокоротких импульсов, одиночных в пределах периода следования возбуждакьших электрических импульсов, пьезоэлемент выполнен в виде конуса, второй электрод |Нанесен в виде кольца на боковую поверх- ность конуса, а пьезоэлемент поляризован так, что степень поляризации плавно убывает от максимума у элект юда на основании конуса до нуля у второго электрода ,на его боковой поверхности.

«Sl

1/