Ультразвуковой преобразователь Советский патент 1978 года по МПК H04R17/00 G01N29/00 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в ультразвуковых измерительных приборах, в частности в медицинских диагностических приборах, дефектоскопах, толщиномерах.

Известен монолитный пьезокерамический преобразователь 1, состоящий из двух плоскопараллельных электродов и акустической ловущки.

Недостатком преобразователя является то, что задний электрод является источником паразитной ультразвуковой волны, которая с помощью отражающих поверхностей направляется в акустическую ловущку. Для выполнения этого требования необходимо, чтобы расстояние между плоскопараллельными электродами было не меньше заданной величины, из-за чего напряженность электрического поля внутри преобразователя и соотпетственно коэффициент преобразования получаются небольщими.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой преобразователь 2, содержащий поляризованный по длине пьезоэлектрический стержень с электродами, напесенными на его торцовую и боковую поверхности, и демпфер, выполпеиный в виде единой конструкции с пьезоэлектрическим стержнем. Широко2

нолосность преобразователя достигается за счет неоднородности электрического поля. Для получения узкой диаграммы направленности такого преобразователя необходимо увеличивать диаметр стержня, вследствие чего при заданной амплитуде возбуждающего электрического напряжения уменьшается напряженность электрического поля внутри преоб)азователя. Это вызывает уменьшение амплитуды волны, излучаемой в рабочую среду, т. е. еипжает коэффициент преобразования иреобразователя.

Цель изобретения - увеличение коэффициента иреобразовапия ультразвукового преобразователя.

Это достигается тем, что на торце стержня выполнена спиральная канавка с нанесенным па ее боковую пог ерхпость члектродом, электрически соединенным с электродом на бокоBoii поверхности стсржп; и н.юлированным от торцового у;1ектрода.

На фиг. 1 iiOKaaajT предлагаемый преобразователь, иродольпьп разрез; на фиг. 2 представлена торцовая часть преобразователя; на фиг. 3 дан лзел I па фиг. 1 в унеличениом виде с распределением силовых линий электричеекого по,:я.

Преобразова гс;1ь содержит пьезоэлектрическнн продол1-1 о иоляризованный цилиндричегкпй стержеи i, например из керамики

типа ЦТС, на торцовой поверхности которого сделана спиральная канавка. Боковая поверхность канавки покрыта токопроводяищм электродом 2, который имеет электрический контакт с кольцевым электродом 3 на внешней поверхности стержня 1. Торцовая часть стержня noKjibiTa токопроводящим электродом 4, не имеюн1,им электрического контакта с электродами 2 и 3.

Преобразователь работает следующим образом.

При подаче электрического напряжения между электродами 2, 3 и торцовым электродом 4 в каждом сечении спирального выступа возпикает электрическое ноле (распределение силовых липий поля изображено на фиг. 3, где ЕХ, EZ - ком-поненты вектора напряженности электрического ноля). Источниками ультразвуковой волны и пьезоэлемента являются то его участки, где

й,

- (Ezd,,) +- О

( - пьезомодуль). Указаииое условие остается в снле и для других компонент электрического поля и пьезомодуля.

В частности, в предлагаемом преобразователе источником ультразвуковой волны является только передняя грань, поскольку

дЕ,

dZ

z о

Эта грань создает две ультразвуковые волны, распространяющиеся соответственно в пьезоэлектрический стержень и в рабочую среду, которая контактирует с торцовой спиральной поверхностью. Волна, раснространяюпаяся вглубь стержня, в ием поглощается. Таким образом, пьезоэлектрический стержень выполняет и функции согласованного демпфера, составляющего единое целое с генерирующей частью преобразователя. Из-за этого в преобразователе отсутствуют многократно отраженные ультразвуковые волны.

Амплитудное значение колебательного давления в рабочей среде равно

1 + 0

где е - пьезоконстанта;

- величина компоненты электрического поля при

Zi и ZQ - волновые акустические сопротивления соответственно рабочей среды и пьезоэлектрического материала. Увеличение коэффициента преобразования

Р

к

и

(U - возбуждающее электрическое напряжение) по сравнению с известным преобразователем в предлагаемОМ достигается за счет размещения электродов на боковых стенках канавки, сделанной в ньезоэлектрическом стержне. Благодаря этому значительно увеличивается напряженность электрнческого поля у торцовой поверхности нреобразователя при той же величине возбуждающего электрического напряжения, что в свою очередь вызывает увеличение коэффициента преобразования /С.

Меняя щирину и щаг спиральной канавки, можно получить электрический импеданс преобразователя, наиболее подходящий для возбуждающего генератора. При этом широкополосность преобразователя остается пеизменной. При работе с электропроводящими жидкостями спиральная канавка заполняется электроизоляционным материалом, например эпоксидной смолой.

Формула изобретения

Ультразвуковой преобразователь, содержащий поляризованный по длине пьезоэлектрический стерлсень с электродами, нанесенными на его торцовую и боковую поверхности, и демпфер, выполненный в виде еднпой конструкции с пьезоэлектрическим стержне.м, отл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью величелия коэффициента нреобразования, на торце стержня выполнена спиральная канавка с нанесенным на ее боков ю новерхность электродом, электрически соединенны.м с электродом на боковой поверхности стержня и изолированным от торцового электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экснертизе

1.Авторское свидетельство ЛГо 434623, кл. Н 04R 17/00, 1972.

2.Авторское свидетельство № 539265, кл. G 29/00, 1975.

m.4Y

-- . :-

:

J I