Широкополосный пьезоэлектрический преобразователь Советский патент 1979 года по МПК G01N29/04 H04R17/00 

1

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии.

Известны пьезоэлектрические преобразователи на основе пьезоэлементов произвольных размеров, у которых для выравнивания частотной характеристики регулируют длительность возбуждающего импульса так, чтобы нуль спектра возбуждающего импульса совпадал с первым максимумом частотной характеристики пьезопреобразователя 1. Неполное выравнивание частотной характеристики ограничивает возможность применения известных преобразователей для ультразвуковой спектроскопии.

Известен также способ изготовления ультразвуковых преобразователей, заключающийся в том, что из пьезоэлектрического материала вырезают элемент, ориентированный вдоль соответствующей оси упругой симметрии так, что соотношение сторон а и b элемента при обеспечивает кратность частот мод колебаний 2.

Наиболее близок к изобретению по технической сущности пьезоэлектрический преобразователь, содержащий набор квадратиых пьезопластин, склеенных между собой . Квадратные пьезопластины не обеспечивают кратности частот мод колебаний. Так-как пьезопластнны склеены в пакет, то они работают как целый кристалл в

виде куба. При этом эффективно возбуждаются не только контурные, но и толщинные моды колебаний; этот преобразователь иещирокополосный.

Цель изобретения - выравнивание частотной характеристики.

Для этого в предлагаемом преобразователе на каждую пластину с обеих сторон нанесены обкладки, а пьезопластины установлены с зазором так, что расстояние между обкладками меньще длины волны второй моды колебаний пьезопластины, и соединены между собой параллельно, толщина обкладок в 10 раз меньще меньщей стороны прямоугольника пьезопластины, а отношение этой стороны к большей стороне прямоугольника равно 1 : 2.

На фиг. 1 показана зависимость из.менеиия частот для трех мод колебаний в случае, если одна сторона а пластины остается неизменной, а другая сторона b уменьщается с шагом 5 мм; на фиг. 2 - предлагаемый пьезопреобразователь, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху.

Для изготовления широкополосного пьезоэлектрического преобразователя вырезают пьезопластины 45° А-среза из кристалла сегнетовой соли. Каждая пьезопластина совершает контурные колебания при подаче на нее электрического напряжения. Соотношение размеров возможно следующее: большая сторона прямоугольной пьезопластнны 40 мм, меньшая - 20 мм, а толщина 1 мм. Электроды нанесены перпендикулярно кристаллографической оси л.

Пьезопластины 1 электрически соединены параллельно н приклеены на линейной базе 2 на мембране, которая перпендикулярна большей стороне. Пьезопластины не клеют в пакет, между ними оставлены воздушные зазоры. Такое расположение исключ ает появление толщинных мод колебаний. При указанных размерах пьезопластина имеет кратные резонансные частоты (мод колебаний), например кГц и кГц.

Третья мода колебаний имеет малоэффективную амплитуду и ею можно пренебречь. Для полного выравнивания частотной характеристики на электроды пьезопластин подается видеоимпульс такой длительности, что нуль спектра возбуждающего импульса совпадает с первым максимумом (40 кГц) частотной характеристики пьезопреобразо вателя, при этом вторая мода колебаний (80 кГц) автоматически совпадает со вторым нулем спектра возбуждающего импульса, так как нули в спектре импульса возбуждения имеют кратные значения.

Широкополосные пьезопреобразователи

Q.io, рад/сек

то

с равномерной частотнои характеристикой позйоляют использовать спектральные методы исследования материалов и изделий.

Формула изобретения

Широкополосный пьезоэлектрический преобразователь, содержащий набор прямоугольных пьезопластин, установленных одна напротив другой в параллельных плоскостях, отличающийся тем, что, с целью выравнивания частотной характеристики, на каждую пьезопластину с обеих сторон нанесены обкладки, а Пьезопластины установлены с зазором так, что расстояние между обкладками меньще длины волны второй моды колебаний пьезоиластины, и соединены между собой параллельно, толщина обкладок в 10 раз меньще меньшей стороны прямоугольника иьезопластин, а отношение этой стороны к большей стороне прямоугольника равно 1 :2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Методы неразрущающих испытаний под ред. Р. Шарпе, «Мир, 1972, с. 69.

2Авторское свидетельство СССР№ 360607, М. Кл.2 G 01N 29/04, 1970.

3Техническое описание к ирибору ДУК-20 (ШЮ - 2048023ТО) (прототип).

8 МИ